JP2014506719A - 光学素子および照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明の反射器／結像光学素子（１１）は、少なくとも１つの第１波長の光（Ｐ１）を通過させ、反射器／結像光学素子（１１，４３）を通って放射される光（Ｐ１）を第１焦点（Ｆ）に集光し、第１焦点（Ｆ）から反射器／結像光学素子（１１，４３）に放射される少なくとも１つの第２波長光（Ｒ）を、反射器／結像光学素子（１１，４３）の第２焦点（Ｆ’）に反射するために構成されている。

Description

本発明は、光学素子またはオプチカルエレメントに関しており、この光学素子は、この光学素子を通って放射された光が第１の焦点に集光されるように構成されている。本発明はさらに、このような光学素子を有する照明装置に関する。

同じタイプの複数のレーザダイオードの光が、１つのレンズ系を介してカラーホイールまたはリン光ホイールに集光される画像プロジェクタが公知である。このカラーホイールは一般的に、これに入射する１次光を波長変換ないしはコンバージョンする発光材料領域を有する。変換された光は、つぎにレンズ系を介して捕捉され、ダイクロックミラーによって場合によっては別の色と重畳され、最終的には光ミキサに集光される。必要なコンポーネントのサイズおよびこれらのコンポーネントの個数が多いことにより、効率は比較的低い。

本発明の課題は、効率的に波長変換光を形成するための殊にコンパクトかつ簡単な選択肢を提供することである。

この課題は、独立請求項に記載した特徴的構成によって解決される。有利な実施形態は、殊に従属請求項に記載されている。

上記の課題は、反射器／結像光学素子によって解決され、ここでこの反射器／結像光学素子は、少なくとも１つの第１波長の光（「１次光」）を通過させ、反射器／結像光学素子を通って放射される上記の１次光を第１焦点に集光するか集束し、第１焦点から反射器／結像光学素子に放射されて（戻る）少なくとも１つの第２波長の光（放射光）を反射器／結像光学素子の第２焦点に反射するために構成されている。ビーム形成および反射の２重の機能により、コンポーネントを節約することができ、コンパクトなデザインが得られる。さらに効率的な光収量ないしは高い効率が可能になる。

上記の反射器／結像光学素子は、殊に結像光学系であると同時に反射器としても使用される光学素子と理解することができる。より正確にいうと、上記の反射器／結像光学素子は、少なくとも１つの第１波長のこの反射器／結像光学素子を通過する１次光を結像する光学系として使用され、また（反対方向に）少なくとも１つの第２波長の放射光に対する反射器としても使用されるのである。上記の少なくとも１つの第１波長および少なくとも１つの第２波長は、結果的に異なる。

上記の反射器／結像光学素子は、入射する１次光の少なくとも一部分を少なくとも１つの第２波長の放射光（「放射光の波長変換成分」）に変換する発光材料領域を有する照明装置と一緒に使用するのに殊に適している。完全には行われないことが多い変換において入射する１次光の１つの成分は、上記の発光材料領域から、波長変換なしに散乱されて戻る（「放射光の１次光成分」）。このような発光材料領域が、反射器／結像光学素子を通して１次光によって照射されると、殊にこの発光領域が第１焦点またはその近くに設けられている場合には、この散乱されて戻る波長変換される放射光の成分は、反射器／結像光学素子における反射によって少なくとも一部分が第２焦点に反射される。これに対して、発光材料領域から反射器／結像光学素子に散乱されて戻る（波長変換されていない）放射光の１次光成分は、反射器／結像光学素子を通って、例えば消滅し得る。したがって第２焦点には実質的に純粋な波長変換された光が得られるのである。

１つの実施形態では、上記の反射器／結像光学素子は、集光レンズとして構成されている透光性の基体を有している。したがってこの基体を通過する１次光を、コンパクトかつ正確に第１焦点に集束または集光することができる。この基体は、ガラスまたはプラスチック製とすることができる。この基体は、１つの部材からまたは複数の部材から構成することが可能である。（１つの部材または複数の部材からなる）基体は、例えば相異なる屈折率および／または散乱特性のような相異なる特性を有する複数の部分基体または部分領域から組み立てることが可能である。

１つの発展形態では、反射器／結像光学素子は、例えばその基体は、殊にその外側面が、１次光を第１焦点に集光するため、有利には直角を含めた所定の角度で外部面に入射するように成形されている。反射器／結像光学素子は、殊にその基体は、例えば外側面をさらに相異なる波長の１次光の入射および集光をするように適合させることができ、例えば、相異なる区画または領域を設けることにより、また殊に相異なって成形される区画また領域を設けることによって適合させることができ、これらの区画または領域は、それぞれの波長による照射のために決定される。

