JP2016510160A - 発光装置及び関連する投影システム - Google Patents

Abstract

本発明は、発光装置及び関連する投影システムを提供し、当該発光装置は、励起光を生成する励起光源（１）と、第１光を生成する第１補充レーザ光源（２）と、前記励起光を吸収することで被励起光を生成し、且つ、前記第１光を吸収しない波長変換層（３１）を含む波長変換装置（３）と、第１領域及び第２領域を含む導光装置（４）とを含み、前記波長変換層（３１）における１つの側は、前記励起光及び第１光を受け取り、当該１つの側において、少なくとも一部の前記第１光を出射し、前記第１領域は前記第２領域よりも小さく、前記レーザ光源（２）からの前記第１光及び前記励起光源（１）からの前記励起光は第１光通路からそれぞれ前記導光装置（４）の前記第１領域及び少なくとも前記第２領域まで入射し、それぞれ前記第１領域及び少なくとも前記第２領域により前記波長変換装置（３）まで導光され、前記導光装置（４）の前記第２領域はさらに前記波長変換装置（３）からの前記被励起光及び反射された前記第１光を第２光通路まで導光し、出射させる。【選択図】図２

Description

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投影システムに関するものである。

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、当該黄色光を緑色光及び赤色光に分光し、又は、当該黄色光を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光源案である。しかしながら、現在使用されている黄色光蛍光体は、基本的にＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）蛍光体であり、ＹＡＧ蛍光体が励起されて生成した黄色光における赤色光のバンドの成分比率が低い。よって、投影表示などの分野に応用される場合、分光された赤色光又は光合成された白色光の表示効果は、劣っている。

従来技術における一つの解決方法としては、蛍光体が出射した黄色光に赤色光を加えることである。例えば、図１は、従来技術における一種の発光装置の構造模式図であり、図１に示すように、発光装置は、青色光レーザ光源１１０と、赤色光レーザ光源１２０と、青色光を反射して他の光を透過させるためのフィルター１３０と、黄色光を透過させて赤色光を反射するフィルター１４０と、反射式のカラーホイール装置１５０と、レンズ１６０と、角棒１７０とを備える。青色光レーザ光源１１０が出射した励起光は、フィルター１３０により波長変換装置１５０に反射される。波長変換装置１５０は、励起光の光路と区別するように、励起光を吸収し、黄色被励起光をフィルター１３０に出射して透過させるための黄色光蛍光体を備える。フィルター１３０は、黄色被励起光を出射する出射光路に位置することによって、フィルター１４０は、それぞれ当該フィルター１４０の両側から入射された黄色被励起光と赤色レーザ光を１つの合成光に合成する。当該合成光は、レンズ１６０により角棒１７０内に収集されて均一に発光される。

しかしながら、当該方案においては、蛍光体が出射した被励起光は、ランバーシアン分布であり、レーザ光は、ガウス分布であり、当該２つの光の合成光は、均一ではないため、角棒１７０により均一に発光されても、均一性は、依然として悪い。

それとともに、発光装置の輝度に対するニーズが高まるにつれて、青色光レーザ光源１１０に必要な出力が高くなり、青色光の光源は、レーザダイオードをより多く含むことが求められるので、青色光の光源の発光面積は、非常に大きくなってしまう。それに対して、補充光源としての赤色光レーザ光源１２０は、少ない必要な量で要求を満たせるため、赤色光レーザ光源１２０が出射した光束の断面積は、とても小さい。

本発明が解決しようとする技術課題は、構造が簡潔な発光装置を提供することである。

本発明は、励起光を生成するための励起光源と、第１光を生成するための第１補充レーザ光源と、前記励起光を吸収することで被励起光を生成し、且つ、第１光を吸収しない波長変換層を含む波長変換装置と、第１領域及び第２領域を含む導光装置とを備える発光装置を提供する。

前記波長変換層における１つの側は、前記励起光及び第１光を受け取り、当該１つの側において、少なくとも一部の前記第１光、及び少なくとも一部の前記被励起光又は前記被励起光と吸収されなかった前記励起光との少なくとも一部の混合光を出射する。

前記第１領域は、前記第２領域より小さく、前記レーザ光源からの前記第１光及び前記励起光源からの前記励起光が第１光通路からそれぞれ前記導光装置の前記第１領域及び少なくとも前記第２領域に入射され、それぞれ前記第１領域及び少なくとも前記第２領域により前記波長変換装置に導光され、前記導光装置の第２領域は、さらに前記波長変換装置からの前記被励起光及び反射された前記第１光を第２光通路に導光して出射させる。

好ましくは、前記導光装置は、第１フィルターと、第１反射素子とを含み、前記第１フィルターは、第１位置と、第２位置とを含み、前記第１反射素子は、前記第１フィルターの前記第１位置に積層固定されている。

