JP2017058656A - 照明システム及び投影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は照明システム及び投影装置に関する。
【解決手段】照明システムは光源アセンブリを含み、光源アセンブリは第一励起光源、第二励起光源、ダイクロイック素子、波長変換素子、第一コリメータ素子及び第二コリメータ素子を含む。第一及び第二励起光源はそれぞれ第一励起光束と第二励起光束を提供する。ダイクロイック素子は第一と第二起光源の間に配置され、第二励起光束がダイクロイック素子を経由して第一励起光源へ伝送される。波長変換素子は第一励起光源とダイクロイック素子との間に配置され、第一と第二励起光束を波長変換光束に変換し、かつ波長変換光束をダイクロイック素子へ伝送する。第一コリメータ素子は波長変換素子とダイクロイック素子の間に配置され、第二コリメータ素子は第二励起光源とダイクロイック素子の間に配置される。この照明システムはエタンデューを変えることなく、波長変換光束の光エネルギーを向上させることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は照明システムに関し、特に波長変換素子を有する照明システム及び上記照明システムを有する投影装置に関する。
固体光源投影機が有する光源システムとして、レーザ、発光ダイオード、レーザと発光ダイオードを合わせて使用するものなど三種類の光源システムがある。レーザ光源システムは通常は青色レーザに蛍光体ホイールを組み合わせたものであり、蛍光体ホイールが赤色光束を励起する蛍光体又は緑色光束を励起する蛍光体を含む。発光ダイオード光源システムは通常赤色光束を発する発光ダイオードモジュール、緑色光束を発する発光ダイオードモジュール及び青色光束を発する発光ダイオードモジュールを使用する。レーザと発光ダイオードを合わせて使用する光源システムは、青色レーザに蛍光体ホイールを組み合わせ、蛍光体ホイールが赤色光束を励起する蛍光体又は緑色光束を励起する蛍光体を含み、その他の色の光源が発光ダイオード又はその他の波長のレーザを使用する。
従来の技術はダイクロイックミラー(Dichroic mirror)を用いて、赤、緑、青三色の光源モジュールが提供する光束を合成させるが、ダイクロイックミラーの物理特性の制限により、赤、緑、青三色の光源モジュールをそれぞれ一つしか備えられない。映像画面の輝度を向上させるため、各光源モジュールのパワー(power)をアップさせるか、又は各光源モジュール中のレーザ若しくは発光ダイオードの数を増加させるしかないが、これによって以下の問題を引き起こす可能性がある。(1)単に光源モジュールのパワーをアップさせた場合、光電変換率が低下し、増加したパワーと増加した輝度のバランスを保てず、かつ輝度が飽和状態になり、パワーアップによって輝度を向上させ続けることができない。(2)レーザ又は発光ダイオードの数を増加させた場合、光源システム全体の長さ、幅、高さがこれに応じて大きくなり、光源システム全体の体積が大きくなる。(3)レーザ又は発光ダイオードの数の増加によりエタンデュー(etendue)が増加し、エタンデューと投影機全体の設計構造の調和がとれなくなり又は上限に達した場合、レーザ又は発光ダイオードの数をいくら増やしても輝度を上げることができない。
“背景技術”は本発明の内容を理解するのを助けることのみが目的であり、従って“背景技術”が開示した内容には当業者が既知の公知技術以外のものが含まれている可能性がある。“背景技術”が開示した内容は上記内容又は本発明の一つ又は複数の実施例が解決しようとする課題を示すものではなく、また本発明がその出願前に既に当業者に把握又は認識されていたことを意味しない。
本発明は照明システムを提供し、照明システムが提供する光束の光エネルギー(optical power)を向上させる。
本発明は三色光源アセンブリを含む別の照明システムを提供し、照明システムが提供する光束の光エネルギーを向上させる。
本発明は照明システムを提供し、エタンデューを変えることなく、波長変換光束の光エネルギーを向上させることができて、同時に該照明システムを用いた投影装置が映像画面をスクリーンに投影する全体輝度を向上させることが可能である。
本発明が開示する技術的特徴により、本発明のその他の目的と利点について一層理解を深めることができる。上記の一つ、一部若しくは全部の目的又はその他の目的を達成するため、本発明の一実施例が提供する照明システムは光源アセンブリを含み、該光源アセンブリが第一励起光源、第二励起光源、ダイクロイック素子、波長変換素子、第一コリメータ素子及び第二コリメータ素子を含む。第一励起光源は第一励起光束を提供し、第二励起光源は第二励起光束を提供し、第一励起光束と第二励起光束が同じ色である。ダイクロイック素子は第一励起光源と第二励起光源との間に配置され、第二励起光束がダイクロイック素子を経由して第一励起光源へ伝送される。波長変換素子は第一励起光源とダイクロイック素子との間に配置され、第一励起光束と第二励起光束を波長変換光束に変換し、かつ波長変換光束をダイクロイック素子へ伝送する。第一コリメータ素子は波長変換素子とダイクロイック素子との間に配置され、第二コリメータ素子は第二励起光源とダイクロイック素子との間に配置されている。
本発明の一実施例において、上記第一コリメータ素子と第二コリメータ素子の構造が同じであり、かつ第二励起光束が第二励起光源からダイクロイック素子までの光路の長さは、波長変換光束が波長変換素子からダイクロイック素子までの光路の長さに等しい。
本発明の一実施例において、上記第二励起光源の出光面の形状及び面積が波長変換素子の出光面の形状及び面積と同じである。
本発明の一実施例において、上記照明システムはさらにインテグレータロッドを含み、波長変換光束がダイクロイック素子を経由してインテグレータロッドまで伝送され、インテグレータロッドの入光端の面積と波長変換素子の出光面の面積との比率が0.9から1.1の間にある。
本発明の一実施例において、上記照明システムはさらにレンズアレイを含み、波長変換光束がダイクロイック素子を経由してレンズアレイまで伝送される。
本発明の一実施例において、上記第一励起光源と第二励起光源がダイクロイック素子の両側に配置され、かつダイクロイック素子は第二励起光束を通過させるとともに、波長変換光束を反射する。
