(57)【要約】本発明は、発光装置（１）及び関連する光源システムを提供する。発光装置（１）はそれぞれ波長範囲の異なる第１の光及び第２の光を生成するための第１のレーザアレイ（１１１、２１１、３１１）及び第２のレーザアレイ（１１２、２１２、３１２）を含むレーザ光源（１１、２１、３１）と、レーザ光源アレイから発した光を収集するための光収集システム（１２、２２）とを備え、、収集された第２の光の発散角と第１の光の発散角との比は所定値以下である。該所定値は、０.７である。該発光装置（１）は、異なるエテンデューを有する二つの光束を生成することができる。【選択図】  図２Ａ
2016522986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ波長範囲の異なる第１の光及び第２の光を生成するための第１のレーザアレイ及び第２のレーザアレイを含むレーザ光源と、
前記レーザ光源アレイから発した光を収集し、収集された第２の光の発散角と第１の光の発散角との比を所定値以下にするための光収集システムとを備え、前記所定値は、０.７であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光収集システムは、レーザ光源からの光束を集光するための少なくとも一つの集光レンズを含む収集装置と、前記収集装置からの光束をコリメートするためのコリメータレンズとを備え、
前記収集装置は、第１の光が通る第１の領域と、第２の光が通る第２の領域とを備え、前記第１の領域の合成焦点距離は前記第２の領域の合成焦点距離よりも大きく、且つ、前記レーザ光源の出射において、第１の光の発散角は第２の光の発散角よりも大きく、前記光収集システムにより収集された第２の光の発散角と第１の光の発散角との比は前記所定値以下にされ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】
前記レーザ光源の出射光において、第１の光は第２の光と、発散角が同じであり、
前記光収集システムは、レーザ光源からの光束を集光するための少なくとも一つの集光レンズを含む収集装置と、前記収集装置からの光束をコリメートするためのコリメータレンズとを備え、
前記収集装置は、第１の光が通る第１の領域と、第２の光が通る第２の領域とを備え、前記第２の領域の合成焦点距離と前記第１の領域の合成焦点距離との比は前記所定値以下にされ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】
前記収集装置の第１の領域は、前記レーザ光源の出射光路に位置する第１の収集レンズを含み、一部の第１の収集レンズは第１の光を集光し、前記収集レンズの第２の領域は、第１の収集レンズを通る第２の光の出射光路に位置し、前記第２の光を集光するための第２の収集レンズを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記収集装置は、前記レーザ光源に面する第１の面と、第１の面に対向し、第２の光を透過出射し、第１の光を反射するフィルターフィルムが設けられた第２の面とを含む集光レンズと、貫通孔を有し、前記レーザ光源の出射光路に位置し、その反射面が前記集光レンズの第２の面に面する反射カバーとを備え、
前記レーザ光源からの第１の光は、直接的に前記反射カバーに入射し、前記集光レンズの第１の面に反射され、再び前記コリメータレンズに反射され、
前記レーザ光源からの第２の光は、直接的に前記集光レンズに入射し、前記コリメータレンズに収集され、
前記コリメータレンズの出射光は、前記反射カバーの貫通孔から出射されることを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光装置は、光均一棒を含み、前記収集レンズは、第１の集光レンズと、前記第１の集光レンズと前記第１の集光レンズの焦点との間に位置し、前記第１の集光レンズに面する第１の面と、第１の面に対向し、第２の光を透過出射し、第１の光を反射するフィルターフィルムが設けられた第２の面とを含む第２の集光レンズとを備え、
第１のレーザアレイは、第１の集光レンズにおける、第２の集光レンズに背向する側に設けられ、第２のレーザアレイは、第２の集光レンズにおける、第１の集光レンズに背向する側に設けられ、且つ、第１のレーザアレイ及び第１の集光レンズがそれぞれ前記コリメータレンズに対応する光軸において、いずれも貫通孔が設けられ、前記光均一棒は、前記コリメータレンズの出射光路に位置し、順次に第１の集光レンズ及び第１のレーザアレイの貫通孔を通し、
第１のレーザアレイからの第１の光は、第１の集光レンズにより第２の集光レンズの第１の面に収集され、前記コリメータレンズに反射され、そして前記光均一棒に入射し、
第２のレーザアレイからの第２の光は、第２の集光レンズにより前記コリメータレンズに収集され、コリメートされた後、前記光均一棒に入射することを特徴とする請求項２又は３に記載の発光装置。
【請求項７】
前記レーザ光源の出射光における第１の光及び第２の光が、それぞれ通る前記光収集システムの異なる領域は同じ焦点距離を有し、
前記レーザ光源が出射した光束において、第２の光の発散角と第１の光の発散角との比は、前記所定値以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記レーザ光源は、さらに第１のコリメータレンズアレイ及び第２のコリメータレンズアレイを含み、前記第１、第２のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズは、それぞれ第１、第２のレーザアレイにおける各レーザ光源と一対一で対応し、対応するレーザ光源が発した光をコリメートし、
コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比を前記所定値以下にするように、第２のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズの焦点距離は、第１のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズの焦点距離よりも大きくし、もしくは、
コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比を前記所定値以下にするように、第１のレーザアレイにおける各レーザ素子とそれに対応するコリメータレンズとのデフォーカス具合は、第２のレーザアレイにおける各レーザ素子とそれに対応するコリメータレンズとのデフォーカス具合よりも大きくし、もしくは、
コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比を前記所定値以下にするように、第１のレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角は第２のレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角よりも大きくすることを特徴とする請求項２又は７に記載の発光装置。
【請求項９】
第１の光の、前記レーザ光源内における伝播経路において、散光片又は複眼レンズペアが設けられ、且つ、前記散光片又は複眼レンズペアは、第２の光の伝播経路を避けていることを特徴とする請求項２又は７に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光装置は、前記光収集システムからの光束を均光するための光均一棒を含み、該光均一棒の、該光均一棒に垂直な方向における任意の断面はいずれも一致し、
前記レーザ光源は、発光領域及び非発光領域を含み、第１，第２レーザアレイは、いずれも該発光領域に位置し、
前記光収集システムは、反射集光装置及びコリメータレンズを含み、前記反射集光装置は前記レーザ光源からの出射光をフォーカスし、前記コリメータレンズに反射する集光領域及び非集光領域を含み、前記コリメータレンズは前記反射集光装置からの光束をコリメートし、前記光均一棒に出射し、
前記レーザ光源の非発光領域及び非集光領域は、前記レーザ光源の出射光の光軸に平行な同じ直線に位置し、且つ、前記光均一棒は、前記非発光領域及び／又は前記非集光領域を通っていることを特徴とする請求項２又は７に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記反射集光装置は、貫通孔を有する集光レンズ及び反射素子を含み、前記集光レンズの貫通孔は非集光領域であり、前記集光レンズの貫通孔以外の領域及び前記反射素子は、前記集光領域であり、
前記集光レンズの貫通孔以外の領域は、前記レーザ光源の出射光を集光し、前記反射素子は、前記集光レンズからの光束を前記コリメータレンズに反射し、
前記光均一棒は、前記集光レンズの貫通孔及び前記レーザ光源の非発光領域を通っ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】
前記反射集光装置は、反射カバーであり、前記反射カバーの中間領域は、非集光領域であり、前記中間領域以外の領域は、集光領域であり、前記光均一棒は、前記レーザ光源の非発光領域を通っ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１３】
前記反射集光装置は、反射素子及び貫通孔を有する反射カバーを含み、前記反射カバーの貫通孔は非集光領域であり、前記反射カバーの貫通孔以外の領域及び前記反射素子は、集光領域であり、
前記光均一棒は、前記反射カバーの貫通孔を通っ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１４】
