本発明により解決される技術的課題は、コストを低減して効率を向上させる投影システムおよび発光デバイスを提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明は、発光デバイスであって、励起光を生成する励起光源と、前記励起光の少なくとも一部を変換光に変換する波長変換層を有する波長変換デバイスであって、前記変換光が広帯域光であるか、または前記変換光が、前記波長変換層により変換されなかった励起光の一部と混合されて、広帯域光を形成するものである、波長変換デバイスと、前記波長変換層に対して前記励起光を相対的に移動させることを可能にする駆動デバイスと、前記広帯域光を、異なる経路を伝播する少なくとも2の単色光に分割する光分割デバイスとを備える発光デバイスである。
ここで、前記広帯域光は、白色光または黄色光である。
前記励起光は、紫外線または近紫外線励起光であり、前記波長変換層が、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、黄色蛍光材料および青色蛍光材料からなる群から選択される少なくとも2の材料を含む。
前記励起光は、紫外線または近紫外線励起光であり、前記波長変換層が、黄色蛍光材料または緑色蛍光材料を含む。
前記励起光は、青色励起光であり、前記波長変換層が、赤色蛍光材料および緑色蛍光材料を含む。
前記変換光は、赤色変換光および緑色変換光を含み、前記赤色変換光および緑色変換光が、前記波長変換層により吸収されなかった前記青色励起光の一部と混合されて、前記広帯域光が形成される。
前記変換光は、赤色変換光および緑色変換光を含み、それらが混合されて、前記広帯域光が形成される。
前記励起光は、青色励起光であり、前記波長変換層が、黄色蛍光材料を含む。
前記変換光は、前記広帯域光である黄色変換光を含む。
前記変換光は、黄色変換光を含み、前記黄色変換光が、前記波長変換層により吸収されなかった前記青色励起光の一部と混合されて、前記広帯域光が形成される。
前記波長変換デバイスは、ベースボードも含み、前記波長変換層が、少なくとも2の波長変換材料を含み、それら波長変換材料が、それぞれの層として形成されて、前記ベースボード上に積層状態で配置される。
前記波長変換層は、第1変換光を発する第1波長変換材料と、第2変換光を発する第2波長変換材料とを含み、前記第1変換光のピーク波長が前記第2変換光のピーク波長よりも長く、前記第1波長変換材料と前記第2波長変換材料が、前記ベースボード上に積層状態で配置される。
少なくとも2の単色光は、赤色光、緑色光および青色光からなる群から選択される少なくとも2の光を含む。
前記少なくとも2の単色光のうちの1つは、前記波長変換層により吸収されなかった励起光の一部である。
前記波長変換層は、予め設定された経路に沿って前記励起光が前記波長変換層を励起することを可能にするものであり、前記波長変換層の波長変換材料が、前記予め設定された経路に沿って均質である。
前記波長変換層から生成された変換光の強度およびスペクトルは、前記予め設定された経路に沿って均質である。
前記励起光源から発せられる励起光は、時間において安定している。
前記駆動デバイスは、前記波長変換デバイスを駆動して回転軸の周りを周期的に回転させ、それにより、前記励起光が、前記回転軸と同心の円形経路に沿って、前記波長変換層を周期的に励起させる。
前記駆動デバイスは、前記波長変換デバイスを駆動して直線的に振動させ、それにより、前記励起光が、直線経路に沿って、前記波長変換層を繰り返し励起させる。
前記波長変換デバイスは、ベースボードをさらに含み、前記波長変換層が、前記ベースボードとの間に空隙を設けた状態で、前記ベースボードの上に配置されている。
前記波長変換デバイスは、干渉フィルタ層をさらに含み、前記干渉フィルタ層が、前記励起光が入射する前記波長変換層の面上に配置され、前記干渉フィルタ層が、前記励起光を透過して前記変換光を反射する。
前記波長変換デバイスは、反射層をさらに含み、前記反射層が、前記励起光と反対側の前記波長変換層の面上に配置され、前記発光デバイスが、反射カップおよび集光デバイスをさらに含み、前記反射カップの反射面が前記反射層を向き、前記反射層が、前記広帯域光を前記反射カップに反射した後、前記反射カップが、前記広帯域光を前記集光デバイスの入口に収束させ、前記集光デバイスが、前記広帯域光を前記光分割デバイスに導く。