本発明の一実施例において、上記照明システムはさらに、ダイクロイック素子に反射された波長変換光束の伝送経路上に配置されたカラーホイールを含む。
本発明の一実施例において、第一励起光束と第二励起光束が紫外光であり、波長変換光束が白色光である。
本発明の一実施例において、第一励起光束と第二励起光束が青色光であり、波長変換光束が黄色光であり、かつ、照明システムはさらに第一青色光束を提供する青色光源アセンブリを含み、該青色光源アセンブリと第二励起光源がダイクロイック素子の同一側に配置され、第一青色光束がダイクロイック素子を通過して波長変換光束と混合することにより、カラーホイールまで伝送される白色光束になる。
本発明の一実施例において、上記第一励起光源と第二励起光源はダイクロイック素子の同一側に配置され、かつダイクロイック素子が第二励起光束を反射するとともに、波長変換光束を通過させる。
本発明の一実施例において、上記照明システムはさらに、ダイクロイック素子を通過した波長変換光束の伝送経路上に配置されたカラーホイールを含む。
本発明の一実施例において、第一励起光束と第二励起光束が紫外光であり、波長変換光束が白色光である。
本発明の一実施例において、第一励起光束と第二励起光束が青色光であり、波長変換光束が黄色光であり、かつ、照明システムはさらに、ダイクロイック素子へ第二青色光束を提供する青色光源アセンブリを含み、該青色光源アセンブリと第二励起光源がダイクロイック素子の両側に配置され、第二青色光束がダイクロイック素子に反射されて波長変換光束と混合することにより、カラーホイールまで伝送される白色光束になる。
本発明の一実施例において、上記第一励起光束、第二励起光束と波長変換光束の色の組み合わせが、(1)第一励起光束と第二励起光束が青色光であり、波長変換光束が緑色光である、(2)第一励起光束と第二励起光束が青色光であり、波長変換光束が赤色光である、(3)第一励起光束と第二励起光束が青色光であり、波長変換光束が黄色光である、(4)第一励起光束と第二励起光束が紫外光であり、波長変換光束が白色光である組み合わせの中の一つである。
本発明の一実施例において、上記波長変換素子が第一励起光源の上を被覆する。
本発明の一実施例において、上記波長変換素子と第一励起光源との間は一定の距離があり、この距離が波長変換素子とダイクロイック素子との距離以下である。
本発明の別の実施例が提供する照明システムは、第一色光束を提供する第一光源アセンブリ、第二色光束を提供する第二光源アセンブリ及び第三色光束を提供する第三光源アセンブリを含み、かつ第一色光束、第二色光束及び第三色光束が混合されて照明光束になる。第一光源アセンブリは、第一励起光源、第二励起光源、第一ダイクロイック素子及び第一波変換素子を含む。第一励起光源は第一励起光束を提供し、第二励起光源は第二励起光束を提供し、第一励起光束と第二励起光束が同じ色である。第一ダイクロイック素子は第一励起光源と第二励起光源との間に配置され、第二励起光束が第一ダイクロイック素子を経由して第一励起光源へ伝送される。第一波長変換素子は第一励起光源と第一ダイクロイック素子との間に配置され、第一励起光束と第二励起光束を第一波長変換光束に変換し、かつ第一波長変換光束を第一ダイクロイック素子へ伝送し、第一波長変換光束が第一色光束である。
本発明の一実施例において、上記第二光源アセンブリは、第三励起光源、第四励起光源、第二ダイクロイック素子及び第二波長変換素子を含む。第三励起光源は第三励起光束を提供し、第四励起光源は第四励起光束を提供し、第三励起光束と第四励起光束が同じ色である。第二ダイクロイック素子は第三励起光源と第四励起光源との間に配置され、第四励起光束が第二ダイクロイック素子を経由して第三励起光源へ伝送される。第二波長変換素子は第三励起光源と第二ダイクロイック素子との間に配置され、第三励起光束と第四励起光束を第二波長変換光束に変換し、かつ第二波長変換光束を第二ダイクロイック素子へ伝送し、第二波長変換光束が第二色光束である。
本発明の一実施例において、上記第二ダイクロイック素子は第一ダイクロイック素子と第三光源アセンブリとの間に配置され、第三色光束が第二ダイクロイック素子と第一ダイクロイック素子を順に通過し、第三励起光源と第四励起光源が第二ダイクロイック素子の両側に配置され、第二ダイクロイック素子が第四励起光束を通過させるとともに、第二色光束を第一ダイクロイック素子へ反射し、かつ第一ダイクロイック素子が第二色光束を通過させる。第一励起光源と第二励起光源が第一ダイクロイック素子の両側に配置され、かつ第一ダイクロイック素子が第二励起光束を通過させるとともに、第一色光束を反射することにより、第一色光束、第二色光束及び第三色光束が混合されて照明光束になる。
本発明の一実施例において、上記照明システムはさらに、第一ダイクロイック素子と第二ダイクロイック素子との間に配置された少なくとも一つのレンズを含む。
本発明の一実施例において、上記照明システムはさらに、第一光源アセンブリと第二光源アセンブリと第三光源アセンブリとの間に配置された光合成素子を含み、第一光源アセンブリと第三光源アセンブリはそれぞれ光合成素子の対向する両側に配置され、光合成素子が第一色光束と第三色光束を反射するとともに、第二色光束を通過させることにより、第一色光束、第二色光束と第三色光束が混合されて照明光束になる。
本発明の一実施例において、第一励起光源と第二励起光源は第一ダイクロイック素子の同一側に配置され、かつ第一ダイクロイック素子は第二励起光束を反射するとともに、第一色光束を通過させて光合成素子まで伝送し、第三励起光源と第四励起光源は第二ダイクロイック素子の同一側に配置され、かつ第二ダイクロイック素子は第四励起光束を反射するとともに、第二色光束を通過させて光合成素子まで伝送する。
本発明の一実施例において、上記第一光源アセンブリはさらに、第一波長変換素子と第一ダイクロイック素子との間に配置された第一コリメータ素子、及び、第二励起光源と第一ダイクロイック素子との間に配置された第二コリメータ素子を含み、第二光源アセンブリはさらに、第二波長変換素子と第二ダイクロイック素子との間に配置された第三コリメータ素子、及び、第四励起光源と第二ダイクロイック素子との間に配置された第四コリメータ素子を含む。