第３の反射素子は、前記レーザ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１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光装置は、前記光収集システムからの光束を均光するための光均一棒を更に含み、該光均一棒の、該光均一棒に垂直な方向における任意の断面はいずれも一致することを特徴とする請求項１、２、３又は７に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記所定値は、０.３であることを特徴とする請求項１、２、３又は７に記載の発光装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れか一つに記載の発光装置と、
前記発光装置からの第１の光を吸収することで被励起光を生成し、一方の側が前記励起光及び第１の光を受け取り、同じ側において、少なくとも一部の第１の光、及び少なくとも一部の被励起光又は被励起光と吸収されなかった励起光との少なくとも一部の混合光を出射する波長変換層を含む波長変換装置と、
前記発光装置からの第２の光を散射し、一方の側が第２の光を受け取り、同じ側において、少なくとも一部の第２の光を出射する散射層を含む散射装置と、
第１の領域を含む導光装置とを備え、
前記発光装置からの第２の光及び第１の光は第１の光通路から前記導光装置に入射し、少なくとも一部の第２の光は第１の領域に入射し、少なくとも一部の第１の光は前記導光装置の第１の領域以外の領域に入射し、前記導光装置の第１の領域以外の領域に入射した光は前記波長変換装置に導引され、前記導光装置の第１の領域に入射した光は前記散射装置に導引され、前記導光装置の第１の領域以外の領域は、前記波長変換装置からの被励起光及び前記散射装置からの第２の光を第２の光通路に導引して出射することを特徴とする光源システム。
【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、特に発光装置及び関連する光源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
青色光を用いて黄色光蛍光体を励起することで黄色光を生成し、該黄色光を吸収されなかった青色光と混合することで白色光を生成することは従来技術の投影表示などの分野におけてよく用いられている白色光の光源方案である。このような光源方案において、４４５ｎｍの青色レーザは、蛍光体を励起する効率が高いため、４４５ｎｍの青色光レーザは励起光源としてよく用いられている。但し、４４５ｎｍの青色光の色は、紫色ぽいため、直接的に投影表示に用いられることに適しない。よって、一つの改良方案においては、４４５ｎｍの青色光レーザを用いて黄色光蛍光体を励起することで黄色被励起光を生成し、４６２ｎｍの青色光レーザを用いて該黄色被励起光とを光合成することで白色光を生成する。
【０００３】
図１に示されたように、図１は従来技術における一つの光源システムの構造概念図である。光源システムは第１の発光装置１０、第２の発光装置２０、波長変換装置３０及び光収集システム４０を含む。第１の発光装置１０は第１のレーザアレイ１０１及び集光レンズ１０２を含む。第１のレーザアレイ１０１は複数のレーザ素子を含み、４４５ｎｍの青色レーザを生成する。第１のレーザアレイ１０１が発した光は集光レンズ１０２により収集された後、出射する。第２の発光装置２は第２のレーザアレイ２０１及び集光レンズ２０２を含む。該第２のレーザアレイ２０１が発した光は集光レンズ２０２により収集された後、出射する。
【０００４】
光収集システム４０はフィルター４０１及び収集レンズ４０２を含み、ここで、該フィルター４０１は青色光を透過出射し、黄色光を反射する。第１の発光装置１０及び第２の発光装置２０が発した光はそれぞれ該フィルター４０１の両側から入射し、ここで、第１の発光装置１０が発した光は順次にフィルター４０１及び収集レンズ４０２を透過出射した後、波長変換装置３０に入射する。波長変換装置３０は波長変換層を含み、該波長変換層は黄色蛍光体を含み、第１の発光装置１０からの青色レーザを吸収し、黄色被励起光を生成する。該黄色被励起光は収集レンズ４０２により収集された後、フィルター４０１に入射し、フィルター４０１に反射され、フィルター４０１に透過出射された第２の発光装置２０が発した光と１束の光に光合成して出射する。
【０００５】
レーザはガウス分布であり、被励起光はランバーシアン分布であるため、第２の発光装置２０が発した光と黄色被励起光との合成光を均一にするために、第２の発光装置２０はさらに集光レンズ２０２の出射光路に位置し、集光レンズ２０２により出射された青色光レーザを均光するための光均一棒２０３を含む。それとともに、第１の発光装置１０の発した光が波長変換装置３０において形成した光スポットの光パワー密度を均一にし、励起効率を向上させるために、第１の発光装置１０は集光レンズ１０２の出射後の光路に位置し、集光レンズ１０２により出射された青色光レーザを均光するための光均一棒１０３を更に含む。
【０００６】
該光源システムに含まれた光学素子が多いため、光源システムの構造は大きくなってしまう。一つの解決方案は、第１のレーザアレイ及び第２のレーザアレイを同じレーザアレイに合成し、一つの集光レンズ及び光均一棒を用いて該レーザアレイに対して収集及び均光を行う。但し、後続の光路において、波長分光の方法を用いて４４５ｎｍの青色光及び４６２ｎｍの青色光を分光すると、この二つの青色光の波長が近いため、フィルターのフィルター曲線の急峻度に対する要求が高くなり、コストが増加してしまう。
【発明の概要】
【０００７】
本発明が主に解決しようとする技術課題は異なるエテンデューを有する２つの光束を生成する発光装置を提供することである。
【０００８】
本発明の実施例は発光装置を提供し、該発光装置は、それぞれ波長範囲の異なる第１の光及び第２の光を生成するための第１のレーザアレイ及び第２のレーザアレイを含むレーザ光源と、前記レーザ光源アレイから発した光を収集し、収集された第２の光の発散角と第１の光の発散角との比を所定値以下にする光収集システムとを含み、ここで、該所定値は０.７である。
【０００９】
好ましくは、前記光収集システムは収集装置及びコリメータレンズを含み、ここで、収集装置はレーザ光源からの光束を集光するための少なくとも一つの集光レンズを含み、該コリメータレンズは該収集装置からの光束をコリメートし、
前記収集装置は第１の領域及び第２の領域を含み、該第１の領域は第１の光が通る領域であり、第２の領域は第２の光が通る領域であり、ここで、第１の領域の合成焦点距離は第２の領域の合成焦点距離よりも大きく、且つ、前記レーザ光源の出射において、第１の光の発散角は第２の光の発散角よりも大きく、前記光収集システムにより収集された第２の光の発散角と第１の光の発散角との比を前記所定値以下にする。
【００１０】
好ましくは、前記レーザ光源の出射光において、第１の光は第２の光と発散角が同じであり、
前記光収集システムは収集装置及びコリメータレンズを含み、ここで、収集装置はレーザ光源からの光束を集光するための少なくとも一つの集光レンズを含み、該コリメータレンズは該収集装置からの光束をコリメートし、
前記収集装置は第１の領域及び第２の領域を含み、該第１の領域は第１の光が通る領域であり、第２の領域は第２の光が通る領域であり、ここで、第２の領域の合成焦点距離と第１の領域の合成焦点距離との比は前記所定値以下である。
【００１１】
好ましくは、前記収集装置の第１の領域は前記レーザ光源の出射光路に位置する第１の収集レンズを含み、ここで、一部の第１の収集レンズは第１の光を集光し、前記収集レンズの第２の領域は第１の収集レンズを通る第２の光の出射光路に位置する第２の収集レンズを含み、該第２の光を集光する。
【００１２】
好ましくは、前記収集装置は集光レンズ及び貫通孔を有する反射カバーを含み、該集光レンズは前記レーザ光源に面する第１の面及び第１の面に対向する第２の面を含み、ここで、第２の面において第２の光を透過出射し、第１の光を反射するフィルターが設けられ、該反射カバーは前記レーザ光源の出射光路に位置し、その反射面は該集光レンズの第２の面に面し、
前記レーザ光源からの第１の光は直接的に前記反射カバーに入射し、前記集光レンズの第１の面に反射され、再び前記コリメータレンズに反射され、
前記レーザ光源からの第２の光は直接的に前記集光レンズに入射し、前記コリメータレンズに収集され、
前記コリメータレンズの出射光は該反射カバーの貫通孔から出射する。
【００１３】
好ましくは、前記発光装置は光均一棒を含み、前記収集レンズは第１の集光レンズ及び第２の集光レンズを含み、第２の集光レンズは第１の集光レンズと第１の集光レンズの焦点との間に位置し、第２の集光レンズは第１の集光レンズに面する第１の面及び第１の面に対向する第２の面を含み、ここで、第２の面において第２の光を透過出射し、第１の光を反射するフィルターが設けられ、
第１のレーザアレイは第１の集光レンズにおける、第２の集光レンズに背向する側に設けられ、第２のレーザアレイは第２の集光レンズにおける、第１の集光レンズに背向する側に設けられ、且つ、第１のレーザアレイ及び第１の集光レンズがそれぞれ前記コリメータレンズに対応する光軸において、いずれも貫通孔が設けられ、該光均一棒は前記コリメータレンズの出射光路に位置し、順次に第１の集光レンズ及び第１のレーザアレイの貫通孔を通し、
第１のレーザアレイからの第１の光は第１の集光レンズにより第２の集光レンズの第１の面に収集され、前記コリメータレンズに反射され、そして前記光均一棒に入射し、