上記の反射器／結像光学素子、殊にその基体は、殊に対称面または対称軸に対して実質的に鏡映対称に、および／または反射器／結像光学素子の対称軸に対して実質的に回転対称に構成することができる。鏡映対称に構成する場合、対称面は、殊に、上記の２つの焦点の間の接続線に対して垂直かつその中央に延在している。例えば、平面図では円形または楕円形の基本形状を使用可能である。

特別な１実施形態では、上記の基体は、凹形凸形の基本形状を有する。この基体は、殊に凸形に成形された外側面を有しており、第１光源から放射される１次光はまずこの外側面に当たる。内側面は、同じ方向に湾曲されて凹形に成形されている。この内側面は、例えば、楕円体の形状を有する。択一的にはこの内側面は、２つの放物面の組み合わせである形状を有する。この内側面は、殊に半空間に構成される反射器である。択一的には上記の外側面は、フレネルレンズの形状をとることができ、例えば、円形の領域を有することができる。これによって高さを低減することができる。

別の１つの実施形態では、上記の反射器／結像光学素子は、少なくとも１つのダイクロイック反射器を、殊にダイクロイック反射層を有しており、この反射器は、１次光に対して透過性を有し、かつ、少なくとも上記の放射光の波長変換した成分に対しては反射性を有する。したがって第２焦点において少なくとも１つの第２波長の純粋な色をした波長変換光を容易に供給することができる。なぜならば、反射器／結像光学素子に向かって反射されて戻らされ、ひいてはダイクロイック反射器に向かって反射されて戻される上記の放射光の１次光成分は、再度反射器／結像光学素子を通過して一般的に再び利用されることがないからである。このダイクロイック反射器は、例えば、約４５０ｎｍ以下の波長の光に対して透過性を有し、約４６０ｎｍ以上の波長の光に対して反射性を有する。

１つの発展形態では、上記のダイクロイック反射層は、上記の基体の内側面に被着され、殊にこの内側面は実質的に完全に覆われる。

１つの発展形態では、上記の反射器／結像光学素子は、一部分がダイクロイックな反射性を有するように構成されており、また別の一部分が波長に依存しない反射性を有するように構成されている。上記のダイクロイックな反射性を有する領域は、殊に少なくとも１つの面に、殊に上記の内側面に設けられており、この面は外部からの１次光を通過させるために設けられている。上記の波長に依存しない反射領域は、殊に上記の面に対して相補的な面、殊に上記の内側面の相補的な面に設けられている。したがって入射した１次光の一部は、所期のように第２焦点に反射され、そこから有効光として出力結合されるのである。

上記の課題は、上で説明したような少なくとも１つの反射器／結像光学素子を有する照明装置によって解決される。

１つの実施形態では、この照明装置はさらに、上記の反射器／結像光学素子（殊にその外側面）に配向されかつ上記の少なくとも１つの第１波長の１次光を形成する少なくとも１つの第１光源と、第１焦点またはその近くに少なくとも一時的に存在する発光材料領域を有しており、この発光材料領域は、１次光の少なくとも一部分を波長変換する。したがって殊に簡単かつコンパクトに第２焦点において、殊に純粋な波長変換された上記の少なくとも１つの第２波長の有効光を供給することができるのである。

１つの発展形態において、少なくとも１つの第１光源と反射器／結像光学素子との間に少なくとも１つの光学系ないしは光学素子（例えば、光フィルタ、結像光学系など）が設けられる。上記の１次光は、都度有利な形態および方向で反射器／結像光学素子に入射することができる。波長の相異なる１次光は、相異なる形態、強度および／または入射角を有し得る。

別の１つの実施形態では、少なくとも第２焦点に少なくとも１つの光学系が後置されている。これにより、照明装置から出力結合される有効光の少なくとも１つの特性を容易に変化させることができ、例えば幅、開口角、配色、均一化度などを容易に変化させることができる。

１つの発展形態では、第２焦点に後置される少なくとも１つの光学系は、結像光学系、向きを備える光学系、均一化光学系、フィルタ光学および／または透明または半透明の透光性の光学系を有する。

さらに別の実施形態では、上記の発光材料領域は、第１焦点に対して固定されている。これにより、殊にコンパクト、簡単かつ安価な構造が可能になる。例えば、発光材料領域は、少なくとも１つの発光材料を有する発光材料層を有することができ、この層は、第１焦点またはその近くに設けられる。

択一的な実施形態では、上記の少なくとも１つの発光材料領域は、回転可能な発光ホイールに配置されている。これにより、殊に相異なる第２波長の光を順次に形成することができ、これは、第１焦点またはその近くにおける（１つずつの発光材料または所定の発光材料混合物だけを有する）複数の発光材料領域のうちの１つずつの発光材料の発光ホイールの回転位置に依存した位置によって形成される。発光ホイールを使用することにより一般的に、波長変換時のストークス損失によって少なくとも１つの発光材料領域の熱負荷を低減することができるという一般的な利点が得られ、これによって波長変換される光の波長の熱によるシフトも「熱的クエンチング」も共に低減され、また発光材料の熱的に誘導される劣化が防止される。これにより、短時間および長時間安定した発光特性が可能になるのである。