本発明の一実施例が提供する投影装置は、光源アセンブリ、光均一化素子、ライトバルブ及び投影レンズを含み、光源アセンブリは第一励起光を提供する束第一励起光源を含む。第二励起光源は第二励起光束を提供し、第一励起光束と第二励起光束が同じ色である。ダイクロイック素子は第一励起光源と第二励起光源との間に配置され、第二励起光束がダイクロイック素子を経由して第一励起光源へ伝送される。波長変換素子は第一励起光源とダイクロイック素子との間に配置され、第一励起光束と第二励起光束を波長変換光束に変換し、かつ波長変換光束をダイクロイック素子へ伝送する。第一コリメータ素子は波長変換素子とダイクロイック素子との間に配置され、第二コリメータ素子は第二励起光源とダイクロイック素子との間に配置されている。光均一化素子は波長変換光束の伝送経路上に配置され、ダイクロイック素子を経由して伝送されてきた波長変換光束を受ける。ライトバルブは波長変換光束の伝送経路上に配置され、光均一化素子を経由して伝送されてきた波長変換光束を受けて、かつ映像光束に変換する。投影レンズは映像光束の伝送経路上に配置され、映像光束を投影する。
本発明の実施例の照明システムにおいて、光源アセンブリはそれぞれ励起光束を提供する二つの励起光源を有し、波長変換素子の対向する両側からそれぞれ波長変換素子を励起して波長変換光束を発光させるため、エタンデューを増加させることなく、波長変換光束の光エネルギーを向上させることができ、つまり本発明の照明システムが提供する光束の光エネルギーを向上させ、さらに投影装置が投影する映像画面の輝度を向上させることができる。
本発明の上記及びその他の目的、特徴と利点をより明確にするため、以下はその好ましい実施例について、図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明の一実施例の照明システムの概略図である。 本発明の一実施例において、波長変換素子と第一励起光源を整合して一つの素子とした概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。 本発明の一実施例の投影装置の概略図である。
本発明の上記及びその他の技術内容、特徴と効果について、以下は図面を参照しながら、その好ましい実施例の詳細説明において明確にする。以下の実施例において用いる方向用語、例えば上、下、左、右、前又は後は図面を参照する方向のみを示す。従って、これらの方向用語は本発明を限定するものではない。
図1は本発明の一実施例の照明システムの概略図である。図1が示すように、本実施例の照明システム10は光源アセンブリ100を含み、該光源アセンブリ100は第一励起光源110、第二励起光源120、ダイクロイック素子130、波長変換素子140、第一コリメータ素子150及び第二コリメータ素子160を含む。第一励起光源110は第一励起光束C1を提供し、第二励起光源120は第二励起光束C2を提供し、第一励起光束C1と第二励起光束C2が同じ色であり、例えば青色である。第一励起光束C1と第二励起光束C2の波長が所定の波長範囲内にあり、例えば450−475nmの青色光の波長範囲にある。ダイクロイック素子130は第一励起光源110と第二励起光源120との間に配置され、ダイクロイック素子130は例えばダイクロイックミラー(Dichroic mirror)であり、第二励起光束C2はダイクロイック素子130を経由して第一励起光源110へ伝送される。波長変換素子140は第一励起光源110とダイクロイック素子130との間に配置され、第一励起光束C1と第二励起光束C2を波長変換光束Dに変換し、かつ波長変換光束Dをダイクロイック素子130へ伝送する。第一コリメータ素子150は波長変換素子140とダイクロイック素子130との間に配置され、第二コリメータ素子160は第二励起光源120とダイクロイック素子130との間に配置されている。
上記波長変換素子140と第一励起光源110は例えば分離した二つの素子であり、互いに一定の距離があるが、この距離が波長変換素子140とダイクロイック素子130との距離以下である。第一励起光源110は発光ダイオード、レーザ光源又はその他の適切な光源であり、第二励起光源120も発光ダイオード、レーザ光源又はその他の適切な光源であってもよい。波長変換素子140は例えば波長変換材料層141とダイクロイック層142を含み、そのダイクロイック層142が波長変換材料層141の上に配置され、かつ第一励起光源110に近接している。波長変換材料層141は、蛍光体又は燐光体などの波長変換材料を含むが、これらに限定されず、第一励起光束C1と第二励起光束C2を吸収して、波長変換光束Dを発するものである。ダイクロイック層142は第一励起光束C1を通過させて波長変換材料層141まで伝送する。波長変換材料が発する波長変換光束Dが各方向へ伝送され、一部がダイクロイック素子130へ伝送され、一部がダイクロイック層142へ伝送されるため、ダイクロイック層142を利用してダイクロイック層142へ伝送された波長変換光束Dを反射することにより、波長変換光束Dがダイクロイック素子130へ伝送されるようガイドして、波長変換光束Dがダイクロイック素子130まで伝送される光の総量を向上させることができる。
本実施例において、第一励起光源110と第二励起光源120は例えばダイクロイック素子130の両側に配置され、ダイクロイック素子130が第二励起光束C2を通過させるとともに、波長変換光束Dを反射する。第二励起光束C2はダイクロイック素子130を通過した後、波長変換材料層141のダイクロイック素子130に面した側まで伝送され、第一励起光束C1はダイクロイック層142を通過した後、波長変換材料層141のダイクロイック層142に面した側まで伝送される。本実施例において、第一励起光束C1と第二励起光束C2は波長変換材料層141の両側から波長変換材料を励起して発光させるため、エタンデューを増加させることなく、波長変換光束Dの出力を向上させることができる。