前記第１光通路から入射された前記第１光を前記波長変換装置に反射させるように、前記第１フィルターの前記第１位置及び前記第１反射素子は、前記導光装置の前記第１領域を構成する。

前記第１光通路から入射された前記励起光を前記波長変換装置に反射させ、前記波長変換装置からの前記被励起光及び前記第１光を前記第２光通路に透過させるように、前記第１フィルターの前記第２位置は、前記導光装置の前記第２領域を構成する。

好ましくは、前記導光装置は、第１フィルターを含み、当該第１フィルターは、前記第１位置及び前記第２位置を含み、ここで、前記第１位置には、貫通孔が設けられている。

前記第１光通路から入射された前記第１光を前記波長変換装置に透過させるように、前記第１フィルターの前記第１位置は、前記導光装置の前記第１領域を構成する。

前記第１光通路から入射した前記励起光を前記波長変換装置に透過させ、前記波長変換装置からの前記被励起光及び第１光を前記第２光通路に反射して出射させるように、前記第１フィルターの前記第２位置は前記導光装置の前記第２領域を構成する。

好ましくは、前記波長変換層は、黄色被励起光を生成し、前記第１光は、赤色レーザ光である。

好ましくは、前記発光装置は、前記第２光を生成する前記第２補充レーザ光源と、散乱装置とをさらに含み、当該散乱装置は、前記第２補充レーザ光源からの前記第２光を散乱する。

前記導光装置における、前記被励起光の入射に背向する１つの側は、前記散乱装置により散乱された前記第２光を受け取り、且つ当該第２光を前記第２光通路に導光して出射させる。

好ましくは、前記散乱装置は、対向する第１表面と第２表面を含み、前記第２補充レーザ光源からの前記第２光は、前記第１補充レーザ光源からの前記第１光とともに前記第１光通路から前記導光装置の前記第１領域に入射され、当該導光装置の前記第１領域は、さらに前記第２光を前記散乱装置の前記第１表面に導光し、当該第２光は、当該散乱装置により散乱された後、当該散乱装置の前記第１表面から前記導光装置における、前記被励起光の入射に背向する１つの側に出射させる。

好ましくは、前記散乱装置及び前記波長変換装置は、互いに固定されており、前記発光装置は、前記第１光及び第２光によりそれぞれ前記波長変換装置及び前記散乱装置に形成された光スポットが所定経路に従って動くように、前記波長変換装置及び前記散乱装置を駆動する駆動装置をさらに含む。

前記導光装置は、散乱して反射された少なくとも一部の前記第２光を前記導光装置における、前記被励起光の入射に背向する１つの側に導光するための第２反射装置をさらに含む。

好ましくは、前記第２反射装置は、さらに前記第２補充レーザ光源からの前記第２光を前記散乱装置に導光する。

好ましくは、前記第２補充レーザ光源からの前記第２光は、前記第１光通路から前記導光装置に入射され、当該導光装置により前記第２反射装置に導光される。

好ましくは、前記波長変換装置は、前記波長変換層と積層設置された散乱反射層をさらに含み、ここで、当該波長変換層における、当該散乱反射層に背向する１つの側は、前記励起光及び第１光を受け取る。

本発明における実施例は、上述した発光装置を含む投影装置をさらに提供する。

従来技術に比べ、本発明は、下記のような有益な効果を有する。

補充レーザ光源が発した補充光の光束の断面積は、比較的小さいため、導光装置における比較的小さい第１領域は、補充光を波長変換装置に導光することができるが、レーザ光源が生成した励起光束、波長変換装置が出射した被励起光の光束及び波長変換層により反射して散乱された少なくとも一部の補充光の断面積は、比較的大きいため、励起光の光路と区別するように、比較的大きい第２領域は、励起光を波長変換装置に導光すると同時に、被励起光及び反射して散乱された少なくとも一部の補充光を第２光通路に導光することができる。このように、分光と光合成は、導光装置のみで完成することができ、発光装置の構造を簡潔にすることができる。

図１は、従来技術における一種の発光装置の構造模式図である。 図２は、本発明における発光装置の一つの実施例にかかる構造模式図である。 図３は、本発明における発光装置のもう一つの実施例にかかる構造模式図である。 図４は、本発明における発光装置のさらにもう一つの実施例にかかる構造模式図である。 図５は、本発明における発光装置のさらにもう一つの実施例にかかる構造模式図である。 図６は本発明における発光装置のさらにもう一つの実施例にかかる構造模式図である。

以下、図面と実施形態を参照しながら、本発明における実施例を詳しく説明する。

実施例１
図２は、本発明における発光装置の一つの実施例にかかる構造模式図である。発光装置は、励起光源１と、第１補充レーザ光源２と、波長変換装置３と、導光装置４とを含む。