前記反射カップは、開口部を含み、この開口部を通って、前記励起光が前記波長変換層上に入射する。
前記反射カップは、半球状に形成され、前記励起光が入射する前記波長変換層の位置と、前記集光デバイスの入口位置とが、前記半球の中心に対して、対称である。
前記反射カップは、半楕円体状に形成され、前記励起光が入射する前記波長変換層の位置と、前記集光デバイスの入口位置とがそれぞれ、前記半楕円体の2つの焦点である。
前記光分割デバイスは、少なくとも1の干渉フィルタを含み、この干渉フィルタが、前記広帯域光のスペクトル範囲のある部分を透過して、前記広帯域光のスペクトル範囲の別の部分を反射する。
前記発光デバイスは、単色光を生成する補助的光源をさらに備える。
前記発光デバイスは、ダイクロイックミラーをさらに備え、このダイクロイックミラーが、前記広帯域光と、前記補助的光源により生成される単色光のうちの一方を透過して、他方を反射し、それら透過光および反射光を前記光分割デバイスに導く。
前記補助的光源により生成される単色光は、赤色光または青色光である。
上述した課題を解決するために、本発明の別の技術的スキームは、上述した発光デバイスの何れか一つを含む投影システムであって、前記単色光が原色光であり、当該投影システムがさらに、前記光分割デバイスから発せられた対応する原色光をそれぞれ変調する少なくとも2の光変調デバイスと、前記光変調デバイスにより変調された少なくとも2の原色光を結合させる光結合デバイスとを備えることを特徴とするものである。
本発明の利点には、本発明の投影システムおよび発光デバイスは、従来技術とは異なり、たった一つの光源を使用して、異なる色彩の少なくとも2の原色光を生成することができ、その結果、光源の数とコストがともに低減されることが含まれる。また、広帯域光が、波長分割により分割されて異なる色彩の少なくとも2の原色光を生成することから、不要な光であるとしてあるスペクトル範囲の蛍光を廃棄することにより生じる従来のパワー損失を防止して、効率を向上させることができる。
図6を参照すると、図6は、本発明の投影システムの一実施形態の概略図である。図6に示すように、本実施形態の投影システムは、主に、広帯域光源61、光分割デバイス62、光変調デバイス63,64,65、光結合デバイス66および投影デバイス67を含む。
広帯域光源61は、広帯域光を生成し、この広帯域光は、異なる経路に沿って異なる色彩の少なくとも2の単色光を出力するために、光分割デバイス62により分割される。本実施形態において、単色光を原色光とすることができるが、当然のことながら、その他の実施形態では、光が特定のスペクトル幅を有していても、その他の波長の単色光とすることもできる。
本実施形態では、広帯域光は白色光であり、光分割デバイス62は、白色光を、異なる色彩の三原色である、赤色光、緑色光および青色光に分割する。当然のことながら、関連分野の当業者であれば分かるように、光分割デバイス62を利用することにより、広域光源61により生成される広帯域光は、その他の異なる色彩の少なくとも2の原色光に分割することができ、本発明は特定の色彩に限定されるものではない。
赤色光は、さらに光変調デバイス63に入射し、それによりイメージ変調され、緑色光は、光変調デバイス64に入射し、それによりイメージ変調され、青色光は、光変調デバイス65に入射し、それによりイメージ変調される。光変調デバイス63,64,65により変調された、赤色光、緑色光および青色光は、さらに光結合デバイス66に入射して当該デバイスにより結合され、その後、投影デバイス67により投影される。
本発明では、異なる色彩の少なくとも2の原色光を生成するために、一つの光源のみが使用され、その結果、光源数およびコストがともに低減される。さらに、光分割により広帯域光を分割して異なる色彩の少なくとも2の原色光を生成することにより、無駄な光として蛍光の幾つかの帯域幅をフィルタリングすることにより生じる従来技術の出力損失を防止することができ、効率を改善することができる。
本発明の投影システムにおけるデバイスの実施形態については、図面を参照しながら以下に詳述する。