上記第一コリメータ素子150と第二コリメータ素子160は例えば同じ構造である。例えば、第一コリメータ素子150は例えばコリメータレンズ151とレンズ152を含み、レンズ152がコリメータレンズ151とダイクロイック素子130との間に配置され、第二コリメータ素子160は例えばコリメータレンズ161とレンズ162を含み、レンズ162がコリメータレンズ161とダイクロイック素子130との間に配置されている。コリメータレンズ151とコリメータレンズ161の形状が同じであり、レンズ152とレンズ162の形状が同じである。しかし、本発明は第一コリメータ素子150と第二コリメータ素子160の具体構造について限定せず、コリメータレンズとレンズの数についても限定しない。設計者は、実際の必要に応じて、異なるコリメータレンズとレンズの構成を提供することができる。また、第二励起光束C2が第二励起光源120からダイクロイック素子130までの光路の長さは、波長変換光束Dが波長変換素子140からダイクロイック素子130までの光路の長さに等しい。第一コリメータ素子150と第二コリメータ素子160が第二励起光束C2の照射範囲に対する制御により、第二励起光束C2が波長変換素子140に照射するライトスポットは第二励起光束C2が第二励起光源120の出光面121から出射される時のライトスポットに近似する。一実施例において、第二励起光源120の出光面121の形状及び面積は波長変換素子140の出光面143の形状及び面積と同じであり、これにより第二励起光束C2は波長変換素子140のほぼ全体をカバーすることが可能であり、光利用率を向上させ、光ロスを回避することができる。
上記の第一励起光束C1、第二励起光束C2及び波長変換光束Dの色の組み合わせを必要に応じて決めることが可能であり、例えば、以下の組み合わせの中の一つであってもよい。(1)第一励起光束C1と第二励起光束C2が青色光であり、波長変換光束Dが緑色光である。(2)第一励起光束C1と第二励起光束C2が青色光であり、波長変換光束Dが赤色光である。(3)第一励起光束C1と第二励起光束C2が青色光であり、波長変換光束Dが黄色光である。及び、(4)第一励起光束C1と第二励起光束C2が紫外光であり、波長変換光束Dが白色光である。
本実施例の照明システム10はさらに、波長変換光束Dがダイクロイック素子130を経由した後の伝送経路上に配置されたその他の光学素子を含む。光学素子は光均一化素子(例えば、インテグレータロッド又はレンズアレイ)、レンズ又は反射ミラーなどを含むことが可能であり、かつ光学素子の数が一つ又は複数であってもよい。図1はインテグレータロッド11の例を示しており、波長変換光束Dがダイクロイック素子130を経由してインテグレータロッド11まで伝送される。一実施例において、波長変換光束Dを十分取り込めるよう、インテグレータロッド11の入光端11aの面積と波長変換素子140の出光面143の面積の比率が例えば0.9から1.1の間にあり、入光端11aの形状が例えば出光面143の形状とほぼ同じである。
上記実施例において波長変換素子140と第一励起光源110は例えば分離した二つの素子であるが、別の実施例において波長変換素子が第一励起光源上に貼り付けられてもよい。例えば、波長変換素子を第一励起光源内に設置してもよい。図2が示す別の実施例において、波長変換素子と第一励起光源とが一つの素子に整合され、該素子は順に積層された導電担体610、反射層620、正孔伝送層630、発光層640、電子伝送層650及び波長変換層660を含み、かつ、正孔伝送層630と電子伝送層650との位置を互換可能である。正孔伝送層630と電子伝送層650が提供する正孔と電子が発光層640において混合されて光子が発生し、光線641を出射すると、反射層620へ伝送された一部の光線641が波長変換層660まで反射される。波長変換層660へ出射されたこれらの光線641は即ち第一励起光束C1であり、波長変換層660は第一励起光束C1を波長変換光束Dに変換し、反射層620へ伝送された一部の波長変換光束Dも反射によって波長変換層660からこの素子を離れる。
図3は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図3が示すように、本実施例の照明システム10aは図1の照明システム10に類似するため、以下は相違点のみについて説明する。本実施例の照明システム10aにおいて、光源アセンブリ100aの第一励起光源110と第二励起光源120がダイクロイック素子130aの同一側に配置され、かつダイクロイック素子130aが第二励起光束C2を反射するとともに、波長変換光束Dを通過させる。
図4は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図4が示すように、本実施例の照明システム10bは図1の照明システム10に類似するため、以下はその相違点のみについて説明する。照明システム10に比べて、本実施例の照明システム10bはさらにカラーホイール12を含む。該カラーホイール12はダイクロイック素子130に反射された波長変換光束Dの伝送経路上に配置されている。本実施例において、第一励起光源110が提供する第一励起光束C1と第二励起光源120が提供する第二励起光束C2が紫外光であり、波長変換素子140が発する波長変換光束Dが白色光である。カラーホイール12が一回転する毎に波長変換光束Dを順にフィルタリングして異なる色の多種の光束、例えば赤色光束R、緑色光束G及び青色光束Bに変えて、時間順にインテグレータロッド11まで伝送する。本発明はカラーホイール12によってフィルタリングされた後の光束の色及び異なる色の光束の発生順について限定しない。
図5は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図5が示すように、本実施例の照明システム10cは図4の照明システム10bに類似するため、以下はその相違点のみについて説明する。本実施例の照明システム10cにおいて、光源アセンブリ100aの第一励起光源110と第二励起光源120がダイクロイック素子130aの同一側に配置され、かつダイクロイック素子130aは第二励起光束C2を反射するとともに、波長変換光束Dを通過させてカラーホイール12まで伝送する。
図6は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図6が示すように、本実施例の照明システム10dは図4の照明システム10bに類似するため、以下はその相違点のみについて説明する。本実施例の照明システム10dにおいて、第一励起光源110が提供する第一励起光束C1と第二励起光源120が提供する第二励起光束C2は青色光であり、波長変換素子140が発する波長変換光束Dは黄色光である。また、照明システム10dはさらに第一青色光束B1を提供する青色光源アセンブリ13を含み、該青色光源アセンブリ13と第二励起光源120がダイクロイック素子130の同一側に配置され、該第一青色光束B1がダイクロイック素子130を通過して波長変換光束Dと混合することにより白色光束Wになり、白色光束Wがカラーホイール12まで伝送される。青色光源アセンブリ13は例えば青色光源13aとコリメータ素子13bを含み、青色光源13aが発光ダイオード、レーザ光源又はその他の適切な光源である。コリメータ素子13bは第一コリメータ素子150及び第二コリメータ素子160と同じ構造であってもよい。