第２のレーザアレイからの第２の光は第２の集光レンズにより前記コリメータレンズに収集され、コリメートされた後、前記光均一棒に入射する。
【００１４】
好ましくは、前記レーザ光源の出射光における第１の光及び第２の光が、それぞれ通る前記光収集システムの異なる領域は同じ焦点距離を有し、
前記レーザ光源が出射した光束において、第２の光の発散角と第１の光の発散角との比は前記所定値以下である。
【００１５】
好ましくは、前記レーザ光源はさらに第１のコリメータレンズアレイ及び第２のコリメータレンズアレイを含み、ここで、第１、第２のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズはそれぞれ第１、第２のレーザアレイにおける各レーザ光源と一対一で対応し、対応するレーザ光源が発した光をコリメートし、
第２のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズの焦点距離は第１のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズの焦点距離よりも大きくすることで、コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比を前記所定値以下にし、もしくは、
第１のレーザアレイにおける各レーザ素子とそれに対応するコリメータレンズとのデフォーカス具合は第２のレーザアレイにおける各レーザ素子とそれに対応するコリメータレンズとのデフォーカス具合よりも大きくすることで、コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比を前記所定値以下にし、もしくは、
第１のレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角は第２のレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角よりも大きくすることで、コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比を前記所定値以下にする。
【００１６】
好ましくは、第１の光の、前記レーザ光源内における伝播経路において、散光片又は複眼レンズペアが設けられ、且つ、該散光片又は複眼レンズペアは第２の光の伝播経路を避けている。
【００１７】
好ましくは、前記発光装置は前記光収集システムからの光束を均光するための光均一棒を含み、該光均一棒の、該光均一棒に垂直な方向における任意の断面はいずれも一致し、
前記レーザ光源は発光領域及び非発光領域を含み、ここで、第１、第２レーザアレイはいずれも該発光領域に位置し、
前記光収集システムは反射集光装置及びコリメータレンズを含み、該反射集光装置は集光領域及び非集光領域を含み、該集光領域は前記レーザ光源からの出射光をフォーカスし、該コリメータレンズに反射し、該コリメータレンズは該反射集光装置からの光束をコリメートし、該光均一棒に出射し、
前記レーザ光源の非発光領域及び非集光領域は前記レーザ光源の出射光の光軸に平行な同じ直線に位置し、且つ、前記光均一棒は前記非発光領域及び／又は前記非集光領域を通っている。
【００１８】
好ましくは、前記反射集光装置は貫通孔を有する集光レンズ及び反射素子を含み、前記集光レンズの貫通孔は非集光領域であり、前記集光レンズの貫通孔以外の領域及び該反射素子は前記集光領域であり、
前記集光レンズの貫通孔以外の領域は前記レーザ光源の出射光を集光し、該反射素子は前記集光レンズからの光束を前記コリメータレンズに反射し、
前記光均一棒は前記集光レンズの貫通孔及び前記レーザ光源の非発光領域を通っている。
【００１９】
好ましくは、前記反射集光装置は反射カバーであり、該反射カバーの中間領域は非集光領域であり、該中間領域以外の領域は集光領域であり、前記光均一棒は前記レーザ光源の非発光領域を通っている。
【００２０】
好ましくは、前記反射集光装置は反射素子及び貫通孔を有する反射カバーを含み、該反射カバーの貫通孔は非集光領域であり、該反射カバーの貫通孔以外の領域及び該反射素子は集光領域であり、
前記光均一棒は前記反射カバーの貫通孔を通っている。
【００２１】
好ましくは、第３の反射素子は前記レーザ光源の非発光領域に固定されている。
【００２２】
好ましくは、前記発光装置は前記光収集システムからの光束を均光し、垂直な方向における任意の断面がいずれも一致する光均一棒を更に含む。
【００２３】
好ましくは、前記所定値は０.３である。
【００２４】
本発明の実施例はさらに光源システムを提供し、該光源システムは、上述した発光装置と、
前記発光装置からの第１の光を吸収することで被励起光を生成し、一方の側が前記励起光及び第１の光を受け取り、同じ側において、少なくとも一部の第１の光、及び少なくとも一部の被励起光又は被励起光と吸収されなかった励起光との少なくとも一部の混合光を出射する波長変換層を含む波長変換装置と、前記発光装置からの第２の光を散射し、一方の側が第２の光を受け取り、同じ側において、少なくとも一部の第２の光を出射する散射層を含む散射装置と、第１の領域を含む導光装置とを備え、
前記発光装置からの第２の光及び第１の光は第１の光通路から該導光装置に入射し、少なくとも一部の第２の光は第１の領域に入射し、少なくとも一部の第１の光は該導光装置の第１の領域以外の領域に入射し、該導光装置の第１の領域以外の領域に入射した光は前記波長変換装置に導引され、該導光装置の第１の領域に入射した光は前記散射装置に導引され、該導光装置の第１の領域以外の領域は、前記波長変換装置からの被励起光及び前記散射装置からの第２の光を第２の光通路に導引して出射する。
【発明の効果】
【００２５】
従来技術と比べ、本発明は下記の有益な効果を有する。
【００２６】
本発明において、発光装置における光収集システムが出射した第１の光と第２の光との発散角の比は０.７以下であり、該２つの光のエテンデューは大きく異なるため、発光装置の後続の光路において該２つの光束のエテンデューの差を用いて、該２つの光を分光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は従来技術における光源システムの構造概念図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明における光源システムにかかる一つの実施例の構造概念図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａに示した光源システムにおける第１の収集レンズの右側面図である。
【図３】図３は図２Ａに示した光源システムにおける発光装置にかかるもう一つの実施例の構造概念図である。
【図４Ａ】図４Ａ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概念図である。
【図４Ｂ】図４Ｂ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概念図である。
【図５】図５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概念図である。
【図６】図６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概念図である。
【図７】図７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概念図である。
【図８】図８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概念図である。
【図９】図９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概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
明確に説明するために、以下に記載した「合成焦点距離」は各光学素子からなる光学システムの等価焦点距離を指す。
【００２９】
以下、図面及び実施形態と合わせて、本発明の実施例について詳しく説明する。
【００３０】
実施例１
図２Ａを参照し、図２Ａは本発明における光源システムにかかる一つの実施例の構造概念図である。光源システムは発光装置１、導光装置２、散射装置３及び波長変換装置４を含む。
【００３１】
発光装置１はレーザ光源１１、光収集システム１２及び光均一棒１３を含む。レーザ光源１１は発光方向が一致する、それぞれ波長範囲が異なる第１の光及び第２の光を生成するための第１のレーザアレイ１１１及び第２のレーザアレイ１１２を含む。本実施例において、第１の光は波長が４４０ｎｍ〜４６０ｎｍ範囲内の青色レーザであり、第２の光は波長が４６０ｎｍ〜４８０ｎｍ範囲の青色レーザである。第１のレーザアレイ１１１及び第２のレーザアレイ１１２は同じ平面に配列され、ここで、第１のレーザアレイ１１１は第２のレーザアレイ１１２を取り囲み、且つ、該二つのレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角は一致する。当然ながら、実際の運用の中では、第１、第２のレーザアレイは同じ平面に配列されなくてもよい。
【００３２】