励起光源１は、励起光を生成する。第１補充レーザ光源２は、第１光を生成する。高輝度を有する発光装置を提供するために、励起光源１には、数の多い発光デバイスのアレイが含まれているが、補充光として、色を改善するための第１光の必要な量は、励起光よりも比較的少ないため、第１補充レーザ光源２におけるレーザダイオードの数は、励起光源１における発光デバイスのアレイの数より遥かに少ない。本実施例においては、励起光源１は、青色光レーザ光源であり、第１補充レーザ光源２は、赤色光レーザ光源であり、当該二つの光源は、同一の平面上に位置し、一つのアレイに配列しており、ここで、励起光源１は、第１補充レーザ光源２を取り囲んでいる。当然ながら、実際の応用にいては、レーザ光源１及び第１補充レーザ光源２により生成された色は、他の色であってもよく、上述した実施例に限定されるものではないが、前者は、励起効率の高い４４５ｎｍの青色光レーザ光源であることが好ましい。励起光源１は、発光ダイオード又は他の固体発光デバイスのアレイを含んでもよく、レーザダイオードに限定されない。

第１光は、励起光とともに第１光通路から導光装置４に入射される。導光装置４は、第１フィルター４１と、第１反射素子４２とを含み、ここで、第１フィルター４１は、励起光を反射し、被励起光及び第１光を透過させ、第１フィルター４１は、第１位置と、第２位置とを含み、第１反射素子４２は、第１位置に固定されており、第１光を反射する。本実施例において、第１反射素子４２は、具体的に小さい反射鏡である。導光装置４は、第１領域と、第２領域とを含み、ここで、第１フィルター４１の第１位置と第１反射素子４２は、第１領域を構成し、第１フィルター４１の第２位置は、第２領域を構成する。

第１フィルター４１の第１位置には、一つの貫通孔が設けられており、第１反射素子４２が当該貫通孔内に固定されている。加工を便利にするため、第１反射素子４２を直接に第１フィルター４１の第１位置に積層固定することが好ましい。第１反射素子４２は、第１フィルター４１における第１補充レーザ光源２と背向する１つの側又は対向する１つの側に固定することができるが、後者は好ましい。これにより、第１光が第１反射素子４２により反射される前後において、第１フィルター４１を通ることによる光の損失を避けることができる。

導光装置４の二つの領域をそれぞれ第１補充レーザ光源２及び励起光源１の配列位置と一対一で対応させるため、第２領域は、第１領域を取り囲んでおり、第１補充レーザ光源２により出射された第１光は、第１光通路から導光装置４の第１領域に入射され、第１反射素子４２により波長変換装置３に反射され、励起光源１により出射された励起光は、第１光通路から導光装置４の第２領域に入射され、第１フィルター４１により波長変換装置３に反射される。レーザ光源１における発光デバイスは、第１補充レーザ光源２における発光デバイスより多いため、導光装置４の第１領域は、第２領域より小さい。

波長変換装置３は、積層して設置された波長変換層３１と、散乱反射基板３２とを含む。波長変換層３１は、対向する第１表面３１ａと第２表面３１ｂを含み、ここで、第１表面３１ａは、散乱反射基板３２に背向し、励起光及び第１光を受け取る。波長変換層３１には、励起光を吸収し、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ための波長変換材料が設けられており、さらに、当該波長変換材料は、第１光を吸収しないため、導光装置４からの第１光は、波長変換層３１を直接に通し、散乱反射基板３２に到達する。

本実施例において、励起光を受け取り、それを黄色被励起光に変換して出射するために、波長変換材料は、具体的に黄色光波長変換材料であり、ここで、当該被励起光は、ランバーシアン分布をなしている。実際の応用の中では、波長変換材料は、蛍光体、量子点又は蛍光染料などの波長変換能力を有する材料であってもよい。波長変換材料は、一般的に接着剤により一体に接着されており、最もよく使用されるのは、シリカゲル接着剤であり、その化学的性質が安定で、比較的高い機械強度を有する。但し、シリカゲル接着剤に耐えられる温度は、比較的低く、一般に３００℃〜５００℃である。高出力の発光装置に応用するため、好ましくは、無機接着剤により波長変換材料を一体に接着することができ、例えば、水ガラス又はガラス粉により、耐高温の反射式蛍光体ホイールを実現する。例えば、ある程度の不活性ガス雰囲気による保護の元で、蛍光体及びガラス粉 （温度に対する要求が低い場合、低温ガラス粉を使用することができる ）を溶解混合して成形を行う。