図7−8を参照すると、図7は、本発明の投影システムの広帯域光源の一実施形態の概略図であり、図8は、図7に示す広帯域光源の蛍光デバイスの正面図である。図7に示すように、広帯域光源は、励起光源71、波長変換デバイス72および駆動デバイス73を含む。励起光源71は、励起光を生成する。波長変換デバイス72は、ベースボード721と、このベースボード721上に配置された波長変換層722とを含む。駆動デバイス73は、蛍光デバイス72を駆動するとともに、予め設定された経路に沿って波長変換層722を励起光が励起することを可能にする。本実施形態では、駆動デバイス73が、回転軸731を有する回転モータであり、このモータが、波長変換デバイス72を駆動して、回転軸731周りに周期的に回転させ、その結果、励起光が、回転軸731と同心の円形の経路に沿って、周期的に波長変換層722を励起させる。また、波長変換デバイス72は、励起光が入射する波長変換層722の面上に配置された干渉フィルタ層724も含み、この干渉フィルタ層は、励起光源71により生成された励起光を伝達して、波長変換層722から生成された変換光を反射するために使用され、それにより、波長変換デバイス72の変換光の出力効率が高められる。好ましくは、干渉フィルタ層724は、波長変換層722と接触している。さらに、波長変換層722の変換効率を改善するために、好ましくはベースボード721と波長変換層722の間に空隙723が設けられる。図8に示すように、本実施形態では、波長変換層722の大きさを低減するために、波長変換層が、回転軸731に対して回転対称であるリング形状となっている。好ましい実施形態では、波長変換層722における波長変換材料が、リング形構造全体に亘って均一に分布している。
波長変換材料は、特定の波長の入射光を吸収するとともに、励起されて入射光とは異なる波長を有する出力光を発するために使用される。波長変換材料は、蛍光体粉末、蛍光染料、量子ドット等を含む数多くのカテゴリを含むが、蛍光体粉末が最も一般的に使用される。蛍光体粉末を例にとると、この場合、波長変換層722が蛍光層722と呼ばれる。蛍光層722を形成する方法は数多く存在するが、その一つは、蛍光体粉末と接着材料とを混合して、印刷または押出形成により層状構造を形成するというものである。接着材料は、シリコーンまたはエポキシ樹脂のような有機接着材料とすることができ、また、ナノ構造アルミナ粒子のような無機接着材料とすることもできる。
本実施形態では、蛍光層722が少なくとも1種類の蛍光材料を含み、蛍光層の蛍光材料が、励起光の励起経路(予め設定された経路)に沿って均一なものとなっている。ここで、均一とは、薬剤、成分量および厚さ等のようなパラメータが均一であることを意味しており、その結果、蛍光層722は、励起光下で,同じ蛍光を連続的に生成することができる。例えば、励起光が青色の励起光であるときは、蛍光層722を、赤色蛍光材料と緑色蛍光材料または黄色蛍光材料との混合物とすることができる。この場合、赤色蛍光材料が、青色励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料が、青色励起光を緑色蛍光に変換する。蛍光層722により変換されなかった残りの青色励起光と、赤色蛍光および緑色蛍光は、白色光領域である色座標(0.311,0.328)を有する図9に示すような広帯域光を一緒に形成する。
また、励起光が青色の励起光であるときは、蛍光層722を、青色励起光を黄色蛍光に変換する黄色蛍光材料とすることができ、蛍光層722により変換されなかった残りの青色の励起光と、黄色蛍光が、図9に示すように、広帯域光を形成する。さらに、励起光は、紫外線または近紫外線励起光とすることもできる。この場合、蛍光層722は、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料および青色蛍光材料を含むことができる。
本実施形態では、赤色蛍光材料が紫外線または近紫外線励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料が紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光に変換し、青色蛍光材料が紫外線または近紫外線励起光を青色蛍光に変換する。赤色蛍光、緑色蛍光および青色蛍光の混合光は、広帯域光を形成することもできる。