レーザ素子が発した光は一定の発散角を有するため、レーザ光源１１はさらに第１のコリメータレンズアレイ１１３及び第２のコリメータレンズアレイ１１４を含み、ここで、第１、第２のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズはそれぞれ第１、第２のレーザアレイにおける各レーザ光源と一対一で対応し、対応するレーザ光源が発した光をコリメートする。実際の運用の中では、コリメータレンズによりコリメートされたレーザ光束は厳密的に平行光束ではなく、一定の発散角を有する光束であり、当然ながら、該発散角はレーザ素子が発した光の発散角よりも小さい必要がある。但し、光スポットの輝度に対する要求がそれほど高くないときに、コリメータレンズアレイは設けられなくてもよい。
【００３３】
光収集システム１２は収集装置及びコリメータレンズ１２３を含み、ここで、該収集装置は第１の領域及び第２の領域を含み、該第１の領域は第１の光が通る領域であり、第２の領域は第２の光が通る領域である。
【００３４】
本実施例において、収集装置は第１の収集レンズ１２１及び第２の収集レンズ１２２を含み、それぞれは第１の領域及び第２の領域である。該二つのレンズはいずれも凸レンズである。図２Ｂに示されたように、図２Ｂは図２Ａに示した光源システムにおける第１の収集レンズの右側面図である。第１の収集レンズ１２１はレーザ光源１１の出射光路に位置し、且つ、第１の収集レンズ１２１の、第２の光の伝播経路に対応する箇所に貫通孔１２１ａが設けられ、レーザ光源１１が発した光において、第１の光は第１の収集レンズ１２１により収集され、第２の光は直接的に第１の収集レンズ１２１の貫通孔１２１ａを通る。第２の収集レンズ１２２の焦点距離（ｆ２と記し、すなわち、第２の領域の合成焦点距離）は第１の収集レンズ１２１の焦点距離（ｆ１と記し、すなわち、第１の領域の合成焦点距離）よりも小さい。本実施例において、ｆ２／ｆ１は０.３以下である。第２の収集レンズ１２２は第１の収集レンズ１２１を通る第２の光の伝播経路に位置し、第２の光を収集し、且つ、第１、第２の収集レンズの焦点は重なっている。
【００３５】
コリメータレンズ１２３は第２の収集レンズ１２２の出射光路に位置し、それぞれ第１、第２の収集レンズにより収集された第１、第２の光をコリメートし、ここで、該コリメータレンズ１２３の焦点距離はｆ３と記される。コリメータレンズ１２３によりコリメートされた光束は光均一棒１３に入射し、均光され、ここで、該光均一棒１３に垂直な方向における任意の断面はいずれも一致する。
【００３６】
レーザ光源１１の出射光は複数の小さい光束からなり、ここで、各小さい光束は一つのレーザ素子が発した光であり、各小さい光束は互いに平行しており、各小さい光束の内部において一定の発散角を有する。該出射光における、第１の光及び第２の光はそれぞれ異なる収集レンズ及び同じコリメータレンズによりコリメートされた後、各小さい光束の発光面は圧縮される。エテンデュー保存からわかるように、各小さい光束の発散角は増大するが、第１の光における各小さい光束の発散角の増大倍数はｆ１／ｆ３であり、第２の光における各小さい光束の発散角の増大倍数はｆ２／ｆ３である。第１の光及び第２の光が光均一棒１３に入射するときに、いずれもコリメータ光束であるため、該２つの光のそれぞれの発散角はそれぞれ該２つの光における小さい光束の発散角に等しい。本実施例において、ｆ２／ｆ１は０.３以下であるため、光収集システム１２が出射した光における第２の光と第１の光との発散角の比は０.３以下である。
【００３７】
光均一棒１３の、該光均一棒１３に垂直な方向における任意の断面はいずれも一致し、光束は光均一棒１３により均光された後、単に面分布が変化し、角分布が変化しないため、第２の光及び第１の光の、光均一棒１３により均光された発散角の比は依然として０.３以下である。該２つの光の発散角は差がこれほど大きく、これにより、後続の光路上において、該２つの光のエテンデューを用いて該２つの光を分光することができる。
【００３８】
光収集システム１２における第１、第２の収集レンズを通った後、各小さい光束は単に一つのスポットにフォーカスし、各小さい光束からなる大きい光束の発散角は大きいが、各小さい光束内部の発散角は依然として小さい。第１、第２の収集レンズが出射した光は直接的に光均一棒１３内に入射し、均光されると、各小さい光束は光均一棒１３内において複数回反射された後、出射時の内部発散角が依然として非常に小さく、各小さい光束からなる大きい光束は、発散角が依然として大きい。よって、光均一棒１３の出光口のある面に形成された光スポットは依然として複数の互いに独立した小光スポットであり、１つの均一で完全な大きい光スポットではない。また、該大きい光束の発散角は大きく、後続の収集に不利である。
【００３９】
従って、光収集システム１２において、さらにコリメータレンズ１２３を含むことが好ましい。第１、第２の収集レンズの出射光はコリメータレンズ１２３によりコリメートされた後、異なる小さい光束間はコリメートされているが、小さい光束内の発散角はかえって大きくなる。よって、光均一棒１３により均光された大きい光束の発散角は小さく、該大きい光束における各小さい光束の発散角は大きく、これにより、光均一棒１３の出光口がある面に形成された光スポットは、照度が均一な１つの完全な大きい光スポットである。光均一棒１３が出射した第１の光及び第２の光の発散角は、コリメータレンズ１２３がないときに比べ、より小さく、後続の光路に用いられるのに有利である。
【００４０】
導光装置２は第１のフィルター２１及び第１の反射素子２２を含み、ここで、第１のフィルター２１は第１の光及び第２の光を透過出射して被励起光を反射し、第１の反射素子２２は第２の光を反射する。本実施例において、具体的に、第１の反射素子２２は小さいフィルターであり、第１の光を透過出射し、第２の光を反射する。第１の反射素子２２は導光装置２の第１の領域において設けられ、本実施例において、該第１の領域は第１のフィルター２１の中心領域である。
【００４１】
光均一棒１３の出射光は第１の光通路から導光装置２に入射する。便利さを図り、且つ後続の光路における該２つの光の利用率を向上させるために、光均一棒１３の出射光路において、光均一棒１３の出射光をコリメートするためのコリメータレンズ１４が更に設けられることが好ましい。第１の光及び第２の光は光均一棒１３から出射するとき、該２つの光の発光面がいずれも光均一棒１３の出光口の面積に等しく、且つ、第２の光の発散角と第１の光の発散角との比が０.３以下であるため、光均一棒１３の出射光がコリメータレンズ１４によりコリメートされたコリメータ光束におけるその光軸に垂直な任意の断面において、第１の光及び第２の光が形成した光スポットはいずれも該光軸を中心とし、且つ、第２の光が形成した光スポットの口径は第１の光が形成した光スポットの口径よりも小さい。該光均一棒１３の出射光における第２の光と第１の光との発散角の比は小さいほど、第２の光が形成した光スポットは第１の光が形成した光スポットに対して小さくなる。
【００４２】
コリメータレンズ１４によりコリメートされた光束は導光装置４に入射し、ここで、該コリメータ光束の中間における一部の光束（第１の光及び第２の光を含み）は第１のフィルター２１の中間領域に入射し、すなわち、第１の反射素子２２に入射し、散射装置３に反射され、残りの光束（すなわち、第１の光）は第１のフィルター２１の第１の反射素子２２以外の領域に入射し、波長変換装置４まで透過出射される。容易にわかるように、光均一棒１３の出射光における第２の光と第１の光との発散角の比は小さいほど、第１の反射素子２２は第１のフィルター２１に比べ、面積が小さくなってもよい。
【００４３】
実際の運用の中では、第１の反射素子２２は反射鏡又は偏光板であってもよく、第２の光を散射装置３に反射することができればよい。第１のフィルター２１の第１の位置において一つの貫通孔を設けることができ、第１の反射素子２２が該貫通孔内に固定される。加工を便利にするため、直接的に第１の反射素子２２を第１のフィルター２１の第１の領域に積層固定することが好ましい。第１の反射素子２２は第１のフィルター２１の、レーザ光源１１に背向する側又は面する側に固定することができるが、後者は好ましく、これにより、第２の光が第１の反射素子２２により反射される前後に第１のフィルター２１を通ることによる光の損失を避けることができる。
【００４４】
散射装置３は積層設置された散射層３１及び反射基板３２を含む。散射層３１は対向する第１の表面及び第２の表面を含み、ここで、第２の表面は反射基板３２に接し、第１の表面は導光装置２からの光束を受け取り、同じ側において散射装置３に散射された光束を出射する。当然ながら、散射層３１が十分に厚い場合、反射基板３２がなくても、大部分の光束を第１の表面から出射することができる。
【００４５】
波長変換装置４は積層設置された波長変換層４１及び反射基板４２を含む。波長変換層４１は対向する第１の表面と第２の表面を含み、ここで、第１の表面は反射基板４２に背向し、第１の光を受け取る。波長変換層４１において、波長変換材料が設けられ、導光装置２からの第１の光を吸収し、第１の表面から被励起光又は被励起光と吸収されなかった励起光との混合光を出射する。当然ながら、波長変換層４１が十分に厚い場合、反射基板４２がなくても、大部分の被励起光又は被励起光と吸収されなかった励起光との混合光を第１の表面から出射することができる。本実施例において、波長変換材料は、具体的に、励起光を受け取って黄色被励起光に変換して出射する黄色光波長変換材料であり、ここで、該被励起光はランバーシアン分布をなしている。実際の運用の中では、波長変換材料は蛍光体、量子点又は蛍光染料など、波長変換能力を有する材料であってもよく、該波長変換材料はその他の色の波長変換材料であってもよい。
【００４６】