上記の発光ホイールが第２焦点に後置される光学系の少なくとも一部分を有するのも別の実施形態である。これにより、有利にも、発光ホイールの回転位置に依存して後置の光学系を選択することができ、しかも第１焦点またはその近くに設けられる発光ホイールの機能領域との協調動作においてこれを行うことができる。第２焦点に後置される光学系は、発光ホイールのあらかじめ設定した回転位置にあり、殊に第２焦点またその近くにある。これにより、殊に、反射器／結像光学素子の一部分が上記の放射光の１次光成分に対しても部分的に反射性を有する場合に、つぎのような複数のペアをまとめることができる。すなわち、１つ目は、第１焦点またはその近くの、機能領域として使用される発光材料領域と、第２焦点またはその近くの、放射光の１次光成分に対して透過でない光フィルタとのペアである。これにより、発光材料領域によって波長変換された純粋な放射光を有効光として出力結合することができる。２つ目は、第１焦点またはその近くの、少なくとも１次光を反射する（機能）領域と、第２焦点またはその近くの、放射光の１次光成分（ここでは１００％である）に対して透光性の、殊に透明な領域とのペアである。これにより、１次光成分を少ない損失で出力結合することができる。

さらに上記の発光ホイールが、殊に（発光ホイールの回転位置に依存して）第１焦点またはその近くにも位置決め可能であり、かつ、１次光に対して透過な領域を有するのも１つの実施形態である。これにより、１次光は、さらに反射させなくても反射器／結像光学素子において出力結合することができる。

別の実施形態では、殊に第１焦点において光を直接出力結合する際に第１焦点に少なくとも１つの光学系が後置される。これにより、例えば、ビームを成形する、フィルタリングするなどでこの光に影響を及ぼすことができる。

さらに１つの実施形態では、上記の照明装置は、少なくとも１つの第２光源を有しており、この第２光源は、少なくとも１つの第３波長の光（「第２の１次光」）を放射する。この少なくとも１つの第３波長は、少なくとも１つの第１波長および少なくとも１つの第２波長とは異なる。この少なくとも１つの第３波長は有利には、赤色の光に対応する波長を含んでおり、これにより、この波長が含まれなければ行われるべきである波長変換時のストークス損失による発光装置の加熱を低減することができる。しかしながらこの少なくとも１つの第３波長は、これに限定されず、例えば青色光および／または赤外光など含むことができる。

１つの発展形態では、上記の少なくとも１つの第２光源は、反射器／結像光学素子とは反対側の面から発光ホイールに照射する。この反射器／結像光学素子は、少なくとも１つの第３波長を反射し、第２光源は発光ホイールの所定の角度位置において、第２の１次光に対して透過な発光ホイールの領域に放射する。これにより、第２焦点において、第３波長の光も順次に出力結合することができる。これは、第２の１次光が、波長変換からは得られないかまたはコストをかけることによってのみ得られる場合には殊に有利である。第２の１次光に対して透過な上記の領域は、殊にこれを通過して放射される光の進行方向に散乱性に構成されており、これにより、この領域はビームを広げることができる。上記の少なくとも１つの第２光源は、殊に第１焦点の方向に配向することができる。

上記の少なくとも１つの（第１および／または第２の）光源は、殊に帯域幅の狭い単色または準単色光源であり、例えばレーザタイプの光源、例えばレーザまたはレーザダイオードである。

有利には少なくとも１つの（第１および／または第２の）光源は、１つまたは複数のレーザまたはレーザ光源を有する光源である。このように構成される照明装置は、離隔された発光材料によってレーザ励起される装置、すなわちＬＡＲＰ（"Laser Activated Remote Phosphor"）装置とも称することができる。上記の少なくとも１つのレーザ光源は、殊に少なくとも１つの半導体レーザ、例えばダイオードレーザまたはレーザを含むことができる。これは、殊にコンパクトかつ頑強に構成することが可能である。例えば積層体（「レーザスタック」）として複数のレーザダイオードを単純にグループで一緒に動作させることも可能である。

択一的には少なくとも１つの（第１および／第２の）光源は、例えば、１つまたは複数の発光ダイオードを含むことができる。この少なくとも１つの発光ダイオードは、個々にハウジングされた少なくとも１つの発光ダイオードの形態または少なくとも１つのＬＥＤチップの形態とすることが可能である。複数のＬＥＤチップは、共通の１つの基板（「サブマウント」）上に取り付けることができる。少なくとも１つの発光ダイオードには、ビームをガイドするための少なくとも１つの固有および／または共通の光学系を備え付けることが可能であり、例えば、少なくとも１つのフレネルレンズ、コリメータなどを備え付けることができる。例えば、InGaNまたはAlInGaPベースの無機発光ダイオードの代わりにまたはこれに加えて、一般的には有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ、例えばポリマＯＬＥＤ）も使用可能である。