図8に示す波長変換層722が少なくとも2の波長変換材料を含む場合には、波長変換材料のすべてが、均一に混合されて、波長変換デバイスのベースボード721上に設けられる。波長変換層の複数の波長変換材料は、それぞれの層として形成して、ベースボード721上に積み重ねて配置することもできる。波長変換材料は、変換される光のピーク波長よりも短い波長の光を吸収する傾向があることから、その他の波長変換材料の吸収により生じる変換光損失を低減するために、より長いピーク変換波長の波長変換材料が、より短いピーク変換波長の波長変換材料よりもベースボードに接近して配置されることが好ましい。より具体的には、波長変換層は、第1変換光と第2変換光をそれぞれ発する第1波長変換材料と第2波長変換材料をそれぞれ含むことができ、第1変換光のピーク波長が、第2変換光のそれよりも長くなっている。第1波長変換材料は、ベースボード721上に設けられ、第2波長変換材料は、第1波長変換材料上に設けられている。例えば、波長変換層は、赤色蛍光材料と緑色蛍光材料とを含む。赤色蛍光材料のピーク波長は、緑色蛍光材料のそれよりも長いため、緑色蛍光材料は、赤色光を吸収する傾向はなく、赤色蛍光材料は、緑色光を吸収する傾向がある。このため、赤色蛍光材料がベースボード721上に設けられ、緑色蛍光材料が赤色蛍光材料上に設けられ、その結果、赤色光の殆どは緑色蛍光材料によって吸収されることはなく、光損失が低減される。
当然のことながら、蛍光層722により生成される蛍光によって、あるいは蛍光と蛍光層722により変換されない残りの励起光との混合によって、必要な広帯域光が形成される限りにおいては、本実施形態の励起光としてその他の色彩の励起光を使用し得ることが、関連技術の当業者には分かるであろう。また、数多くの蛍光材料は、2種類のみを含むこともできる。本発明では、広帯域光とは、赤色、青色、緑色のうちの少なくとも二つのように、三原色のうちの少なくとも二つに及ぶスペクトラムの光、すなわち、波長分割により赤色、青色、緑色のうちの少なくとも二つの色彩に波長を分割することによって分割可能な光を指している。図10−11を参照すると、図10Aおよび10Bは、本発明の投影システムの光分割デバイスの好ましい二つの実施形態の概略図であり、図11は、図10Aまたは10Bに示す光分割デバイスの干渉フィルタの透過曲線を示している。図10Aに示すように、本発明の投影システムの光分割デバイスの好ましい実施形態は、第1干渉フィルタ81および第2干渉フィルタ82を含む。第1干渉フィルタ81および第2干渉フィルタ82は、互いに垂直となるように設定され、広帯域光が第1干渉フィルタ81および第2干渉フィルタ82上に45度の入射角度で入射する。図11に示すように、第1干渉フィルタ81は、曲線900として示される透過曲線を有する低域通過フィルタであり、赤色光を反射して、緑色光および青色光を透過する。第2干渉フィルタ82は、曲線902として示される透過曲線を有する高域通過フィルタであり、青色光を反射して、赤色光および緑色光を透過する。このため、第1干渉フィルタ81および第2干渉フィルタ82の後は、広帯域光が、図12に示すようなスペクトラムを有する赤色光、緑色光および青色光に分割される。図9と図12との比較によって分かるように、光分割デバイスの全出力光パワーの損失は、広帯域光のパワーに対して小さく、約4%に過ぎない。多くの種類の光分割デバイスが従来より良く知られているが、本発明は、特定の種類に限定されるものではない。
図10Bは、本発明の投影システムの光分割デバイスの別の実施形態の概略図であり、第2干渉フィルタ84の透過曲線が曲線902として示されるとともに、第1干渉フィルタ83の透過曲線が曲線900として示されている。図10Aと同じ原理により、この構造においても、広帯域光を赤色光、緑色光および青色光に分けることができる。実際に、図11に透過曲線が示される二つの干渉フィルタは、それら干渉フィルタの波長依存透過曲線を使用して透過または反射により異なる波長の光を異なる光路に分割するために、数多くの方法で空間的に配置させることができる。広帯域光を異なる色の2つの光ビームに分けることのみが必要とされる場合には、干渉フィルタが一つのみ必要とされる。
図13−14を参照すると、図13は、本発明の投影システムの広帯域光源の別の実施形態の概略図であり、図14は、図13に示す広帯域光源の蛍光デバイスの正面図である。広帯域光源は、励起光源91、蛍光デバイス92および駆動デバイス93を含む。励起光源91は、励起光を生成する。蛍光デバイス92は、ベースボード921と、このベースボード921上に配置される蛍光層922とを含む。本実施形態において、駆動デバイス93は、直線移動デバイスであり、このデバイスは、蛍光デバイス92を駆動して、方向D1に沿って直線的に振動させ、それにより、励起光が直線経路に沿って蛍光層922を繰り返し励起させることを可能にする。図14に示すように、本実施形態では、蛍光層922が、蛍光デバイス92の運動方向D1と平行な長手方向を有する帯状とされている。好ましくは、蛍光層922の変換効率を改善するために、ベースボード921と蛍光層922との間に空隙が存在する。