散射装置３及び波長変換装置４が出射した光はそれぞれ収集レンズ２３、２４により収集された後、それぞれ導光装置２の両側から入射し、ここで、被励起光は第１のフィルター２１に反射され、第２の光通路から出射し、波長変換装置４に吸収されなかった第１の光は第１のフィルター２１を透過出射し、損失される。散射装置３が出射する散射された光束における、第１の反射素子２２に入射した光は反射され、損失され、第１のフィルター２１における、第１の反射元件２２以外の領域に入射した光束は導光装置４を透過出射し、被励起光と１束の合成光に合成し、第２の光通路から出射する。散射装置３が出射した光束における、第１の反射素子２２の反射による損失される光をできる限り小さくするために、第１の反射素子２２の面積は第１のフィルター２１の面積の１０％よりも小さいことが好ましい。
【００４７】
本実施例において、光均一棒１３が出射した光において、第１の光と第２の光とのエテンデューの差が大きいため、導光装置４は該両者のエテンデューの差を用いて分光することができ、このように、導光装置４における第１の反射素子２２は第１のフィルター２１に対して小さく、散射装置により散射される前の第２の光と散射された後の第２の光とのエテンデューの差を用いて該２束の光の光路を区分けすることができる。それとともに、導光装置４はさらに第２の光と被励起光との波長の違いを用いて、該２束の光を光合成し、光源システム全体の構造をコンパクトにし、体積を小さくする。
【００４８】
本実施例において、散射装置３の出射光が導光装置２に入射するとき、第１の反射素子２２に反射されることにより、損失される光束をできる限り小さくするために、第１の反射素子２２の面積はできる限り小さいことが好ましい。このように、光均一棒１３の出射光における第２の光はすべて第２の反射素子２２に入射できると保障するために、該出射光における第２の光と第１の光との発散角の比は０.３以下であることが好ましい。ところで、実際の運用の中では、励起光の励起効率に対する要求がそれほど高くない場合、一部の第２の光は第１のフィルター２１における第１の反射素子２２以外の領域に入射し、波長変換装置４まで透過出射し、波長変換材料を励起することができる。この場合、光均一棒１３から出射した第２の光と第１の光との発散角の比は小さい範囲内に制御しなくてもよく、該比は０.３よりも大きくても良い。該２束の光のエテンデューの差を用いて分光できるようにするために、光均一棒１３から出射するとき、第２の光と第１の光との発散角の比は０.７以下である。
【００４９】
本実施例において、第１の光及び第２の光はまず光均一棒により均光され、そしてそれぞれ波長変換装置及び散射装置に入射し、これにより、第１の光が波長変換層に形成した光スポットをより均一にし、第１の光の励起効率を向上させ、第２の光は光均一棒によりデコヒーレンス・均光され、散射装置によりそれを散射する効果をよりよくする。ところで、発光装置が出射した第１の光及び第２の光の均一度に対する要求がそれほど高くない場合、光均一棒１３を省略することもでき、これにより、発光装置１においてコリメータレンズ１２３により出射された光束は直接的に導光装置２に入射する。
【００５０】
もしくは、発光装置における光均一棒の代わりに、複眼レンズペアを用いても良い。それとともに、光束が該複眼レンズペアにより均光された後、出射するとき、第１の光と第２の光とのエテンデューの差を大きくするために、レーザ光源１１における、第２のレーザアレイの発光面積と第１のレーザアレイの発光面積との比は０.３以下であり、第２の光及び第１の光がそれぞれ該複眼レンズペアに形成した光スポット面積の比を０.３以下とし、さらに該複眼レンズペアがそれぞれ出射した該第２の光及び第１の光の出射光スポットの面積の比は０.３以下である。該複眼レンズペアが出射した第１の光及び第２の光の発散角は、一致するが、発光面の違いが大きいため、該２束の光のエテンデューの差を用いて該２束の光を分光することができる。
【００５１】
本実施例において、光収集システム１２におけるコリメータレンズ１２３は凹レンズであってもよい。コリメータレンズ１２３は凸レンズが用いられるとき、光収集システム１２において、第１の収集レンズ１２１とコリメータレンズ１２３との間の距離はこの二つのレンズの焦点距離の和である。コリメータレンズ１２３は凹レンズが用いられるとき、第１の収集レンズ１２１とコリメータレンズ１２３との間の距離はこの二つのレンズの焦点距離の差であるため、光収集システム１２において光路をより短くすることができる。
【００５２】
本実施例において、第１の収集レンズ１２１において貫通孔が設けられなくてもよい。このように、レーザ光源１１が発した光における第２の光は順次に第１の収集レンズ１２１及び第２の収集レンズ１２２により収集された後、コリメータレンズ１２３によりコリメートされ、すなわち、光収集システムにおける収集装置の第２の領域は第１の収集レンズ１２１及び第２の収集レンズ１２２を含む。これにより、第２の光が光収集システム１２を通った後、発散角の増大の倍数は第２の領域の合成焦点距離とコリメータレンズ１２３の焦点距離との比であり、すなわち、第１の収集レンズ１２１と第２の収集レンズ１２２との合成焦点距離がコリメータレンズ１２３の焦点距離との比である。
【００５３】
そのため、第１の収集レンズ１２１及び第２の収集レンズ１２２のそれぞれの焦点距離と合成焦点距離を設定することにより、光収集システム１２を通った第２の光と第１の光との発散角の比を変更することができる。第１の収集レンズ１２１と第２の収集レンズ１２２との合成焦点距離は第１の収集レンズ１２１の焦点距離よりも大きい場合、レーザ光源１１において、第２のレーザアレイは第１のレーザアレイを取り囲み、且つ、第１のレーザアレイが発した光は順次に第１の収集レンズ及び第２の収集レンズにより収集され、第２のレーザアレイが発した光は単に第１の収集レンズ１２１を通る。
【００５４】
本実施例において、第１のレーザアレイ１１１と第２のレーザアレイ１１２との位置関係は前者が後者を取り囲まず、並列に配置されてもよい。図３に示されたように、図３は図２Ａに示した光源システムにおける発光装置にかかるもう一つの実施例の構造概念図である。図２Ａに示した実施例における発光装置と相違することは、本実施例において、第１のレーザアレイ１１１と第２のレーザアレイ１１３とは並列に配置されている。光収集システム１２における第１の収集レンズ１２４及び第２の収集レンズ１２５はそれぞれ第１のレーザアレイ１１１及び第２のレーザアレイ１１２の出射光路に位置し、それに対応するレーザアレイが発した光をコリメータレンズ１２３に収集する。
本実施例において、第１の収集レンズ１２４及び第２の収集レンズ１２５の焦点とコリメータレンズ１２３の焦点とは、位置がいずれも同じである。上記の説明からわかるように、光収集システム１２を通った第２の光と第１の光との発散角の比は第２の収集レンズ１２５の焦点距離と第１の収集レンズ１２４の焦点距離との比に等しく、そのため、本実施例における第２の収集レンズと第１の収集レンズとの焦点距離の比は依然として０.７以下である。
【００５５】
図３に示した発光装置において、光収集システムにおける第１の収集レンズ１２４、第２の収集レンズ１２５及びコリメータレンズ１２３はいずれも共焦点である。実際の運用の中では、第１の及び／或第２の収集レンズはコリメータレンズと共焦点でなくてもよい。収集レンズがコリメータレンズとデフォーカスするとき、コリメータレンズが出射した光束の発散角は大きくなり、そのため、光収集システムにおける第１、第２の収集レンズは焦点距離が一致するレンズを用いることもでき、ここで、第２の収集レンズ１２５はコリメータレンズ１２３と共焦点であり、第１の収集レンズ１２４の焦点はコリメータレンズ１２３の焦点にずれており、ここで、具体的にずれる程度はコリメータレンズ１２３を通った第１の光の発散角の具体的な大きさに定められ、コリメータレンズ１２３を通った第２の光の発散角と第１の光の発散角との比は０.７以下であると保障すればよい。もしくは、同時に第１、第２の収集レンズの焦点距離が違うこと及び第１の収集レンズがコリメータレンズとデフォーカスすることを組み合わせ、コリメータレンズを通った後、第２の光と第１の光との発散角の差を大きくすることができる。
【００５６】
いくつかの場合において、第１のレーザアレイは第２のレーザアレイと必要なレーザ素子の数の差が大きいため、第１と第２の収集レンズとの口径の差も大きく、第１の収集レンズは第２の収集レンズと共焦点である必要があり、且つ、該焦点は第１，第２の収集レンズ間における光軸に位置し、これにより、第１の光が第１の収集レンズにより屈折されるとき、折り曲げ角度を大きくし、光の損失が大きく、また、第１のレーザアレイの数が多いとき、第１の収集レンズの口径は相対的に大きく、焦点距離が大きいことにより、光路が長くなる。この問題について、図４Ａ及び図４Ｂに示した実施例はそれぞれ一つの解決方法を提供する。
【００５７】
図４Ａに示されたように、図４Ａ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概念図である。発光装置はレーザ光源１１、光収集システム及び光均一棒１３を含む。本実施例が図３に示した実施例との相違点は以下のとおりである。
【００５８】
光収集システムは収集装置及びコリメータレンズ１２３を含む。本実施例において、収集装置は反射カバー１２６及び集光レンズ１２７を含む。第１のレーザアレイ１１１は第２のレーザアレイ１１２を取り囲んで、配置されている。集光レンズ１２７はレーザ光源１１が発した光における第２の光の出射光路に位置し、第１の光の出射光路を避けており、該第２の光を収集する。集光レンズ１２７は対向する第１の面１２７ａと第２の面１２７ｂを含み、ここで、第１の面１２７ａはレーザ光源１１に向けており、且つ、第２の面１２７ｂにおいてさらに第２の光を透過出射し、第１の光を反射するフィルターがメッキされている。コリメータレンズ１２３は該集光レンズ１２７の出射光路に位置し、集光レンズ１２７により出射された光束をコリメートする。