さらに上記の少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの広帯域幅の光源を含むことができ、この光源には少なくとも１つの光学フィルタを後置することができる。

所定の波長の光とは、殊に所定のピーク波長を有する、および／または所定のスペクトル帯域幅を有する光のことであると理解することができる。所定の波長を有する光とは、殊に所定の色を有する光のことであると理解することができる。

別の１つの実施形態では、上記の少なくとも１つの第１光源の光は、青色光および／または紫外光を含むかまたはこのような光であり、殊に４５０ｎｍ以下の波長、殊に約４４５ｎｍの波長領域にある光である。これにより、実質的に可視光スペクトル全体にわたって容易に有効光を供給することができ、しかも殊に長い波長への波長変換（「ダウンコンバージョン」）により、例えば、青色またはＵＶから青色、緑色、黄色、赤色、赤外などの有効光を供給することができる。

さらに別の１つの発展形態では、（第１の）１次光は、約４４５ｎｍのピーク波長（青色光）を有し、複数の発光材料領域は、第１波長の光を青色（４６０ｎｍ〜４７０ｎｍ）、緑色、黄色、赤色および／または赤外の光を変換する。

別の１つの（択一的または付加的な）発展形態において、第２の１次光は、約４６０ｎｍ〜４７０ｎｍの間の領域にピーク波長を有する青色光である。

別の１つの（択一的または付加的な）発展形態において、第２の１次光は、赤色光である。

上記の照明装置は、例えば、プロジェクタ、殊に画像プロジェクタまたはその一部とすることが可能である。しかしながら上記の照明装置は、例えば、ファイバオプチカル照明装置とすることも可能であり、例えば、技術的および医学的な内視鏡の分野において使用することも可能である。

以下の図では、複数の実施例に基づいて本発明を概略的ではあるが、一層正確に説明する。ここでわかりやすくするため、同じ素子または機能が同じ素子には同じ参照符号が付されている。

第１実施形態による発光装置の側面断面図である。 第２実施形態による発光装置の側面断面図である。 第２実施形態による発光装置の発光ホイールの平面図である。 第３実施形態による発光装置の側面断面図である。 第４実施形態による発光装置の側面断面図である。 第１ないし第４実施形態のうちの１つの実施形態に記載された複数の発光装置のうちの１つの発光装置用の光学系の構成を示す側面断面図である。 第１ないし第４実施形態のうちの１つの実施形態に記載された複数の発光装置のうちの１つの発光装置用の光学系の別の構成を示す側面断面図である。 第１ないし第４実施形態のうちの１つの実施形態に記載された複数の発光装置のうちの１つの発光装置用の光学系のさらに別の構成を示す側面断面図である。

図１には、第１実施形態による発光装置が側面断面図で示されている。この発光装置１０は、反射器／結像光学素子１１を有しており、この結像光学素子は、反射器／結像光学素子１１を通過して放射される少なくとも１つの第１波長の（第１）１次光Ｐ１を対応する第１焦点Ｆに集光し、第１焦点Ｆから、反射器／結像光学素子１１に向かって放射される少なくとも１つの第２波長の光（「放射光」）Ｒを反射器／結像光学素子の第２焦点Ｆ’に反射するように構成されている。

半空間に形成されかつ対称軸または対称面Ｓに対して鏡面対称な反射器／結像光学系１１は、これに加えて、集光レンズとして構成される透光性の基体１２を有する。基体１２は、（上から見て）凸形の外側面１３と、（下から見て）楕円体の凹形の内側面１４とを有する。１次光Ｐ１がまず外側面１３に放射されると、この光は続いて基体１２を通過し、つぎに内側面１４において出射するため、１次光Ｐ１は、第１焦点Ｆ上に集光されるかないしは集束される。この１次光Ｐ１は、図示しない第１光源Ｑ１から発せられたものとすることができ、例えば、外側面１３に配向される少なくとも１つのレーザ光源または少なくとも１つの発光ダイオードから発せられたものとすることができる。１次光Ｐ１は、ここでは外側面１３に斜めに入射している。

第１焦点Ｆまたはその近くには、固定の発光材料領域１５があり、この発光材料領域は、１次光Ｐ１を少なくとも部分的に、少なくとも１つの第２波長の光に変換して散乱させて、反射器／結像光学素子１１の方向に、より正確にいうと、その内側面１４に反射する（「放射光Ｒの波長変換成分」）。さらに１次光Ｐ１の波長変換されていない成分も反射器／結像光学素子１１の方向に散乱されて放射される（「放射光Ｒの１次光成分」）。