実際に、本発明は、励起光が波長変換層に対して相対的に動く限りは、予め設定された経路に沿って励起光が波長変換層を励起させることを可能にするために、駆動デバイスを必要とはしない。また、波長変換デバイスを駆動する他に、駆動デバイスは、予め設定された経路に沿って励起光源が波長変換層を励起させることを可能にするために、励起光源、または励起光源と波長変換デバイスとの間の光学部品を駆動することもできる。図15Aおよび15Bは、二つの例示的な配列を示している。図15Aおよび15Bを参照すると、図15Aは、本発明の投影システムの広帯域光源の代替的な実施形態の概略図であり、図15Bは、本発明の投影システムの広帯域光源の別の代替的な実施形態の概略図である。
図15Aにおいて、励起光源301は、励起光303を放射し、この励起光は、凸面レンズ302を通って、蛍光デバイス300に入射する。凸面レンズ302は、駆動デバイス(この図には現れない)に連結され、駆動デバイスは、凸面レンズ302を駆動して方向D2に沿って直線的に振動させる。凸面レンズが3つの位置302A,302B,302Cに移動すると、励起光303は、異なる出力経路を有する3つの光線304A,304B,304Cとしてそれぞれ屈折した後、蛍光デバイス上の3つの位置305A,305B,305Cに入射する。凸面レンズが302Bと302Cの間で連続的に振動する場合、蛍光デバイスの励起経路は305Bおよび305Cを接続する線分である。
図15Bにおいて、励起光源311は、励起光313を放射し、この励起光は、反射ミラー312により反射された後に、蛍光デバイス310に入射する。反射ミラー312は、駆動デバイス(この図には現れない)に接続され、この駆動デバイスは、反射ミラー312を駆動して方向D3に沿って直線的に振動させる。反射ミラーが3つの角度312A,312B,312Cに回転すると、励起光313は、異なる出力経路を有する3つの光線314A,314B,314Cとしてそれぞれ屈折する。
同様に、図15Aおよび15Bに記載の方法は、図7に示す本発明の広帯域光源の好ましい実施形態に使用することができ、すなわち、図7の波長変換デバイス72を静止状態に保ち、図15Aまたは15Bにおける励起光の入射角度を変化させる原理に基づいて、傾斜した中心軸周りに凸面レンズ302または反射ミラー312を回転させ、そにより、励起光が、回転軸731と同心の円形経路に沿って波長変換層72を周期的に励起する。
また、予め設定された経路に沿って励起光が蛍光層を励起させるという目的を達成するために、波長変換デバイスのような光学部品を静止状態に保ち、励起光源のみを所定の角度範囲内で回転または振動させるように形成することができる。あるいは、励起光、波長変換デバイス、およびそれらの間の光学部品の中で、何れか2またはそれ以上の構成要素を協働的な方法で一緒に動かすことにより、同じ目的を達成することができる。ここでは更に詳細な説明を省略する。
図16を参照すると、図16は、本発明の投影システムの広帯域光源の代替的な実施形態の概略図である。本実施形態の広帯域光源は、励起光源101、蛍光デバイス102および駆動デバイス103を含む。励起光源101は、励起光を生成する。蛍光デバイス102は、ベースボード1021と、このベースボード1021上に配置された蛍光層1022とを含む。本実施形態の広帯域光源はさらに、集光デバイス104を含み、この集光デバイスは、蛍光デバイス102の蛍光層1022から放射された蛍光、または蛍光と未変換励起光を収集して、それら光を光分割デバイス(図16には現れない)に導く。
図17を参照すると、図17は、本発明の投影システムの広帯域光源の代替的な実施形態の概略図である。本実施形態の広帯域光源は、励起光源111、蛍光デバイス112、駆動デバイス113、集光デバイス114および反射カップ115を含む。