散乱反射基板３２は、積層設置された散乱反射層３２１及び基板３２２を含む。散乱反射層３２１は、基板３２２と波長変換層３１との間に位置し、波長変換層３１に近い表面は、第３表面３２１ａである。

波長変換層３１を通した第１光及び波長変換層３１が第２表面３１ｂから出射した被励起光を全て散乱し、散乱された光を全て第３表面３２１ａから出射するため、散乱反射層３２１は、散乱材料又は散乱構造を含み、第３表面３２１ａから出射した第１光の分布は、ランバーシアン分布に近似するようにする。そのため、散乱材料による光に対する若干の吸收が生じる損失を考慮しない場合、波長変換層３１の第２表面３１ｂから出射した光は、散乱反射層３２１の散乱反射により再び全て波長変換層３１に戻り、最終的に、波長変換層３１の第１表面３１ａから出射するように、本実施例における散乱反射層３２１の厚みは、十分に大きくすることが必要である。最終的に、波長変換層３１の第１表面３１ａから出射した第１光と被励起光との合成光は、当該二つの光の角度分布がマッチングすることにより、合成光が均一になる。

散乱反射層３２１を固定するために、散乱反射基板３２には、散乱反射層３２１を支持するように、基板３２２が設けられている。但し、散乱反射層自身の剛性が十分である場合(例えば、散乱材料を透明ガラスに混合して形成する)、基板３２２を省略することもできる。本実施例において、基板３２２において、反射膜をメッキ加工することもでき、散乱反射層３２１により散乱された光は、全て第２表面３２１ａから出射することを確保する。

説明しなければならないのは、上述した積層設置された波長変換層３１及び散乱反射基板３２は、波長変換層３１と散乱反射基板３２との間の結合力を補強するように、密着されている。また、両者が密着することにより、光出射面と散乱反射基板３２との間の距離を短縮することができ、光の波長変換層３１における拡散度を軽減することができる。類似的に、散乱反射基板３２における散乱反射層３２１と基板３２２との関係も同様である。

当然ながら、波長変換層３１が十分に厚く、自身の剛性も十分な場合、散乱反射基板３２を省略することもできる。このように、少なくとも一部の第１光は、波長変換層３１より散乱反射された後、第１表面３１ａから出射され、第１表面３１ａから出射された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と１つの光に光合成されて出射される。これにより、一部の光は、損失されるが、光の損失を考慮しない場合でも採用することができる。

波長変換装置３から出射された光は、ランバーシアン分布をなしているため、波長変換装置３の出射光を導光装置４に収集し、光利用率を向上させるように、波長変換装置３の出射光路に一つの収集レンズ３３が設けられていることが好ましい。

波長変換装置３が出射した被励起光と第１光との合成光は、収集された後、導光装置４に入射され、ここで、第２領域に入射された合成光は、第１フィルター４１を透過して第２光通路から出射されるが、第１領域に入射された合成光は、第１反射素子４２の反射により、全て損失される。第１領域の面積は、第２領域より遥かに小さいため、この損失は、無視してもよい。波長変換装置３が出射した光には、吸収されなかった励起光が含まれていると、第１フィルター４１は、励起光を反射するため、これらの励起光は、反射されて損失される。従って、励起光を全て吸収し、これらの光の損失を避けるように、波長変換装置３は、十分に多い波長変換材料を含むことが好ましい。

第１補充レーザ光源２は、レーザ光を出射し、レーザ光は、ガウス分布をなしているが、被励起光は、ランバーシアン分布をなしているため、背景技術における被励起光と補充光としての第１光とを直接的に光合成することで生成された合成光は、均一ではない。本実施例において、波長変換層３１を通した第１光は、散乱反射層により散乱反射された後、ランバーシアン分布に近似する。これにより、角度分布がマッチングしているため、波長変換層３１の第１表面３１ａから出射された被励起光及び第１光は、均一に混合される。さらに、導光装置４は、光学拡張量の違いにより、波長変換装置３に入射された第１光と波長変換装置３から出射された第１光の光路を区別するとともに、当該導光装置４は、波長範囲の違いにより、励起光と被励起光の光路を区別し、発光装置の構造を簡潔にする。

本実施例において、散乱反射層３２１は、白色多孔質セラミックス又は白色散乱材料を含むことが好ましく、ここで、当該白色散乱材料は、塩類又は酸化物類であり、例えば、硫酸バリウム粉末、アルミナ粉末又は酸化シリコン粉末など、これらの材料は、基本的に光を吸收しなく、且つ、白色散乱材料の性質は安定で、高温で酸化しない。

本実施例において、第１反射素子４２は、第１光を反射し、被励起光を透過出射するフィルターであってもよい。このように、波長変換装置３が出射した合成光は、導光装置４の第１領域に入射されるときに、当該合成光の中の第１光のみは、反射されて損失されるが、合成光の中の被励起光は、当該第１反射素子４２を透過して第２光通路から出射される。したがって、当該第１反射素子４２及び第１フィルター４１を同一のフィルターにすることもでき、ここで、当該フィルターについては、領域を分けて膜メッキ加工する。