反射器／結像光学素子１１はさらにその内側面１４に、楕円体の基本形状をしたダイクロイック反射層１６を有する。このダイクロイック反射層１６は、これが第１波長の１次光Ｐ１に対しては透過であり、かつ、第２波長の光Ｒに対しては（殊にミラーのように）反射性を有するという点でダイクロイック反射器として作用する。この結果、ダイクロイック反射層１６に当たる放射光Ｒの波長変換された第２波長の成分は、第２焦点Ｆ’に反射されるのである。これに対して発光材料領域１５から反射器／結像光学素子１１に反射して放射される１次光成分は、ダイクロイック反射層１６を通過して消滅する。したがって第２焦点Ｆ’では少なくとも実質的に純粋な、波長変換された光Ｒが大部分を占めており、この光を有効光Ｎとして出力結合可能なのである。

発光材料領域１５は、１つまたは複数の発光材料を有することができるため、放射光Ｒの波長変換された成分は、１つまたは複数の波長で放射される。

１次光Ｐ１の少なくとも１つの第１波長は、殊に１つのピーク波長を約４５０ｎｍ以下にすることができ、例えば、約４４５ｎｍのピーク波長を有する青色光、約４００ｎｍのピーク波長を有する（遠）青色光または紫外光とすることができる。放射光Ｒの波長変換される成分の少なくとも１つの第２波長は、例えば、約４６０ｎｍ以上のピーク波長を含むことができ、例えば、４６０と４７０ｎｍとの間にピーク波長を有する青色光、ミントグリーン光、緑色光、黄色光および／または赤色を含むことができる。したがってダイクロイック反射層１６は、４５０ｎｍ以下の波長を有する光を通し、４６０ｎｍ以上の波長を有する光を反射するのである。

図２には、第２実施形態による発光装置２０が側面断面図で示されている。この発光装置２０は、少なくとも１つの発光材料領域２２が配置された発光ホイール２１を有している。発光ホイール２１は、回転軸Ｄの周りに回転可能であるため、少なくとも１つの発光領域２２は、発光ホイール２１の角度位置または回転位置に依存して第１焦点Ｆまたはその近くに配置される（第１回転位置）か、ないしは、第１焦点Ｆまたはその近くには配置されない（第２回転位置）ことになる。したがって発光ホイール２１が回転すると、少なくとも１つの発光材料領域２２は（少なくとも回転数が同じ場合）周期的に第１焦点Ｆの脇に沿ってガイドされ、第１焦点Ｆから１次光Ｐ１が照射される。発光材料領域２２は、例えば、発光ホイール２１の支持体２５に載置される少なくとも環状扇形発光材料層の形態を有することが可能である。

ただ１つの発光材料領域２２の代わりに、図３の平面図に示したように、発光ホイール２１上には、ここでは３つの発光材料領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃである複数の発光材料領域を設けることができ、これらの発光材料領域は、発光ホイール２１の相異なる回転位置において、第１焦点Ｆまたはその近くに位置する。これらの発光領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、相異なる発光材料を有しているため、相異なる第２波長を形成する。これに相応して、例えば、すべての発光領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃないしは対応する第２波長に対して反射性を有するようにダイクロイック反射層１６を構成するか、または複数のダイクロイック反射層からなる適当な積層体を使用することができる。したがって発光ホイール２１が１回転すると、第２焦点Ｆ’において発光領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃの相異なる第２波長の光が交互に形成されるのである。発光ホイール２１の回転数が十分であれば、順次に形成されるこれらの光ビームは、相応の波長成分または色成分を有する混合光として観察者に知覚される。

第２焦点Ｆ’における放射光Ｒを出力結合を改善するため、第２焦点Ｆ’に反射された光Ｒが走行する光学系１７を第２焦点に後置する。

発光領域２２または複数の発光領域２２ａ，２２ｂ，２２ｃに加えて、発光ホイール２１は、１次光Ｐ１に対して透過な領域２３を有してもよい。これにより、例えば、設定可能な色空間（「ガーモット」）を広く張ることができるようにするため、第２回転位置において（第１の）１次光Ｐ１を第１焦点Ｆにおいて有効光Ｎとして出力結合することができる。第１焦点Ｆにおける１次光Ｐ１の出力結合を改善するため、第１焦点Ｆに集光される１次光Ｐ１が走行する光学系２４を第１焦点Ｆに後置する。

第１焦点Ｆおよび第２焦点Ｆ’において供給される１次光Ｐ１ないしは放射光Ｒの成分を有する有効光Ｎを供給するため、光学系１７および２４には、光学系１７および２４の光束を１つに集めるコンビネータ（図の上側）を後置することができる。