図7は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図7が示すように、本実施例の照明システム10eは図6の照明システム10dに類似するため、以下はその相違点のみについて説明する。本実施例の照明システム10eにおいて、光源アセンブリ100aの第一励起光源110と第二励起光源120がダイクロイック素子130aの同一側に配置され、かつダイクロイック素子130aは第二励起光束C2を反射するとともに、波長変換光束Dを通過させてカラーホイール12まで伝送する。青色光源アセンブリ13と第二励起光源120はダイクロイック素子130aの両側に配置され、青色光源アセンブリ13はダイクロイック素子130aへ第二青色光束B2を提供し、第二青色光束B2はダイクロイック素子130aに反射されて波長変換光束Dと混合して白色光束Wになり、白色光束Wはカラーホイール12まで伝送される。
上記各実施例の照明システム10−10eはそれぞれ一つの光源アセンブリ100又は100aのみを含むが、本発明のその他の実施例において、照明システムが上記光源アセンブリ100又は100aと同じ構造の光源アセンブリを複数含んでもよい。
図8は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図8が示すように、本実施例の照明システム20は、第一色光束L1を提供する第一光源アセンブリ200、第二色光束L2を提供する第二光源アセンブリ300及び第三色光束L3を提供する第三光源アセンブリ400を含み、かつ第一色光束L1、第二色光束L2と第三色光束L3が混合されて照明光束L4になる。第一光源アセンブリ200は第一励起光源210、第二励起光源220、第一ダイクロイック素子230及び第一波長変換素子240を含む。第一励起光源210は第一励起光束C1を提供し、第二励起光源220は第二励起光束C2を提供し、第一励起光束C1と第二励起光束C2が同じ色である。第一ダイクロイック素子230は第一励起光源210と第二励起光源220との間に配置され、第二励起光束C2が第一ダイクロイック素子230を経由して第一励起光源210へ伝送される。第一波長変換素子240は第一励起光源210と第一ダイクロイック素子230との間に配置され、第一励起光束C1と第二励起光束C2を第一波長変換光束に変換し、かつ第一波長変換光束を第一ダイクロイック素子230へ伝送し、第一波長変換光束は上記第一色光束L1である。
上記の第二光源アセンブリ300は例えば第三励起光源310、第四励起光源320、第二ダイクロイック素子330及び第二波長変換素子340を含む。第三励起光源310は第三励起光束C3を提供し、第四励起光源320は第四励起光束C4を提供し、かつ、第三励起光束C3と第四励起光束C4が同じ色である。第二ダイクロイック素子330は第三励起光源310と第四励起光源320との間に配置され、第四励起光束C4が第二ダイクロイック素子330を経由して第三励起光源310へ伝送される。第二波長変換素子340は第三励起光源310と第二ダイクロイック素子330との間に配置され、第三励起光束C3と第四励起光束C4を第二波長変換光束に変換し、かつ第二波長変換光束を第二ダイクロイック素子330へ伝送し、第二波長変換光束が上記第二色光束L2である。
上記第三光源アセンブリ400は例えば第三色光束L3を提供する光源410を含み、該光源410は発光ダイオード、レーザ光源又はその他の適切な光源である。第三光源アセンブリ400はさらに、第三色光束L3の伝送経路上に配置されたコリメータ素子420を含んでもよい。
本実施例において、第一光源アセンブリ200と第二光源アセンブリ300の構造が上記光源アセンブリ100の構造と類似してもよい。第一波長変換素子240及び第二波長変換素子340の構造が上記波長変換素子140と同じでもよい。一実施例において、第一波長変換素子240及び第二波長変換素子340はそれぞれ第一励起光源210及び第三励起光源310の上を被覆する。別の実施例において、第一波長変換素子と第一励起光源を整合して図2が示す一つの素子に類似するものにしてもよく、第二波長変換素子と第三励起光源も整合して図2が示す一つの素子に類似するものにしてもよい。また、第一励起光源210、第二励起光源220、第三励起光源310及び第四励起光源320はそれぞれ発光ダイオード、レーザ光源又はその他の適切な光源であってもよい。また、第一光源アセンブリ200はさらに、第一波長変換素子240と第一ダイクロイック素子230との間に配置された第一コリメータ素子250、及び、第二励起光源220と第一ダイクロイック素子230との間に配置された第二コリメータ素子260を含んでもよい。第二光源アセンブリ300はさらに、第二波長変換素子340と第二ダイクロイック素子330との間に配置された第三コリメータ素子350、及び、第四励起光源320と第二ダイクロイック素子330との間に配置された第四コリメータ素子360を含んでもよい。
本実施例において、上記第二ダイクロイック素子330は第一ダイクロイック素子230と第三光源アセンブリ400との間に配置され、第三色光束L3は第二ダイクロイック素子330と第一ダイクロイック素子230を順に通過する。第三励起光源310と第四励起光源320は第二ダイクロイック素子330の両側に配置され、第二ダイクロイック素子330は第四励起光束C4を通過させるとともに、第二色光束L2を第一ダイクロイック素子230へ反射させ、かつ第一ダイクロイック素子230は第二色光束L2を通過させる。第一励起光源210と第二励起光源220は第一ダイクロイック素子230の両側に配置され、第一ダイクロイック素子230が第二励起光束C2を通過させるとともに、第一色光束L1を反射することにより、第一色光束L1、第二色光束L2及び第三色光束L3が混合されて照明光束L4になる。