本実施例において、励起光源１が発する光及び第１補充レーザ光源２が発する光は、図２に示した幾何合成光ではなくてもよく、第２フィルター（図示せず）又は偏光板により光合成された後、導光装置４に入射される。ここで、注意しなければならないのは、第２フィルターまたは偏光板により透過され、又は反射された第１光が導光装置４まで入射したときに、全て第１領域に入射できるように、第１光が入射する第２フィルターにおける領域又は偏光板における領域は、導光装置４における第１領域と対応する必要がある。当該実施例において、励起光及び第１光は、波長合成光又は偏光合成光であるため、第２フィルター又は偏光板が出射した合成光の中、励起光が導光装置４の第１領域に入射する場合、第１反射素子４２は、同時に励起光を反射する必要がある。これにより、波長変換装置３に入射する励起光の光出力密度を高めることができる。

本実施例において、導光装置４の第１領域と第２領域の関係は、後者が前者を取り囲むことではなくてもよく、その他の位置関係としてもよく、第１補充レーザ光源２の配列位置を導光装置４における第１領域の配列位置と対応させ、第１光を第１領域に入射させることができればよい。当然ながら、第１領域は、導光装置４の中心に位置することが好ましく、これにより、導光装置４から出射した第１光は、収集レンズ３３の中心を通り、波長変換装置３に到達することができ、効率はより高くなる。

本実施例において、波長変換装置３は、励起光により当該波長変換層３１に形成された光スポットが所定の経路に沿って当該波長変換層３１に作用し、励起光が波長変換層３１の同じ位置に長時間作用することによる当該波長変換層３１の温度上昇を避けるように、波長変換層３１を動かせるに駆動する駆動装置３４をさらに含むことができる。具体的に、本実施例において、駆動装置３４は、励起光により当該波長変換層３１に形成された光スポットが所定の円形の経路に沿って当該波長変換層３１に作用するように、波長変換層３１を回転するように駆動する。好ましくは、波長変換装置２３０は、円盤状をなし、波長変換層２３１は、当該円盤と同心の環状をなし、駆動装置３４は、円筒状をなすモータであり、且つ、駆動装置３４は、波長変換層３１と同軸に固定される。本発明の他の実施形態においては、波長変換層３１が他の形式で動くように、駆動装置３４は、波長変換層３１を駆動することもでき、例えば、水平往復移動などである。波長変換層３１における波長変換材料が比較的高い温度を耐えられる場合、波長変換装置３には、駆動装置を設けなくてもよい。

図３は、本発明における発光装置のもう一つの実施例にかかる構造模式図である。発光装置は、励起光源１と、第１補充レーザ光源２と、波長変換装置３と、導光装置４とを含む。

本実施例と図２に示した実施例の違いは、以下の通りである。

導光装置４は、第１フィルター４１を含み、当該第１フィルター４１は、第１位置及び第２位置を含み、ここで、第１位置には、貫通孔４１ａが設けられている。第１フィルター４１は、励起光を透過させ、被励起光及び第１光を反射する。本実施例において、第１フィルターの第１位置は、導光装置４の第１領域を構成し、第１フィルターの第２位置は、導光装置４の第２領域を構成する。励起光源１が発した励起光及び第１補充レーザ光源２が発した第１光は、第１光通路から導光装置４まで入射され、ここで、第１光は、全て第１領域（すなわち、貫通孔４１ａ）に入射され、波長変換装置３まで透過出射されるが、励起光は、第１フィルター４１を通り、波長変換装置３まで透過される。

波長変換装置３が出射した被励起光及び第１光は、導光装置４まで入射され、ここで、第２領域に入射された光は、第２光通路まで反射され、出射されるが、第１領域（すなわち、貫通孔４１ａ）に入射された光は、透過し、損失される。

実施例２
図４は本発明における発光装置のもう一つの実施例にかかる構造模式図である。発光装置は励起光源１、第１補充レーザ光源２、波長変換装置３及び導光装置４を含む。

本実施例が図２に示した実施例との違いは以下のとおりである。

発光装置は第２補充レーザ光源５及び散乱装置６をさらに含み、当該散乱装置６は第２補充レーザ光源５が生成する第２光を散乱する散乱層６１を含む。導光装置４における第１フィルター４１はさらに第２光を反射する。散乱された第２光は、導光装置４における第１フィルター４１の被励起光の入射に背向する１つの側に入射し、第２光通路まで反射され、導光装置４により透過出射された被励起光及び第１光ととともに、１束の光に光合成し、出射する。