励起光源111は、励起光を生成し、この励起光は、反射カップ115の頂部に配置される開口部1151を通って蛍光デバイス112の蛍光層1122上に入射する。蛍光デバイス112は、ベースボード1121と、このベースボード1121上に配置された蛍光層1122とを含み、また、反射層1123も含む。反射層1123は、励起光と反対側の蛍光層1122の面に配置され、本実施形態では、蛍光層1122とベースボード1121の間に配置されている。関連分野における当業者であれば分かるように、励起光路における蛍光層1122の後段のその他の位置に反射層1123を配置させることもできる。反射層1123は、蛍光層1122から放たれた蛍光を反射するか、あるいは蛍光層1122によって変換されなかった励起光および蛍光を反射する。反射カップ115は、半楕円体または半球状に形成されて、反射面が内側を向く。反射カップ115は、蛍光、または蛍光層1122によって変換されなかった励起光および蛍光を、集光デバイス114の入口に集束させ、集光デバイスは、その光を光分割デバイス(図には現れない)に導く。
反射カップ115が半球状である場合、励起光が入射する蛍光デバイス112の位置と、集光デバイス114の入口位置とは、半球の中心に対して対称となる。反射カップが半楕円体形状である場合には、励起光が入射する蛍光デバイス112の位置と、集光デバイス114の入口位置とが、それぞれ半楕円体の2つの焦点となる。
本実施形態では、反射層1123がベースボード1121の表面上に付着または電界析出されるとともに、波長変換材料が、接着材料と混合されて混合物を形成し、その混合物が、反射層の表面に直接コートされて蛍光層を形成する。
図18を参照すると、図18は、本発明の投影システムの広帯域光源の代替的な実施形態の概略図である。図18に示すように、本実施形態の広帯域光源は、励起光源901、蛍光デバイス903、収集レンズ904、ダイクロイックミラー905、第1光源906、集束レンズ907および光均一化デバイス908を含む。励起光源901は、紫外線または近紫外線励起光を生成し、蛍光デバイス903の蛍光層は、赤色蛍光材料および緑色蛍光材料を含み、第1光源が青色光を放射する。赤色蛍光材料は、紫外線または近紫外線励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料は、紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光に変換する。赤色蛍光は緑色蛍光と合わされて広帯域光を生成し、それは、収集レンズ904により集められて、ダイクロイックミラー905の第1面からダイクロイックミラー上に導かれる。第1光源から放射された青色光は、ダイクロイックミラー905の第2面からダイクロイックミラー905上に導かれる。ダイクロイックミラー905は、広帯域光と青色光を結合させて光ビームにするために、広帯域光を透過して、第1光源906から放射された青色光を反射する。結合された広帯域光および青色光は、集束レンズ907により光均一化デバイス908に集束されて、均一化され、その後、均一化された光は、光分割デバイス(図には現れない)上に導かれ、光分割デバイスが、均一化された光を、異なる伝播経路を有する少なくとも2の原色光に分割する。
本実施形態では、第1光源は、青色光を与えるために直接的に使用される。本実施形態の蛍光層は青色蛍光材料も含むことができ、紫外線または近紫外線励起光により励起される青色蛍光材料から生成される青色光が十分ではない場合には、第1光源906は、追加の青色光を放射するために使用され得ることが分かる。また、本実施形態における励起光源901は、青色励起光を放射することもでき、赤色蛍光材料は、青色励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料は、青色励起光を緑色蛍光に変換し、赤色蛍光、緑色蛍光、および波長変換層により変換されなかった青色励起光は、混合されて広帯域光を生じる。広帯域光における青色励起光が十分ではない場合には、追加の青色光を放射するために第1光源906を使用することができる。
本実施形態では、第1光源906が、広帯域光の青色要素を直接提供または補足するために使用される。また、その他の原色光も、光源により直接的または補助的な方法で提供され得ることが分かる。例えば、本実施形態における蛍光層が、緑色蛍光材料および青色蛍光材料を含むことができ、それら緑色蛍光材料および青色蛍光材料が紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光および青色蛍光にそれぞれ変換し、その場合に、赤色光を発する第2光源を使用して赤色光を提供することができ、その赤色光が、緑色蛍光および青色蛍光と結合されて、ダイクロイックミラーを通る1のビームを形成することができる。