【００５９】
反射カバー１２６はレーザ光源１１の出射光路に位置し、且つ、集光レンズ１２７の第２の面１２７ｂに向けた一方の側に位置する。本実施例において、該反射カバー１２６はアルミ反射板であってもよく、又は反射膜がメッキされた凹面鏡であってもよい。反射カバー１２６の反射面はレーザ光源１１に向けており、集光レンズ１２７に対応する出射光軸において貫通孔１２６ａが設けられている。レーザ光源１１が発した光において、第１の光は直接的に反射カバー１２６に入射し、反射され、集光レンズ１２７の第２の面１２７ｂに収集され、そして第２の面１２７ｂにコリメータレンズ１２３まで反射され、コリメートされる。光均一棒１３はコリメータレンズ１２３の出射光路に位置し、反射カバー１２６における貫通孔１２６ａを通し、コリメータレンズ１２３からのコリメータ光束を受け取り、均光する。
【００６０】
上記の説明からわかるように、第２の光は順次に収集装置の第２の領域（すなわち、集光レンズ１２７の第１の面１２７ａ及び第２の面１２７ｂ）及びコリメータレンズ１２３を通り、第１の光は順次に収集装置の第１の領域（すなわち、反射カバー１２６、集光レンズ１２７の第２の面１２７ｂ）及びコリメータレンズ１２３を通っている。ここで、反射カバーと集光レンズ１２７の第２の面１２７ｂとの合成焦点距離はｆ５であり、集光レンズ１２７の焦点距離はｆ６であり、コリメータレンズ１２３の焦点距離はｆ３であると、第１の光の発散角は光収集システム１２を通った後、増大の倍数はｆ５／ｆ３であり、第２の光の発散角は光収集システム１２を通った後、増大の倍数はｆ６／ｆ３であり、第２の光及び第１の光が光均一棒１３に入射するときの発散角の比が０.７以下であると保障するために、ｆ６／ｆ５は０.７以下である。
【００６１】
本実施例において、レーザ光源が発した光において、第１の光は二つの反射面により収集されるが、第２の光は一つの収集レンズにより収集され、レーザ光源の第１のレーザアレイは第２のレーザアレイと数の差が大きい場合、本実施例において、反射カバーの焦点距離を変更することにより、該２束の光が収集システムを通った後の発散角の比を調整することができ、さらに、反射カバーと収集レンズの第２の面との連携により、第１の光のフォーカス過程は二つの光路に分けられ、且つ、この二つの光路間に重畳があり、光路を短くし、さらに発光装置の体積を小さくする。
【００６２】
当然ながら、実際の運用の中では、光均一棒１３は必ずしも反射カバー１２６における貫通孔１２６ａを通すものではなく、これは光均一棒１３の長さ及び反射カバー１２６の焦点距離により定められる。光均一棒１３が反射カバー１２６を通すか、又は光均一棒１３の出光口が反射カバー１２６の貫通孔に位置することが好ましく、反射カバー１２６の貫通孔１２６ａが小さい場合でも、光均一棒１３の出射光が反射カバー１２６に遮断されないようにする。
【００６３】
図４Ｂに示されたように、図４Ｂ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概念図である。発光装置はレーザ光源、光収集システム及び光均一棒１３を含む。光収集システムは収集装置及びコリメータレンズ１２３を含む。本実施例が上記の実施例との相違点は以下のとおりである。
【００６４】
本実施例において、レーザ光源における第１のレーザアレイ１１１及び第２のレーザアレイ１１２は同じ平面に位置していない。収集装置は第１の集光レンズ１２８及び第２の集光レンズ１２９を含む。
【００６５】
具体的に、第１の集光レンズ１２８は貫通孔１２８ａを有する凸レンズであり、貫通孔１２８ａ以外の非貫通孔領域１２８ｂは集光領域であり、該集光領域１２８ｂは光束をフォーカスすることができ、レーザ光束の断面積を小さくする。第１のレーザアレイ１１１の出射光は第１のコリメータレンズアレイ１１３によりコリメートされた後、直接的に第１の集光レンズ１２８の集光領域１２８ｂに入射する。
【００６６】
第２の集光レンズ１２９の焦点距離（Ｆ２と記す）は第１の集光レンズ１２８の焦点距離よりも小さい。第２の集光レンズ１２９は対向する第１の面１２９ａ及び第２の面１２９ｂを含み、第１の集光レンズ１２８と該第１の集光レンズ１２８の焦点との間に位置し、ここで、第１の面１２９ａは第１の集光レンズ１２８に向けており、且つ、第１の面１２９ａに第１の光を反射し、第２の光を透過出射するフィルターがメッキされている。コリメータレンズ１２３は第１の集光レンズ１２８と第２の集光レンズ１２９との間に位置する。第１の集光レンズ１２８の出射光は直接的に第２の集光レンズ１２９の第１の面１２９ａに入射し、反射され、フォーカスしたままコリメータレンズ１２３に入射し、コリメートされる。
【００６７】
光均一棒１３はコリメータレンズ１２３の出射光路に位置する。第１のレーザアレイ１１１及び第１のコリメータレンズアレイ１１３がコリメータレンズ１２３に対応する光軸においてそれぞれ貫通孔１１１ａ及び貫通孔１１３ａが設けられている。光均一棒１３は順次に第１の集光レンズ１２８における貫通孔１２８ａ、第１のコリメータレンズアレイ１１３の貫通孔１１３ａ及び第１のレーザアレイ１１１の貫通孔１１１ａを通している。コリメータレンズ１２３によりコリメートされた第１の光は光均一棒１３に入射し、均光された後、出射する。
【００６８】
レーザ光源における第２のレーザアレイ１１２及びそれと一対一で対応する第２のコリメータレンズアレイ１１４は第２の集光レンズ１２９における、第１の集光レンズ１２８に背向する一方の側に位置し、第２のコリメータレンズアレイ１１４によりコリメートされた第２の光は直接的に第２の集光レンズ１２９の第２の面１２９ｂに入射し、コリメータレンズ１２３まで収集され、そしてコリメートされ、光均一棒１３に出射し、均光される。
【００６９】
上記の説明からわかるように、第２の光は順次に収集装置の第２の領域（すなわち、第２の集光レンズ１２９の第２の面１２９ｂ及び第１の面１２９ａ）及びコリメータレンズ１２３を通り、第１の光は順次に収集装置の第１の領域（すなわち、第１の集光レンズ１２８の二つの面、第２の集光レンズ１２９の第１の面１２９ａ）及びコリメータレンズ１２３を通っている。ここで、第１の集光レンズ１２８と第２の集光レンズの第１の面１２９ａとの合成焦点距離はＦ１であり、コリメータレンズの焦点距離はＦ３であると、第１の光の発散角が光収集システムを通った後、増大の倍数はＦ１／Ｆ３であり、第２の光の発散角が光収集システムを通った後、増大の倍数はＦ２／Ｆ３である。第２の光及び第１の光が光均一棒１３に入射するときの発散角の比が０.７以下であると保障するために、Ｆ２／Ｆ１は０.７以下である。
【００７０】
本実施例において、第１のレーザアレイ及び第２のレーザアレイは同じ平面に位置していないため、レーザ光源及び第１の集光レンズの幅を小さくすることができる。図４Ａに示した実施例において、第１のレーザ光源アレイ及び第２のレーザアレイは同じ平面に位置しており、統一した放熱に有利であり、且つ、光均一棒はレーザ光源を通しておらず、レーザ光源の放熱装置の設置に有利である。
【００７１】
実際の運用の中では、光収集システムが含む素子は図３，４Ａ，４Ｂに示した実施例における例に限定されず、その他の素子であってもよく、レーザ光源が発した光において、第２の光及び第１の光がそれぞれ光収集システムにおける光学素子を通った後、発散角の増大の倍数の比が０.７以下であるようにできればよい。
【００７２】
実施例２
実施例１において、発光装置のレーザ光源が発した光において第１の光及び第２の光の発散角は一致し、該２束の光がそれぞれ通る光収集システムにおける光学素子の違いにより、該２束の光が光均一棒に入射するときの発散角を変更し、該第２の光及び第１の光が光均一棒に入射するときの発散角の比が０.７以下であるようにする。本実施例において、第２の光及び第１の光がレーザ光源から出射するときの発散角の比が既に０.７以下であるようにする。レーザ光源が出射した光のコリメート性がよいため、第２の光及び第１の光の発散角は差があっても、この差は依然として小さいため、後続の光路における光収集システムにより、該２束の光の発散角を同等割合で拡大させる。以下、具体的に説明する。
【００７３】
図５を参照し、図５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概念図である。発光装置はレーザ光源２１、光収集システム２２及び光均一棒２３を含む。
【００７４】
本実施例が図４に示した実施例における発光装置との相違点は以下のとおりである。
【００７５】
レーザ光源２１は第１のレーザアレイ２１１と第２のレーザアレイ２１２、並びにそれぞれ第１，第２のレーザアレイに対応する第１のコリメータレンズアレイ２１３及び第２のコリメータレンズアレイ２１４を含み、ここで、該二つのレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角は一致しているが、第２のコリメータレンズアレイ２１４における各コリメータレンズの焦点距離は第１のコリメータレンズアレイ２１３における各コリメータレンズの焦点距離よりも大きく、第２のコリメータレンズアレイ２１４により出射された第２の光の発散角と第１のコリメータレンズアレイ２１３により出射された第１の光の発散角との比が０.７以下であるようにする。