具体的に例を挙げて説明する。第２補充レーザ光源５は青色光を生成することができ、波長変換装置３が出射した黄色光とともに、１束の白色光に光合成し、出射するようにする。したがって、本実施例は、図２に示した実施例において、励起光は被励起光とともに第２光通路から光合成し、出射することができない欠陥を解決することができる。好ましくは、第２光は波長が４６０ｎｍ〜４８０ｎｍ範囲内の青色光であり、投影表示時に表示する青色をREC７０９の基準により準拠させるようにする。

散乱装置６により散乱された第２光の光学拡張量が大きくなるため、散乱装置６の出射光路には、散乱装置６が出射した第２光を導光装置４の第１フィルター４１まで収集する一つの収集レンズ７が設けられていることが好ましい。

本実施例において、散乱装置６は、第２光により当該散乱装置６に形成された光スポットが所定経路に沿って当該散乱装置６に作用し、熱が同じ領域に集中することを避けるように、散乱層６１を動かせるように駆動する駆動装置６２をさらに含むことができる。また、本実施例において、駆動装置６２が存在することで、散乱層６１が回転するため、レーザ光の散乱層６１に入射した光スポットの位置は時間とともに変化し、発光装置が投影した領域における輝点の位置は持続的に変化し、この変化の速度が十分に速い場合、人間の目は輝点の存在を知覚することができなくなり、静止する散乱装置に対して、よりよいスペックルを消滅する効果がある。

容易に理解できるのは、図３に示した発光装置には、第２補充レーザ光源及び散乱装置を加えることもできる。それに対応し、図３に示した発光装置における貫通孔を有するフィルターは第２光を透過出射する。散乱装置により散乱された第２光は、当該フィルターにおける被励起光の入射に背向する１つの側まで入射し、貫通孔を通り、第２光通路まで透過し、当該フィルターにより反射された被励起光及び第１光とともに、１束の光に光合成し、出射する。

図５は本発明における発光装置のもう一つの実施例にかかる構造模式図である。発光装置は励起光源１、第１補充レーザ光源２、波長変換装置３、導光装置４、第２補充レーザ光源５及び散乱装置６を含む。

本実施例が図４に示した実施例との違いは以下のとおりである。

導光装置４における第１反射素子４２は第１光を反射し、第２光を透過するフィルターである。第２補充レーザ光源５が生成した第２光は、第１補充レーザ光源２が生成する第１光とともに、第１光通路から第１反射素子４２まで入射し、ここで、第１光は第１反射素子４２により波長変換装置３まで反射され、第２光は第１反射素子４２により散乱装置６まで透過される。

散乱装置６は反射基板６３及び当該反射基板６３に設けられた散乱層６１を含む。散乱層６１は対向する第１表面６１ａと第２表面６１ｂを含み、ここで、第２表面６１ｂは反射基板６３と接し、第１表面６１ａは導光装置４により透過された第２光を受け取る。第２光は散乱層６１により散乱され、ここで、散乱層６１の第２表面６１ｂから出射した第２光は、反射基板６３により反射された後、再び散乱層６１に入り、第１表面６１ａから直接に出射した第２光とともに出射し、導光装置４における被励起光の入射に背向する１つの側まで出射し、ここで、導光装置４の第２領域に入射した第２光は第２光通路に反射され出射するが、第１領域に入射した第２光は透過し、損失される。当該損失された第２光は比較的少ないため、無視することができる。当然ながら、散乱層６１が十分に厚い場合、反射基板６３を省略することもできる。

図４に示した発光装置に採用された透過式の散乱装置において、出射光は入射光の方向に沿って伝播するが、散乱装置において、必ず散乱が非常に小さい局所領域が存在し、ひいては、ピンホール(ｐｉｎ ｈｏｌｅ)が存在することにより、入射したレーザ光は、非常に少なく散乱され、ひいては、散乱されずに（ピンホールを直接に通す）出射光を形成することができるため、これらの光は依然として強い方向性を有し、ランバーシアン分布に従わない。但し、散乱装置の厚み又は密度を大きくすることで完全にピンホールが生じることを回避しようとすると、入射光の透過率を大幅に低下させ、散乱装置の効率を低下させる。

本実施例において、採用された反射式の散乱装置の出射光は入射光の方向と逆方向であり、入射光は必ず散乱反射された後、方向を変えることで出射光を形成することができ、且つ、反射装置の密度又は厚みを大きくすることは効率を低下させないため、レーザ光の光束を散乱する効果はより優れ、ランバーシアン分布により近似する。

本実施例において、第２反射素子４２は第１光を透過し、第２光を反射することもでき、光路及び導光装置におけるフィルタ曲線を相応に調整すればよい。当業者は上述した実施例における光路に対する説明にしたがって、いかに調整するかを明確に理解できるため、ここで繰り返し述べない。