本実施形態では、補助的な光源(第1光源906のような)により発せられた光が、ダイクロイックミラー905を通る波長変換層からの広帯域光と結合されて、その結合された光が、光分割デバイスによって少なくとも2の原色に分割される。ダイクロイックミラー905は省略することが可能であり、その場合、波長変換層から発せられる広帯域光が光分割デバイスによって少なくとも2の原色に直接分割されて、その少なくとも2の原色と、補助的な光源から発せられた光とが、3つの光変調ユニット内にそれぞれ直接導かれることが分かる。
図19を参照すると、図19は、本発明の投影システムの広帯域光源の代替的な実施形態の概略図である。図19に示すように、本実施形態の広帯域光源は、励起光源1001、蛍光デバイス1003、集光デバイス1004、反射カップ1002、収集レンズ1005、ダイクロイックミラー1007、第1光源1006、集束レンズ1009および光均一化デバイス1008を含む。
励起光源1001は、紫外線または近紫外線励起光を生じ、この励起光は、反射カップ1002の頂部に配置された開口部1151を通って、蛍光デバイス1003の蛍光層1122上に入射する。蛍光デバイス1003は、図17に示す実施形態の波長変換デバイスと同じ構造を有し、ベースボード(図には現れない)およびその上に配置される蛍光層に加えて、反射層(図には現れない)も含む。蛍光デバイス1003の蛍光層は、赤色蛍光材料および緑色蛍光材料を含む。赤色蛍光材料は、紫外線または近紫外線励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料は、紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光に変換する。赤色蛍光は緑色蛍光と合わされて広帯域光を形成する。反射層は、励起光と反対側の蛍光層の面上に配置され、広帯域光を反射する。反射カップ1002は、半楕円体または半球状に形成されて、反射面が内側を向く。反射カップ1002は、反射層によって反射された広帯域光を集光デバイス1004の入口に集束させ、集光デバイスは、その光を収集レンズ1005に導く。
広帯域光は、収集レンズ1005により収集されて、ダイクロイックミラー1007の第1面からダイクロイックミラー上に導かれ、第1光源1006から放射された青色光は、ダイクロイックミラー1007の第2面からダイクロイックミラー1007上に導かれる。ダイクロイックミラー1007は、広帯域光を透過して、第1光源1006から放射された青色光を反射し、それにより、広帯域光と青色光を結合させて一つのビームを形成する。結合された広帯域光および青色光は、集束レンズ1009により光均一化デバイス1008に集束されて、均一化される。
本実施形態では、第1光源1006は、青色光を与えるために直接的に使用される。本実施形態の蛍光層は青色蛍光材料も含むことができ、紫外線または近紫外線励起光により励起される青色蛍光材料から生成される青色光が十分ではない場合には、第1光源1006は、追加の青色光を放射するために使用され得ることが分かる。また、本実施形態における励起光源1001は、青色励起光を放射することもでき、赤色蛍光材料は、青色励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料は、青色励起光を緑色蛍光に変換し、赤色蛍光、緑色蛍光、および波長変換層により変換されなかった青色励起光は、混合されて広帯域光を生じる。広帯域光における青色励起光が十分ではない場合には、追加の青色光を放射するために第1光源1006を使用することができる。
本実施形態では、第1光源1006が、広帯域光の青色要素を直接提供または補足するために使用される。また、その他の原色光も、光源により直接的または補助的な方法で提供され得ることが分かる。例えば、本実施形態における蛍光層が、緑色蛍光材料および青色蛍光材料を含むことができ、それら緑色蛍光材料および青色蛍光材料が紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光および青色蛍光にそれぞれ変換し、その場合に、赤色光を発する第2光源を使用して赤色光を提供することができ、その赤色光が、緑色蛍光および青色蛍光と結合されて、ダイクロイックミラーを通る1のビームを形成することができる。