本実施例において、第一励起光束C1、第二励起光束C2、第三励起光束C3及び第四励起光束C4の色が例えば青色であるが、これに限定されない。第一色光束L1は例えば緑色光であり、第二色光束L2は例えば赤色光であり、第三色光束L3は例えば青色光であるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第一色光束L1と第二色光束L2の色が入れ替わってもよい。さらに、第一光源アセンブリ200、第二光源アセンブリ300と第三光源アセンブリ400は同時に発光しても又は同時に発光しなくてもよい。例えば、第一光源アセンブリ200、第二光源アセンブリ300及び第三光源アセンブリ400は時間順に第一色光束L1、第二色光束L2及び第三色光束L3を提供して、照明光束L4が同一時間において第一色光束L1、第二色光束L2及び第三色光束L3の中の一つのみを含んでもよい。別の実施例において、第一光源アセンブリ200、第二光源アセンブリ300と第三光源アセンブリ400が同時に第一色光束L1、第二色光束L2と第三色光束L3を提供して、照明光束L4は同一時間における第一色光束L1、第二色光束L2と第三色光束L3が混合されたものであってもよい。
第一光源アセンブリ200と第二光源アセンブリ300はその構造が上記光源アセンブリ100の構造に類似するため、エタンデューを増加させることなく、第一色光束L1と第二色光束L2の光エネルギーを向上させることができる。また、本実施例の照明システム20はさらに、照明光束L4の伝送経路上に配置されたその他の光学素子を含んでもよい。光学素子は光均一化素子(例えば、インテグレータロッド又はレンズアレイ)、レンズ又は反射ミラーなどを含み、かつ光学素子の数が一つ又は複数であってもよく、図8はインテグレータロッド21の例を示している。また、必要であれば、第一ダイクロイック素子230と第二ダイクロイック素子330との間にその他の光学素子を増設してもよい。図9の例において、照明システム20aはさらに、第一ダイクロイック素子230と第二ダイクロイック素子330との間に配置された少なくとも一つのレンズ25を含む。図9はレンズ25が二つある例を示しているが、本発明はレンズ25又はその他の光学素子の数について限定しない。
図10は本発明の別の実施例の照明システムの概略図である。図10が示すように、本実施例の照明システム20bは図8の照明システム20に類似するため、以下は相違点のみについて説明する。本実施例の照明システム20bはさらに、第一光源アセンブリ200a、第二光源アセンブリ300aと第三光源アセンブリ400との間に配置された光合成素子26を含み、かつ第一光源アセンブリ200aと第三光源アセンブリ400はそれぞれ光合成素子26の対向する両側に配置されている。光合成素子26は第一色光束L1と第三色光束L3を反射するとともに、第二色光束L2を通過させることにより、第一色光束L1、第二色光束L2と第三色光束L3が混合されて照明光束L4になる。光合成素子26はX型光合成板又はX型光合成プリズムなどである。
本実施例において、第一光源アセンブリ200a及び第二光源アセンブリ300aは図3の光源アセンブリ100aに類似する。即ち、第一光源アセンブリ200aにおいて、第一励起光源210と第二励起光源220は第一ダイクロイック素子230aの同一側に配置され、第一ダイクロイック素子230aは第二励起光束C2を反射するとともに、第一色光束L1を通過させて光合成素子26まで伝送する。第三励起光源310と第四励起光源320は第二ダイクロイック素子330aの同一側に配置され、第二ダイクロイック素子330aは第四励起光束C4を反射するとともに、第二色光束L2を通過させて光合成素子26まで伝送する。
図11は本発明の実施例の投影装置の概略図である。図11が示すように、本実施例の投影装置500は図1の照明システム10、ライトバルブ170及び投影レンズ180を含む。照明システム10の提供する波長変換光束Dが光均一化素子(例えば、インテグレータロッド又はレンズアレイ)11まで伝送された後、光均一化素子11は波長変換光束Dに対し光均一化を行い、そして波長変換光束Dをライトバルブ170に均一に照射する。ここで、ライトバルブ170は波長変換光束Dを映像光束Mに変換することができる、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、反射型液晶素子(LCOS)又はその他の適切な素子であり、映像光束Mが投影レンズ180を透過してスクリーン(図示せず)に投影される。
以上のように、本発明の実施例の照明システムにおいて、光源アセンブリがそれぞれ励起光束を提供する二つの励起光源を含み、波長変換素子の対向する両側からそれぞれ波長変換素子を励起させて波長変換光束を発光させるため、エタンデューを増加させることなく、波長変換光束の光エネルギーを向上させることが可能で、さらに本発明の照明システムが提供する光束の光エネルギーを向上させることができる。
以上は本発明の好ましい実施例のみであり、本発明の実施の範囲はこれらに限定されることだけではなく、本発明の請求項及び明細書の説明内容に基づいて簡単に行える変更及び修正も本発明の特許請求の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例又は請求項は必ずしも本発明が開示した全ての目的又は利点や特徴を達成する必要がない。さらに、要約書及びタイトルは特許文献検索の用のみに供するものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。従って、本明細書又は特許請求の範囲において用いる「第一」、「第二」、「第三」、「第四」などの用語は素子(element)を命名する名称又は異なる実施例や範囲を区別するためのものであり、素子の数量の上限又は下限を限定するものではない。
10、10a、10b、10c、10d、10e、20、20a、20b 照明システム
11、21 インテグレータロッド
11a 入光端
12 カラーホイール
13 青色光源アセンブリ
13a 青色光源
13b、420 コリメータ素子
25、152、162 レンズ
26 光合成素子
100、100a 光源アセンブリ
110、210 第一励起光源
120、220 第二励起光源
121 出光面
130、130a ダイクロイック素子
140 波長変換素子
141 波長変換材料層
142 ダイクロイック層
143 出光面
150、250 第一コリメータ素子
151、161 コリメータレンズ
160、260 第二コリメータ素子