本実施例において、第２反射素子４２は偏光板であってもよく、且つ、第１光通路から当該偏光板に入射した第１光は第２光と偏光状態が異なり、当該偏光板は当該２束の光の光路を区別できるようにする。

本実施例において、在第１補充光レーザ光源２と第２補充光レーザ光源５のいずれも必要な量が少ない場合、同一平面上において、当該二つの光源を直接にアレイに配列し、導光装置４の第１領域に対応させることができる。当該二つの補充光レーザ光源に必要な量が多い場合、まず、波長合成光又は偏光合成光により第１光及び第２光を光合成した後、励起光源１とともに幾何合成したり、波長合成したり、偏光合成したりすることができる。

図６是本発明における発光装置のもう一つの実施例にかかる構造模式図である。発光装置は励起光源１、第１補充レーザ光源２、波長変換装置３、導光装置４及び第２補充レーザ光源５を含む。

本実施例が図５に示した実施例との違い以下のとおりである。

本実施例において、波長変換装置３と散乱装置６とも、互いに固定するように、同一円形基板（図示せず）に位置し、且つ、当該円形基板と同心の環状をなし、ここで、当該二つの環状の直径は異なり、波長変換装置３及び散乱装置６は当該円形基板における異なる環状領域に位置するようにする。当該円形基板が回転するように、発光装置は、当該円形基板と同軸に固定され、当該円形基板を駆動する駆動装置９をさらに含む。発光装置は第２反射装置をさらに含み、当該第２反射装置は導光装置４からの第２光を散乱装置６まで反射する第２反射素子８を含む。当該第２反射素子８は反射鏡又は第２光を反射するフィルターであってもよい。

本実施例において、散乱装置及び波長変換装置は同一の駆動装置により駆動されるため、図５に示した発光装置と比べ、駆動装置を一つ少なく使用することができるため、コストを削減することができ、構造をより簡潔にすることができる。

実際の応用の中では、波長変換装置３及び散乱装置６は他の形状をなしてもよく、当該両者は他の形式で動くように、駆動装置は当該両者を駆動することもでき、第１光及び第２光がそれぞれ当該波長変換装置及び散乱装置に形成した光スポットは所定経路に従って動くようにすればよい。例えば、波長変換装置３及び散乱装置６は隣接する二つの帯状をなしてもよく、当該両者は水平往復移動するように、当該駆動装置は当該両者を駆動する。

本実施例において、波長変換装置３は積層設置された波長変換層及び散乱反射層を含んでいるため、当該散乱反射層は隣接する二つの環状領域に区画することができ、波長変換層は当該散乱反射層における一つの環状領域に積層設置されており、もう一つの環状領域は散乱装置となる。さらに、当該散乱反射層は自身の剛性が十分である場合、本実施例における円形基板を省略することもできる。

本実施例において、第２反射素子８には、一つの貫通孔（図示せず）を設けることができ、それと対応し、第２補充レーザ光源５が発する光は、導光装置４における第１フィルター４１から第２反射素子８まで透過するのではなくてもよく、第２反射素子８における散乱装置６に背向する１つの側から第２反射素子８の貫通孔まで入射し、散乱装置６まで透過する。第２補充レーザ光源５が出射した第２光はガウス分布であり、光学拡張量は比較的小さく、散乱された第２光はランバーシアン分布に近似し、光学拡張量は比較的大きいため、光学拡張量の違いにより、第２補充レーザ光源５が発した光及び散乱装置６により散乱された光の光路を区別することができる。散乱装置６により散乱して反射された第２光の一部は第２反射素子における貫通孔から透過し、損失されるが、当該貫通孔の面積は、第２反射素子８の面積と比べ、比較的小さいため、当該一部の損失を無視することができる。

又は、第２反射装置は第２反射素子８と散乱装置６との間の光路に位置する第３反射素子（図示せず）をさらに含むことができる。当該第３反射素子は小反射鏡又は第２光を反射する小フィルターであってもよく、第２補充レーザ光源５が発した光は、第３反射素子における散乱装置６に対向する１つの側から入射し、散乱装置６まで反射される。散乱装置６により散乱された第２光の一部は当該第３反射素子により反射され、第２反射素子８に到達できず、損失されるが、当該小反射鏡の面積は、散乱装置６により散乱された第２光の断面積と比べ、遥かに小さいため、当該一部の損失を無視することができる。

又は、散乱装置６は透過式に設けられており、それと対応し、第２補充レーザ光源５が発した光は散乱装置６における第２反射素子８に背向する１つの側から散乱装置６まで入射する。散乱装置６により散乱された少なくとも一部の第２光は当該散乱装置６における、第２反射素子８に対向する１つの側から第２反射素子８まで出射する。