図６〜８において光学系１７および２４をより詳細に説明する。

図４には第３実施形態による発光装置３０が側面断面図で示されている。発光装置３０は、発光装置２０と類似して構成されているが、光学系２４の代わりに少なくとも１つの第２光源Ｑ２（例えば少なくとも１つの発光ダイオード）を有しており、この光源は、反射器／結像光学素子１１とは反対側の面から（「下側から」）、第３波長の第２の１次光Ｐ２を発光ホイール２１に放射し、しかも第１焦点Ｆの方向に放射する。第３波長は、第１波長および波長変換された少なくとも１つの第２波長とは異なる。発光ホイール２１は、相応の回転位置において第２の１次光Ｐ２に対して透過の領域３１を有する。したがって少なくとも１つの第２光源Ｑ２が活性化またはスイッチオンされると、反射器／結像光学素子１１側を向いた領域３１の面に、反射器／結像光学素子１１を照明する発光スポットが形成される。領域３１は、例えば、通過する光ビームの進行方向に散乱的な作用を及ぼす領域３１とすることができ、これによって簡単にビームを広げることができる。領域３１の形態は、領域２３に相応させることが可能である。

ダイクロイック反射層１６は、第３波長の光に対して反射性を有するように構成することができるため、第３波長は、第２焦点Ｆ’に向かって反射して、さらに光学系１７によって出力結合することができる。

したがって発光ホイール２１は、少なくとも１つの第２波長の波長変換された放射光Ｒを形成するための少なくとも発光領域２２または２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、第２焦点Ｆ’に第２の１次光Ｐ２を供給するための領域３１とを有するのである。

例えば、第１の１次光Ｐ１は、（青色に相当する）約４４５ｎｍの第１波長を有することができ、複数の第２波長は、緑色、黄色および／または赤色の光に相応することができ、第２の１次光は、（同様に青色に相当する）約４６０ｎｍ〜約４７０ｎｍの領域の第３波長を有し得る。これによって広い色空間を調整することができる。

別の変形形態において、例えば、赤色の別の第３波長の光を放射する別の１つの第２光源を設けることができる。２つの第２光源には、例えばビームコンビネータを後置することが可能である。

図５には、第４実施形態による発光装置４０が側面断面図で示されている。発光装置４０は、発光ホイール４１を有しており、この発光ホイールは、発光材料領域２２ないしは複数の発光領域に加えて第１焦点Ｆにさらに、光Ｐ１に対して反射性を有する、例えば拡散的に反射する反射領域４２を有する。この結果、発光ホイール４１の相応する回転位置において、反射器／結像光学素子４３を通って第１焦点Ｆに集光される第１波長の光Ｐ１は、反射器／結像光学素子４３に逆戻りする。

この逆戻りした光Ｐ１を利用できるようにするため、内側面１４は、一部分だけがダイクロイック反射層１６によって覆われ、一部分が、完全な（使用されるすべての波長に対して）反射性を有する層４４によって覆われる。２つの層１６，４４は、内側面１４を実質的に完全に覆っている。例えば、ダイクロイック反射層１６は実質的に、第１光源Ｑ１から放射されかつ基体１２を通った光Ｐ１が内側面１４において出射する、内側面１４の領域に設けることができる。反射性を有する層４４は、内側面１４のこれとは相補的な面に設けることができる。すなわち、反射領域４２から反射されて戻された光Ｐ１は、ダイクロイック反射（部分）層１６により、反射器／結像光学素子４３だけを通過し、結果的に一部分だけが消滅するのである。これに対して第１波長の反射性の（部分）層４４に当たる光Ｐ１は、第２焦点Ｆ’に向かって反射し、そこで有効光として出力結合され得るのである。

発光材料領域２２ないしは複数の発光材料領域のうちの１つが第１焦点Ｆにある発光ホイール４１の回転位置において、上記の少なくとも１つの第２波長の波長変換された光Ｒを除いて、第１波長の光Ｐ１も出力結合されることを阻止するため、第２焦点Ｆ’またはその近くに配置され、かつ、焦点Ｆ’に光学的に後置されかつフィルタリングを行う光学系４５が設けられている。このフィルタリング光学系４５は、例えば、第１波長の光Ｐ１を吸収する吸収フィルタとすることができ、または第１波長の光Ｐ１を反射するダイクロックミラーとすることも可能である。

反射領域４２が第１焦点Ｆにある発光ホイール４１の回転位置において光Ｐ１が通過できるようにするため、フィルタリング光学系４５は、この光学系が第２焦点Ｆ’にないように発光ホイール４１に配置される。すなわち、この回転位置において、発光ホイール４１は、妨害されることなく（損失なく）光Ｐ１を透過させる透明窓４６を第２焦点Ｆ’に有するのである。

発光領域２２ないしは複数の発光領域のうちの１つが第１焦点Ｆにある回転位置においてのみ、フィルタリング光学系４５は第２焦点Ｆ’にある。

ここでは発光ホイール４１は、カラーホイールの機能もフィルタホイールの機能も共に有するのである。発光ホイール４１は、例えば、回転軸Ｄの周りに配置される同心の２つのリングを有することができ、これらのリングのうち１つ（ここでは例えば内側のリング）が発光材料領域２２（ないしは複数の発光材料領域）と、リング状区画として構成された反射領域４２とを有する。他方（ここでは例えば外側のリング）は、光学フィルタ４５と、リング状区画としての透明窓４６を有する。