170 ライトバルブ
180 投影レンズ
200、200a 第一光源アセンブリ
230、230a 第一ダイクロイック素子
240 第一波長変換素子
300、300a 第二光源アセンブリ
310 第三励起光源
320 第四励起光源
330、330a 第二ダイクロイック素子
340 第二波長変換素子
350 第三コリメータ素子
360 第四コリメータ素子
400 第三光源アセンブリ
410 光源
500 投影装置
610 導電担体
620 反射層
630 正孔伝送層
640 発光層
641 光線
650 電子伝送層
660 波長変換層
B 青色光束
B1 第一青色光束
B2 第二青色光束
C1 第一励起光束
C2 第二励起光束
C3 第三励起光束
C4 第四励起光束
D 波長変換光束
G 緑色光束
L1 第一色光束
L2 第二色光束
L3 第三色光束
L4 照明光束
M 映像光束
R 赤色光束

Claims (24)

  1. 照明システムであって、
    前記照明システムは光源アセンブリを含み、
    前記光源アセンブリは、
    第一励起光束を提供する第一励起光源と、
    第二励起光束を提供する第二励起光源と、
    前記第一励起光源と前記第二励起光源との間に配置されたダイクロイック素子と、
    前記第一励起光源と前記ダイクロイック素子との間に配置され、前記第一励起光束と前記第二励起光束を波長変換光束に変換し、かつ前記波長変換光束を前記ダイクロイック素子へ伝送する波長変換素子と、
    前記波長変換素子と前記ダイクロイック素子との間に配置された第一コリメータ素子と、
    前記第二励起光源と前記ダイクロイック素子との間に配置された第二コリメータ素子とを含み、
    前記第一励起光束と前記第二励起光束が同じ色であり、
    前記第二励起光束が前記ダイクロイック素子を経由して前記第一励起光源へ伝送されることを特徴とする照明システム。
  2. 前記第一コリメータ素子と前記第二コリメータ素子の構造が同じであり、かつ前記第二励起光束が前記第二励起光源から前記ダイクロイック素子までの光路の長さは、前記波長変換光束が前記波長変換素子から前記ダイクロイック素子までの光路の長さに等しいことを特徴とする、請求項1に記載の照明システム。
  3. 前記第二励起光源の出光面の形状及び面積が前記波長変換素子の出光面の形状及び面積と同じであることを特徴とする、請求項2に記載の照明システム。
  4. 前記照明システムはさらにインテグレータロッドを含み、前記波長変換光束が前記ダイクロイック素子を経由して前記インテグレータロッドまで伝送され、前記インテグレータロッドの入光端の面積と前記波長変換素子の前記出光面の面積との比率が0.9から1.1の間にあることを特徴とする請求項3の照明システム。
  5. 前記照明システムはさらにレンズアレイを含み、前記波長変換光束が前記ダイクロイック素子を経由して前記レンズアレイまで伝送されることを特徴とする請求項3の照明システム。
  6. 前記第一励起光源と前記第二励起光源が前記ダイクロイック素子の両側に配置され、かつ前記ダイクロイック素子は前記第二励起光束を通過させるとともに、前記波長変換光束を反射することを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
  7. 前記照明システムはさらに、前記ダイクロイック素子に反射された前記波長変換光束の伝送経路上に配置されたカラーホイールを含むことを特徴とする請求項6に記載の照明システム。
  8. 前記第一励起光束と前記第二励起光束が紫外光であり、前記波長変換光束が白色光であることを特徴とする請求項7に記載の照明システム。
  9. 前記第一励起光束と前記第二励起光束が青色光であり、前記波長変換光束が黄色光であり、
    かつ、前記照明システムはさらに第一青色光束を提供する青色光源アセンブリを含み、前記青色光源アセンブリと前記第二励起光源が前記ダイクロイック素子の同一側に配置され、前記第一青色光束が前記ダイクロイック素子を通過して前記波長変換光束と混合することにより、前記カラーホイールまで伝送される白色光束になることを特徴とする請求項7に記載の照明システム。
  10. 前記第一励起光源と前記第二励起光源は前記ダイクロイック素子の同一側に配置され、かつ前記ダイクロイック素子が前記第二励起光束を反射するとともに、前記波長変換光束を通過させることを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
  11. 前記照明システムはさらに、前記ダイクロイック素子を通過した前記波長変換光束の伝送経路上に配置されたカラーホイールを含むことを特徴とする請求項10に記載の照明システム。
  12. 前記第一励起光束と前記第二励起光束が紫外光であり、前記波長変換光束が白色光であることを特徴とする請求項11に記載の照明システム。
  13. 前記第一励起光束と前記第二励起光束が青色光であり、前記波長変換光束が黄色光であり、
    かつ、前記照明システムはさらに、前記ダイクロイック素子へ第二青色光束を提供する青色光源アセンブリを含み、前記青色光源アセンブリと前記第二励起光源が前記ダイクロイック素子の両側に配置され、前記第二青色光束が前記ダイクロイック素子に反射されて前記波長変換光束と混合することにより、前記カラーホイールまで伝送される白色光束になることを特徴とする請求項11に記載の照明システム。
  14. 前記第一励起光束、前記第二励起光束と前記波長変換光束の色の組み合わせが、
    (1)前記第一励起光束と前記第二励起光束が青色光であり、前記波長変換光束が緑色光である、
    (2)前記第一励起光束と前記第二励起光束が青色光であり、前記波長変換光束が赤色光である、
    (3)前記第一励起光束と前記第二励起光束が青色光であり、前記波長変換光束が黄色光である、
    (4)前記第一励起光束と前記第二励起光束が紫外光であり、前記波長変換光束が白色光である組み合わせの中の一つであることを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
  15. 前記波長変換素子が前記第一励起光源の上を被覆することを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