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。

本発明の実施例はさらに投影システムを提供し、当該投影システムは発光装置を含み、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応用することもでき、例えば、舞台灯照明が挙げられる。

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応用は全て同様に本発明の特許保護範囲内に含まれる。

Claims (11)

1. 励起光を生成する励起光源と、
   第１光を生成する第１補充レーザ光源と、
   前記励起光を吸収することで被励起光を生成し、且つ、前記第１光を吸収しない波長変換層を含む波長変換装置と、
   第１領域及び第２領域を含む導光装置とを含み、
   前記波長変換層における１つの側は、前記励起光及び第１光を受け取り、当該１つの側において、少なくとも一部の前記第１光、及び少なくとも一部の前記被励起光又は前記被励起光と吸収されなかった前記励起光との少なくとも一部の混合光を出射し、
   前記第１領域は前記第２領域よりも小さく、前記レーザ光源からの前記第１光及び前記励起光源からの前記励起光は第１光通路からそれぞれ前記導光装置の前記第１領域及び少なくとも前記第２領域まで入射し、それぞれ前記第１領域及び少なくとも前記第２領域により前記波長変換装置まで導光され、前記導光装置の前記第２領域はさらに前記波長変換装置からの前記被励起光及び反射された前記第１光を第２光通路まで導光し、出射させることを特徴とする発光装置。
2. 前記導光装置は第１フィルター及び第１反射素子を含み、前記第１フィルターは第１位置及び第２位置を含み、前記第１反射素子は、前記第１フィルターの前記第１位置に積層固定されており、
   前記第１光通路から入射した前記第１光を前記波長変換装置まで反射するため、前記第１フィルターの前記第１位置及び前記第１反射素子は前記導光装置の前記第１領域を構成し、
   前記第１光通路から入射した前記励起光を前記波長変換装置まで反射し、前記波長変換装置からの前記被励起光及び第１光を前記第２光通路まで透過し、出射させるため、前記第１フィルターの前記第２位置は前記導光装置の前記第２領域を構成することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記導光装置は第１フィルターを含み、当該第１フィルターは第１位置及び第２位置を含み、ここで、前記第１位置には、貫通孔が設けられており、
   前記第１光通路から入射した前記第１光を前記波長変換装置まで透過出射するため、前記第１フィルターの前記第１位置は前記導光装置の前記第１領域を構成し、
   前記第１光通路から入射した前記励起光を前記波長変換装置まで透過出射し、前記波長変換装置からの前記被励起光及び第１光を前記第２光通路まで反射し、出射させるため、前記第１フィルターの前記第２位置は前記導光装置の前記第２領域を構成することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記波長変換層は黄色被励起光を生成し、前記第１光は赤色レーザ光であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記発光装置は第２光を生成する第２補充レーザ光源及び散乱装置をさらに含み、当該散乱装置は前記第２補充レーザ光源からの前記第２光を散乱し、
   前記導光装置における、前記被励起光の入射に背向する１つの側は、前記散乱装置により散乱された前記第２光を受け取り、それを前記第２光通路まで導光し、出射させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記散乱装置は対向する第１表面と第２表面とを含み、
   前記第２補充レーザ光源からの前記第２光は、前記第１補充レーザ光源からの前記第１光とともに、前記第１光通路から前記導光装置の前記第１領域まで入射し、当該導光装置の第１領域はさらに前記第２光を前記散乱装置の前記第１表面まで導光し、当該第２光は当該散乱装置により散乱された後、当該散乱装置の前記第１表面から前記導光装置における、前記被励起光の入射に背向する１つの側まで出射することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記散乱装置及び前記波長変換装置は互いに固定されており、前記第１光及び第２光によりそれぞれ当該波長変換装置及び前記散乱装置に形成された光スポットが所定経路に従って動くように、前記発光装置は当該波長変換装置及び前記散乱装置を駆動する駆動装置をさらに含み、
   前記導光装置は、散乱反射された少なくとも一部の前記第２光を前記導光装置における、前記被励起光の入射に背向する１つの側まで導光するための第２反射装置をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
8. 前記第２反射装置はさらに前記第２補充レーザ光源からの前記第２光を前記散乱装置まで導光することを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
9. 前記第２補充レーザ光源からの前記第２光は前記第１光通路から前記導光装置まで入射し、当該導光装置により前記第２反射装置まで導光されることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 前記波長変換装置は前記波長変換層と積層設置された散乱反射層をさらに含み、ここで、当該波長変換層における、当該散乱反射層に背向する１つの側は前記励起光及び第１光を受け取ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の前記発光装置を含むことを特徴とする投影システム。

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