光収集システム２２は順次にレーザ光源２１の出射光路に位置する集光レンズ２２１及びコリメータレンズ２２２を含み、ここで、該二つのレンズは共焦点である。レーザ光源２１が出射した光は集光レンズ２２１により収集された後、コリメータレンズ２２２によりコリメートされ、そして光均一棒２３に入射する。上記の説明からわかるように、第１の光及び第２の光は光収集システム２２を通った後、発散角はいずれも増大し、ここで、増大の倍数はいずれも集光レンズ２２１とコリメータレンズ２２２との焦点距離の比である。当然ながら、実際の運用の中で、集光レンズ２２１及びコリメータレンズ２２２の焦点は互いにずれてもよく、これにより、第１の光及び第２の光の発散角の増大の倍数をより大きくする。
【００７６】
本実施例において、光収集システムにおける各レンズ又は反射カバーの焦点および焦点距離を制御する必要がなく、単にレーザ光源における各コリメータレンズを設定するため、実施例１に比べ、設定はより簡便になる。
【００７７】
本実施例において、レーザ光源２１において、第１のコリメータレンズアレイ２１３及び第２のコリメータレンズ２１４は同じコリメータレンズを用いることもできる。それとともに、第１のレーザアレイが第１のコリメータレンズアレイにおけるレンズとデフォーカスするように設定し、すなわち、第１のレーザアレイにおける各レーザ素子はそれに対応するコリメータレンズアレイにおけるコリメータレンズの光軸に位置し、且つ、該コリメータレンズの焦点の所定位置にずれており、第１のレーザアレイにおける各レーザ素子の発した光が第２のレーザアレイにおける各レーザ素子の発散角よりも大きい所定発散角を有するようにする。もしくは、以下のようにしてもよく、第１，第２のコリメータレンズアレイはいずれも同じコリメータレンズを用いて、且つ、いずれもデフォーカスすることはないが、第１のレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角は第２のレーザアレイにおける各レーザ素子が発した光の発散角よりも大きく、コリメートされた第２の光の発散角とコリメートされた第１の光の発散角との比が０.７以下であるようにする。当然ながら、同時に発散角が異なるレーザ素子、デフォーカス設定、焦点距離が異なるコリメータレンズという三つの方法のうち少なくとも二つを用いてもよく、レーザ光源が発した光において第１の光と第２の光との発散角の差を大きくする。
【００７８】
もしくは、本実施例において、レーザ光源２１において第１のコリメータレンズアレイ２１３及び第２のコリメータレンズ２１４は同じコリメータレンズを用いてもよい。それとともに、レーザ光源内における第１の光の伝播経路に散光片又は複眼レンズペアが設けられ、且つ、該散光片又は複眼レンズペアは第２の光の伝播経路を避けており、このように、該両者は第１の光の発散角を増大させることができる。
【００７９】
レーザ光源２１の出光面が大きい場合、集光レンズ２２１の口径も十分に大きい必要があり、レーザ光源２１の出射光をすべて収集するようにする。集光レンズ２２１の焦点距離は口径と関係があり、その口径は大きいほど、焦点距離は長くなり、発光装置における光路も長くなる。この問題について、図６に示した実施例において一つの解決方法が提供されている。図６に示されたように、図６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概念図である。発光装置はレーザ光源２１、光収集システム２２及び光均一棒２３を含む。
【００８０】
本実施例が図５に示した実施例における発光装置との相違点は以下のとおりである。
【００８１】
本実施例において、光収集システム２２は集光レンズ２２１、第２の反射素子２２３及びコリメータレンズ２２２を含む。具体的に、集光レンズ２２１は貫通孔２２１ａを含む凸レンズであり、貫通孔２２１ａ以外の非貫通孔領域２２１ｂは集光領域である。集光領域２２１ｂはレーザ光源２１の出射光をフォーカスすることができ、レーザ光束の断面積を小さくする。
【００８２】
本実施例において、具体的に、第２の反射素子２２３は一つの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。該凸レンズ２２３は集光レンズ２２１と該集光レンズ２２１の焦点Ｏとの間に位置し、且つ、その凸反射面は集光レンズ２２１の出射光を反射し、反射光がフォーカスしたままの状態にする。コリメータレンズ２２２は凸レンズ２２３の出射光路に位置し、光束をコリメートする。
【００８３】
それとともに、レーザ光源２１において、集光レンズ２２１に対応する貫通孔２２１ａにおいても貫通孔２１ａが設けられ、該貫通孔２１ａにおいて、レーザ素子及びコリメータレンズが設けられていない。光均一棒２３の設置はそれが順次に集光レンズ２２１の貫通孔２２１ａ、レーザ光源２１の貫通孔２１ａを通すようにし、且つ、光均一棒２３の入光口はコリメータレンズ２２２に隣接し、コリメータレンズ２２２によりコリメートされた光束が光均一棒２３に入射し、均光されるようにする。
【００８４】
このように、集光レンズ２２１と凸レンズ２２３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、この二つの光路間に重畳があり、そのため、本実施例における光収集システムはレーザ光源２１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。
【００８５】
図５に示した実施例において、光収集システム２２における集光レンズ２２１はさらに反射曲面を用いて代えることができる。図７に示されたように、図７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概念図である。発光装置はレーザ光源２１、光収集システム２２及び光均一棒２３を含む。
【００８６】
図５に示した実施例における発光装置と相違するのは、光収集システム２２は反射集光装置２２４及びコリメータレンズ２２２を含む。本実施例において、具体的に、反射集光装置２２４は反射カバーであり、該反射カバーはアルミ反射板であってもよく、又は反射膜がメッキされた凹面鏡であってもよい。反射罩２２４はレーザ光源２１の出射光路に位置し、レーザ光源２１が発した光を反射し、収集する。コリメータレンズ２２２はレーザ光源２１と反射カバー２２４との間に位置し、反射カバー２２４からの光束をコリメートする。
【００８７】
それとともに、レーザ光源２１は、コリメータレンズ２２２の出射光に対応する光軸において貫通孔２１ａが設けられ、該貫通孔２１ａにおいてレーザ素子及びコリメータレンズが設けられていない。光均一棒２３はコリメータレンズ２２２の出射光路に位置し、レーザ光源２１の貫通孔２１ａを通している。コリメータレンズ２２２によりコリメートされた光束は光均一棒２３に入射し、均光され、出射する。
【００８８】
本実施例において、反射カバーを用いることにより、光収集システム２２における光路を折り畳み、光路を短くし、且つ、光均一棒２３はレーザ光源２１を通しており、光均一棒２３における一部の光路がレーザ光源２１と重畳するようにし、さらに発光装置における光路を短くし、発光装置の構造をよりコンパクトにし、体積をより小さくする。
【００８９】
図７に示した実施例において、レーザ光源２１の出光面が大きい場合、反射カバー２２４の面積も十分に大きい必要があり、レーザ光源２１の出射光をすべて収集するようにし、これにより、反射カバー２２４の焦点距離を長くし、発光装置の体積を大きくする。この問題について、図８に示した実施例において、一つの解决方法が提供されている。図８に示されたように、図８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概念図である。発光装置はレーザ光源２１、光収集システム２２及び光均一棒２３を含む。
【００９０】
本実施が図７に示した実施例との相違点は以下のとおりである。
【００９１】
本実施例において、レーザ光源２１に貫通孔が設けられていない。反射集光装置２２４は反射カバー２２５及び第３の反射素子２２６を含む。反射カバー２２５の中心領域に貫通孔２２５ａが設けられ、該貫通孔２２５ａは非集光領域であり、貫通孔２２５ａ以外の領域は集光領域２２５ｂである。反射カバー２２５はレーザ光源２１の出射光路に位置し、レーザ光源２１の出射光を反射し、フォーカスをする。
【００９２】
本実施例において、具体的に、第３の反射素子２２６は反射鏡である。該反射鏡２２６は反射カバー２２５とレーザ光源２１との間に位置し、且つ、反射カバー２２５と該反射カバー２２５の集光焦点との間に位置し、反射カバー２２５の出射光の光軸と垂直に設けられ、反射カバー２２５の出射光を反射し、反射光がフォーカスしたままの状態とする。
【００９３】
コリメータレンズ２２２は反射鏡２２６と反射カバー２２５との間に位置し、反射鏡２２６からの光束を受け取り、コリメートする。コリメータレンズ２２２が出射したコリメータ光束が出射できるようにするために、光均一棒２３はコリメータレンズ２２６の出射光路に位置し、反射カバー２２５の貫通孔２２５ａを通しており、コリメータレンズ２２２からの光束を受け取り、均光し、そして出射する。
【００９４】
このように、反射カバー２２５と反射鏡２２６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、この二つの光路間に重畳があり、そのため、レーザ光源２１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。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。
【００９５】