  16. 前記波長変換素子と前記第一励起光源との間は一定の距離があり、前記距離が前記波長変換素子と前記ダイクロイック素子との距離以下であることを特徴とする請求項1に記載の照明システム。
  17. 照明システムであって、
    前記照明システムは、第一色光束を提供する第一光源アセンブリ、第二色光束を提供する第二光源アセンブリ及び第三色光束を提供する第三光源アセンブリを含み、かつ前記第一色光束、前記第二色光束及び前記第三色光束が混合されて照明光束になり、
    前記第一光源アセンブリは、
    第一励起光束を提供する第一励起光源と、
    第二励起光束を提供する第二励起光源と、
    前記第一励起光源と前記第二励起光源との間に配置された第一ダイクロイック素子と、
    前記第一励起光源と前記第一ダイクロイック素子との間に配置され、前記第一励起光束と前記第二励起光束を第一波長変換光束に変換し、かつ前記第一波長変換光束を前記第一ダイクロイック素子へ伝送する第一波長変換素子とを含み、
    前記第一励起光束と前記第二励起光束が同じ色であり、
    前記第二励起光束が前記第一ダイクロイック素子を経由して前記第一励起光源へ伝送され、
    前記第一波長変換光束が前記第一色光束であることを特徴とする照明システム。
  18. 前記第二光源アセンブリは、
    第三励起光束を提供する第三励起光源と、
    第四励起光束を提供する第四励起光源と、
    前記第三励起光源と前記第四励起光源との間に配置された第二ダイクロイック素子と、
    前記第三励起光源と前記第二ダイクロイック素子との間に配置され、前記第三励起光束と前記第四励起光束を第二波長変換光束に変換し、かつ前記第二波長変換光束を前記第二ダイクロイック素子へ伝送する第二波長変換素子とを含み、
    前記第三励起光束と前記第四励起光束が同じ色であり、
    前記第四励起光束が前記第二ダイクロイック素子を経由して前記第三励起光源へ伝送され、
    前記第二波長変換光束が前記第二色光束であることを特徴とする請求項17に記載の照明システム。
  19. 前記第二ダイクロイック素子は前記第一ダイクロイック素子と前記第三光源アセンブリとの間に配置され、
    前記第三色光束が前記第二ダイクロイック素子と前記第一ダイクロイック素子を順に通過し、
    前記第三励起光源と前記第四励起光源が前記第二ダイクロイック素子の両側に配置され、
    前記第二ダイクロイック素子は前記第四励起光束を通過させるとともに、前記第二色光束を前記第一ダイクロイック素子へ反射し、かつ前記第一ダイクロイック素子が前記第二色光束を通過させ、
    前記第一励起光源と前記第二励起光源が前記第一ダイクロイック素子の両側に配置され、かつ前記第一ダイクロイック素子が前記第二励起光束を通過させるとともに、前記第一色光束を反射して、前記第一色光束、前記第二色光束及び前記第三色光束が混合されて前記照明光束になることを特徴とする請求項18に記載の照明システム。
  20. 前記照明システムはさらに、前記第一ダイクロイック素子と前記第二ダイクロイック素子との間に配置された少なくとも一つのレンズを含むことを特徴とする請求項19に記載の照明システム。
  21. 前記照明システムはさらに、前記第一光源アセンブリと前記第二光源アセンブリと前記第三光源アセンブリとの間に配置された光合成素子を含み、
    前記第一光源アセンブリと前記第三光源アセンブリはそれぞれ前記光合成素子の対向する両側に配置され、前記光合成素子が前記第一色光束と前記第三色光束を反射するとともに、前記第二色光束を通過させて、前記第一色光束、前記第二色光束と前記第三色光束が混合されて前記照明光束になることを特徴とする請求項18に記載の照明システム。
  22. 前記第一励起光源と前記第二励起光源は前記第一ダイクロイック素子の同一側に配置され、かつ前記第一ダイクロイック素子は前記第二励起光束を反射するとともに、前記第一色光束を通過させて前記光合成素子まで伝送し、
    前記第三励起光源と前記第四励起光源は前記第二ダイクロイック素子の同一側に配置され、かつ前記第二ダイクロイック素子は前記第四励起光束を反射するとともに、前記第二色光束を通過させて前記光合成素子まで伝送することを特徴とする請求項21に記載の照明システム。
  23. 前記第一光源アセンブリはさらに、前記第一波長変換素子と前記第一ダイクロイック素子との間に配置された第一コリメータ素子、及び、前記第二励起光源と前記第一ダイクロイック素子との間に配置された第二コリメータ素子を含み、
    前記第二光源アセンブリはさらに、前記第二波長変換素子と前記第二ダイクロイック素子との間に配置された第三コリメータ素子、及び、前記第四励起光源と前記第二ダイクロイック素子との間に配置された第四コリメータ素子を含むことを特徴とする請求項18に記載の照明システム。
  24. 投影装置であって、前記投影装置は光源アセンブリ、光均一化素子、ライトバルブ及び投影レンズを含み、
    前記光源アセンブリは、
    第一励起光束を提供する第一励起光源と、
    第二励起光束を提供する第二励起光源と、
    前記第一励起光源と前記第二励起光源との間に配置されたダイクロイック素子と、
    前記第一励起光源と前記ダイクロイック素子との間に配置され、前記第一励起光束と前記第二励起光束を波長変換光束に変換し、かつ前記波長変換光束を前記ダイクロイック素子へ伝送する波長変換素子と、
    前記波長変換素子と前記ダイクロイック素子との間に配置された第一コリメータ素子と、
    前記第二励起光源と前記ダイクロイック素子との間に配置された第二コリメータ素子とを含み、
    前記第一励起光束と前記第二励起光束が同じ色であり、
    前記第二励起光束が前記ダイクロイック素子を経由して前記第一励起光源へ伝送され、
    前記光均一化素子は前記波長変換光束の伝送経路上に配置され、前記ダイクロイック素子を経由して伝送されてきた前記波長変換光束を受け、
    前記ライトバルブは前記波長変換光束の伝送経路上に配置され、前記光均一化素子を経由して伝送されてきた前記波長変換光束を受けて、かつ映像光束に変換し、
    前記投影レンズは前記映像光束の伝送経路上に配置され、前記映像光束を投影することを特徴とする投影装置。
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