したがって発光ホイール４１は、例えば光学系１７と共に（フィルタ光学系４５によって）第２焦点Ｆに後置される光学系の少なくとも一部分を有することができるのである。

一般的には第１焦点Ｆおよび／または第２焦点Ｆ’に対応する、例えば１７，２４，４５のような光学系は殊に、結像光学系、向きを揃えるまたは平行化する光学系および／または透明または半透明の透光性の光学系を有するかまたはこのような光学系とすることが可能である。

図６には側面断面図で、照明装置１０，２０，３０または４０のうちの１つの照明装置用の光学系１７および／または２４の考えられ得る構成が示されている。

光学系１７および／または２４は、例えば成形および／または均一化のように、入射する有効光Ｎに影響を及ぼすため、まず光トンネル５１を有しており、この光トンネル５１には結像光学系５２が後置される。光トンネル５１は、殊に、入射する有効光の均一化および平行化に使用することができ、例えば、円筒形の光混合ロッド、光導波器または中空チャネルのような形態とすることができる。結像光学系５２は、例えば、１つまたは複数のレンズを有することができる。結像光学系１７および／または２４は、光トンネル５１または結像光学系５２だけを有することも可能である。

光学系１７および／または２４の図示した構成を用いれば、有効光ビームは、簡単かつコンパクトに所定の開口角および／または所定の受光角範囲に調整することができ、例えば、後続のアパーチャ５９に合わせることができる。

図７には、側面断面図で、光学系１７および／または２４の考えられ得る別の実施形態が示されている。ここでは円筒形の光トンネル５１の代わりにここでは光トンネル５３が使用されており、その光入射面５４は光出射面５５よりも小さい。光トンネル５３は、例えば、光が拡がる方向に円錐台状に拡がった光混合ロッド、光導波器または中空チャネルとすることが可能である。

図８には、側面断面図で、光学系１７および／または２４の考えられ得るさらに別の実施形態が示されている。ここでは円筒形の光トンネル５６には複数のレンズ５７，５８が光学的に直列に前置されており、これによって光トンネル５６を幅広に構成することができる。

当然のことながら、本発明は図示の実施例に制限されない。

一般的には上記の相異なる実施形態の複数の特徴的構成を択一的または付加的に互いに使用することも可能である。

一般的には、上記の光源および波長変換光の波長または（紫外線および赤外線を含めた）色は、限定されない。殊に光は電磁波と理解することができ、この電磁波には、殊に１０ｎｍと１ｍｍとの間のスペクトル領域におけるＵＶ光、可視光およびＩＲ光が含まれている。

１０ 照明装置、 １１ 反射器／結像光学素子、 １２ 基体、 １３ 凸形の外側面、 １４ 凹形の内側面、 １５ 発光材料領域、 １６ ダイクロイック反射層、 １７ 後置光学系、 ２０ 照明装置、 ２２ 発光材料領域、 ２２ａ 発光材料領域、 ２２ｂ 発光材料領域、 ２２ｃ 発光材料領域、 ２３ 第１の１次光に対して透過な領域、 ２４ 後置光学系、 ２５ 支持体、 ３０ 照明装置、 ３１ 第２の１次光に対して透過な領域、 ４０ 照明装置、 ４１ 発光ホイール、 ４２ 第１の１次光に対して透過な領域、 ４３ 反射器／結像光学素子、 ４４ 完全な反射を有する層、 ４５ フィルタ光学系、 ４６ 透明窓、 ５１ 光トンネル、 ５２ 結像光学系、 ５３ 光トンネル、 ５４ 光入射面、 ５５ 光出射面、 ５６ 光トンネル、 ５７ レンズ、 ５８ レンズ、 ５９ アパーチャ、 Ｄ 回転軸、 Ｆ 第１焦点、 Ｆ’ 第２焦点、 Ｎ 有効光、 Ｐ１ 第１の１次光、 Ｐ２ 第２の１次光、 Ｑ１ 第１光源、 Ｑ２ 第２光源、 Ｒ 放射光、 Ｓ 対称面

Claims (15)