また、反射鏡２２６とレーザ光源２１との距離が近いため、図８に示されたように、レーザ光源２１と反射カバー２２５の出射光の光軸との交点の付近において、レーザ素子及びコリメータレンズが設けられなくてもよく、反射鏡２２６をレーザ光源２１における、レーザ素子が設けられていない領域に固定し、反射鏡２２６が懸架しており、固定が難しい問題を解決するようにする。
【００９６】
本実施例において、反射鏡２２６の位置がそのまま変わらない場合、自身が光を反射するフォーカス点の位置も固定されている。実際の運用の中では、第３の反射素子２２６は凹レンズ又は凸レンズを用いて代えることができ、該凹レンズ又は凸レンズは一つの反射面（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、凸レンズが反射した光はより近い距離においてフォーカスすることができ、凹レンズが反射した光はより遠い距離において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、需要に応じて、自身の曲面が設定することができ、自身が光を反射するフォーカス点の位置遠近を制御するようにする。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し、さらにレーザ光源が出射した光が光収集システムを通った後、発散角の増大倍数を制御する。
【００９７】
また、反射カバー２２５の寸法は大きいため、その反射光は明らかな収差が生じ、それは単独で反射カバー２２５の曲面を設定することにより、解消できないが、反射カバー２２５及び凹透鏡又は凸レンズの反射面を用いて、連携して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ほど高くない場合、第３の反射素子は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であることが好ましい。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は凹反射面を有するアルミ反射板などを用いて代えることもでき、その凹反射面も同じ効果を奏することができ、同じように、凸反射面を有する凸レンズは凸反射面を有するアルミ反射板を用いて代えることもできる。
【００９８】
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２３の出光面は反射罩２２５の貫通孔２２５ａより延出しており、このように、光均一棒２３の挟持固定に有利である。本発明におけるその他の実施形態において、反射集光装置２２４及び光均一棒２３を調整することにより、光均一棒２３の出光面がちょうど反射カバー２２５の貫通孔２２５ａに位置するようにし、これにより、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２３の出光面を封止することもでき、これにより、一つの密封した空間を形成することができ、埃が内部に入ることを防止する。当然ながら、さらに反射集光装置２２４及び光均一棒２３を調整することにより、光均一棒２３の出光面が反射カバー２２５とレーザ光源２１との間に位置するようにし、このとき、光収集システム２２はさらに一つのレンズを含むことができ、該レンズは光均一棒２３の出射光をコリメートし、又はフォーカスし、後続の光学素子が使用するためであり、且つ、該レンズは反射カバー２２５の貫通孔２２５ａにおいて固定することができ、これにより、発光装置全体の構造をコンパクトにすることができる。
【００９９】
実施例１において、第２の光及び第１の光はレーザ光源の出射光において同じ発散角を有し、そしてそれぞれ光収集システムにおける異なる素子を通り、該２束の光の発散角を異なる程度に拡大させ、光収集システムが出射した第２の光と第１の光との発散角の比が０.７以下であるようにする。実施例２において、第２の光及び第１の光は、レーザ光源の出射光における発散角の比がすでに０.７以下であり、そして光収集システムを通り、同等割合で拡大され、光収集システムが出射した第２の光と第１の光との発散角の比が０.７以下であるようにする。実際の運用の中では、実施例１及び実施例２においてそれぞれ用いられた方法を組み合わせることができ、すなわち、第２の光及び第１の光はレーザ光源の出射光において前者の発散角は後者の発散角よりも小さく、そして光収集システムを通り、異なる割合で拡大され、ここで、後者の拡大の倍数は前者の拡大の倍数よりも大きく、光収集システムが出射した第２の光と第１の光との発散角の比が０.７以下であるようにする。
【０１００】
実施例３
実施例１及び実施例２において、レーザ光源が発した光は光収集システムにおける収集素子により収集された後、いずれもコリメータレンズに入射し、コリメートされる。このように、コリメータレンズの出射光において、第１の光及び第２の光における各小光束はいずれも互いに平行となり、そのため、第１の光及び第２の光の発散角はそれぞれ各自の内部における小光束の発散角である。ところで、実際の運用の中では、発光装置が出射した第１の光及び第２の光の均一度に対する要求がそれほど高くない場合、光収集システムにおいて、コリメータレンズが設けられなくてもよく、レーザ光源が発した光は収集された後、直接的に光均一棒に入射する。以下、具体的に説明する。
【０１０１】
図９を参照し、図９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概念図である。発光装置はレーザ光源３１、光収集システム及び光均一棒３３を含む。
【０１０２】
本実施例が図５に示した実施例との相違点は以下のとおりである。
【０１０３】
レーザ光源３１は第１のレーザアレイ３１１、第２のレーザアレイ３１２、第１のコリメータレンズアレイ３１３及び第２のコリメータレンズアレイ３１４を含み、ここで、第１のレーザアレイ３１１は第２のレーザアレイ３１２を取り囲んで配置され、第２のレーザアレイ３１２は光軸Ｍを取り囲んで配置され、第１、第２のコリメータレンズアレイにおける各コリメータレンズはそれぞれ第１、第２のレーザアレイにおける各レーザ素子と一対一で対応し、それに対応するレーザ素子が発した光をコリメートする。
【０１０４】
光収集システムは集光レンズ３２を含み、レーザ光源３１が発した光を光均一棒３３内に収集し、均光し、ここで、集光レンズ３１の光軸は光軸Ｍと重なっている。レーザ光源が発した光は集光レンズ３１により収集された後、直接的に光均一棒３３に入射するため、光均一棒の入光口において、第１の光の発散角はθである。レーザ光源３１が発した光において光軸Ｍより最も遠い第１の光と光軸Ｍとの距離はＬ１であり、集光レンズ３１の焦点距離はＦであると、tａnθ＝Ｌ１／Ｆである。第２の光の発散角はαであり、レーザ光源３１が発した光において光軸Ｍより最も遠い第２の光と光軸Ｍとの距離はＬ２であると、tａnα＝Ｌ２／Ｆである。
【０１０５】
そのため、本実施例において、それぞれ集光レンズ３１に入射した第２の光及び第１の光の口径を制御することにより、発光装置の出射光において、第２の光及び第１の光の発散角の相違を制御する。本実施例において、α／θが０.７以下であるようにすると、ａｒｃｔａｎ（Ｌ２／Ｆ）とａｒｃｔａｎ（Ｌ１／Ｆ）との比は０．７以下である。
【０１０６】
上記の例において、第１の光及び第２の光はそれぞれ波長範囲が異なる青色光である。当然ながら、実際の運用の中では、第１の光及び第２の光はその他の色の光であってもよく、上記の例に限定されない。
【０１０７】
上記の実施例の説明において、各発光装置はいずれも図２Ａに示した光源システムに応用されている。ところで、実際の運用の中では、各発光装置はその他の場合に応用することもできる。例えば、第１の光は青色レーザであり、第２の光は赤色レーザである。発光装置の後続の光路において、小反射鏡を用いて発光装置が出射した光における第２の光を反射し、該２束の光を分光し、又は一つの貫通孔を有する反射鏡を用いて発光装置からの出射光を受け取り、ここで、第２の光は該反射鏡の貫通孔から透過して出射し、第１の光は該反射鏡の、貫通孔を除いた領域に反射され、該二つの光を分光するようにする。当然ながら、第１の光は赤色レーザであり、第２の光は青色レーザであってもよく、これは実際の需要に応じて定められる。
【０１０８】
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、各个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。
【０１０９】
本発明の実施例はさらに投影システムを提供し、該投影システムは光源システムを含み、該光源システム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。該投影システムにおいては、各種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。なお、上述した発光装置は照明システムにおいて、応用することもでき、例えば、舞台灯照明が挙げられる。
【０１１０】
上述したのは本発明の実施形態であり、本発明の特許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成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全て同様に本発明の特許保護範囲内に含まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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