1. 反射器／結像光学素子（１１，４３）において、
   該反射器／結像光学素子（１１，４３）は、
   少なくとも１つの第１波長の光（Ｐ１）を通過させ、
   前記反射器／結像光学素子（１１，４３）を通って放射される光（Ｐ１）を第１焦点（Ｆ）に集光し、
   第１焦点（Ｆ）から前記反射器／結像光学素子（１１，４３）に放射される少なくとも１つの第２波長の光（Ｒ）を、前記反射器／結像光学素子（１１，４３）の第２焦点（Ｆ’）に反射するように構成されていることを特徴とする、
   反射器／結像光学素子（１１，４３）。
2. 請求項１に記載の反射器／結像光学素子（１１，４３）において、
   前記反射器／結像光学素子（１１，４３）は、集光レンズとして構成されている透光性の基体（１２）を有する、
   ことを特徴とする反射器／結像光学素子（１１，４３）。
3. 請求項２に記載の反射器／結像光学素子（１１，４３）において、
   前記基体（１２）は、凹形凸形の基本形状を有する、
   ことを特徴とする反射器／結像光学素子（１１，４３）。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の反射器／結像光学素子（１１，４３）において、
   前記反射器／結像光学素子（１１，４３）は、少なくとも１つのダイクロイック反射器（１６）、殊に反射層を有しており、該反射層は、前記少なくとも１つの第１波長の前記光（Ｐ１）を透過し、かつ、前記少なくとも１つの第２波長の光（Ｒ）を反射する、
   ことを特徴とする反射器／結像光学素子（１１，４３）。
5. 請求項４に記載の反射器／結像光学素子（４３）において、
   前記反射器／結像光学素子（４３）は、一部分がダイクロイックな反射性を有し、かつ、別の一部分が波長に依存しない反射性を有するように構成されている、
   ことを特徴とする反射器／結像光学素子（１１，４３）。
6. 請求項５に記載の反射器／結像光学素子（４３）において、
   前記反射器／結像光学素子（４３）は、少なくとも１つの面においてダイクロイックな反射性を有するように構成されており、
   前記少なくとも１つの面は、前記少なくとも１つの第１波長の前記光（Ｐ１）を出射するために設けられており、その他の面は、波長に依存しない反射性を有するように構成されている、
   ことを特徴とする反射器／結像光学素子（１１，４３）。
7. 照明装置（１０，２０，３０，４０）において、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の反射器／結像光学素子（１１，４３）を少なくとも１つ有する、
   ことを特徴とする照明装置（１０，２０，３０，４０）。
8. 請求項７に記載の照明装置（１０，２０，３０，４０）において、
   前記照明装置（１０，２０，３０，４０）はさらに、前記反射器／結像光学素子（１１，４３）に配向されかつ少なくとも１つの第１波長の光（Ｐ１）を形成する光源（Ｑ１）と、
   前記第１焦点（Ｆ）またはその近くに少なくとも一時的に存在する発光材料領域（２２）とを有しており、
   前記発光材料領域（２２）は、前記少なくとも１つの第１波長の光（Ｐ１）の少なくとも一部分を前記少なくとも１つの第２波長の光（Ｒ）に変換する、
   ことを特徴とする照明装置（１０，２０，３０，４０）。
9. 請求項６または７に記載の照明装置（１０，２０，３０，４０）において、
   前記第２焦点（Ｆ’）に少なくとも１つの光学系（１７）が後置されている、
   ことを特徴とする照明装置（１０，２０，３０，４０）。
10. 請求項９に記載の照明装置（１０，２０，３０，４０）において、
    前記少なくとも１つの光学系（１７）は、結像光学系、向きを揃える光学系、均一化光学系、フィルタ光学系および／または透明または半透明の透光性の光学系を有する
    ことを特徴とする照明装置（１０，２０，３０，４０）。
11. 請求項８から１０までのいずれか１項に記載の照明装置（１０）において、
    前記発光材料領域（２２）は、前記第１焦点（Ｆ）に対して固定されている、
    ことを特徴とする照明装置（１０）。
12. 請求項７から９までのいずれか１項に記載の照明装置（２０，３０，４０）において、
    前記発光材料領域（２２）は、回転可能な発光ホイール（２１，４１）に配置されている、
    ことを特徴とする照明装置（２０，３０，４０）。
13. 請求項１２に記載の照明装置（４０）において、
    前記発光ホイール（２１）は、前記第２焦点（Ｆ’）に後置される前記光学系（１７，４５，４６）の少なくとも一部分（４５，４６）を有する、
    ことを特徴とする照明装置（４０）。
14. 請求項１２または１３に記載の照明装置（２０）において、
    前記発光ホイール（２１）は、前記少なくとも１つの第１波長の光（Ｐ１）に対して透過な領域（２３，３１）を有する、
    ことを特徴とする照明装置（２０）。
15. 請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の照明装置（３０）において、
    前記照明装置（３０）は第２光源（Ｑ２）を有しており、
    該第２光源（Ｑ２）は、前記反射器／結像光学素子（１１）とは反対側から少なくとも１つの第３波長の光（Ｐ２）を前記発光ホイール（２１）に照射し、
    前記反射器／結像光学素子（１１）は、前記少なくとも１つの第３波長の光（Ｐ２）を反射し、
    前記発光ホイール（２１）の所定の回転位置において前記第２光源（Ｑ２）は、前記少なくとも１つの第３波長の前記光（Ｐ２）に対して透過な前記発光ホイールの領域（３１，２３）に照射する、
    ことを特徴とする照明装置（３０）。

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