図20を参照すると、図20は、本発明の投影システムの広帯域光源の代替的な実施形態の概略図である。図20に示すように、本実施形態の広帯域光源は、励起光源1101、蛍光デバイス1102、収集レンズ1106、ダイクロイックミラー1104、第1光源1109、集束レンズ1107および光均一化デバイス1108を含む。励起光源1101は、紫外線または近紫外線励起光を生じ、蛍光デバイス1102の蛍光層は、赤色蛍光材料および緑色蛍光材料を含み、また、反射層(図には現れない)も含み、この反射層は、紫外線または近紫外線励起光と反対側の蛍光層の面上に配置される。第1光源1109は青色光を発する。
励起光源1101から発せられた紫外線または近紫外線励起光は、ダイクロイックミラー1104の第1面からダイクロイックミラー上に導かれた後、それに反射されて、収集レンズ1106により収集されて蛍光層上に入射する。蛍光層の赤色蛍光材料は、紫外線または近紫外線励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料は、紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光に変換する。赤色蛍光は緑色蛍光と混合されて、広帯域光を生じ、この広帯域光は、反射層によりダイクロイックミラー1104の第1面に戻るように反射される。第1光源1109から放射された青色光は、ダイクロイックミラー1004の第2面からダイクロイックミラー1104上に導かれ、ダイクロイックミラー1104は、広帯域光を透過して、第1光源1109から放射された青色光を反射し、それにより、広帯域光と青色光を結合させて一つのビームを形成する。結合された広帯域光および青色光は、集束レンズ1107により光均一化デバイス1108に集束されて、均一化される。
本実施形態では、第1光源1109は、青色光を与えるために直接的に使用される。本実施形態の蛍光層は青色蛍光材料も含むことができ、紫外線または近紫外線励起光により励起される青色蛍光材料から生成される青色光が十分ではない場合には、第1光源1109は、追加の青色光を放射するために使用され得ることが分かる。また、本実施形態における励起光源1101は、青色励起光を放射することもでき、赤色蛍光材料は、青色励起光を赤色蛍光に変換し、緑色蛍光材料は、青色励起光を緑色蛍光に変換し、赤色蛍光、緑色蛍光、および波長変換層により変換されなかった青色励起光は、混合されて広帯域光を生じる。広帯域光における青色励起光が十分ではない場合には、追加の青色光を放射するために第1光源1109を使用することができる。
本実施形態では、第1光源1109が、広帯域光の青色要素を直接提供または補足するために使用される。また、その他の原色光も、光源により直接的または補助的な方法で提供され得ることが分かる。例えば、本実施形態における蛍光層が、緑色蛍光材料および青色蛍光材料を含むことができ、それら緑色蛍光材料および青色蛍光材料が紫外線または近紫外線励起光を緑色蛍光および青色蛍光にそれぞれ変換し、その場合に、赤色光を発する第2光源を使用して赤色光を提供することができ、その赤色光が、緑色蛍光および青色蛍光と結合されて、ダイクロイックミラーを通る1のビームを形成することができる。
本実施形態では、第1光源1109は、補助的な光源として使用されている。その他の実施形態では、補助的な光源から発せられた光も、光分割デバイスからの原色光とともに、光変調ユニットに導くことができる。当然のことながら、その他の実施形態において、ダイクロイックミラーおよびその他のレンズを省略することもでき、その場合、補助的光源が、光分割デバイスから到来する原色光の一つを直接的に提供する。
上記説明から、従来技術においては、複数のカラー蛍光体が回転ベースボード上に被覆されて、複数の単色光のカラー光シーケンスを生成することが分かるが、これは、複数のカラー光が時間領域において分割されることを意味している。この場合、良好な単色を得るためには、ある程度の光パワーが失われてしまいそれを使用することができなかった。本発明の実施形態では、単色光が時間領域では分割されず、すなわち、それらは、少なくとも1の時間間隔において同時に放射されるものであり、よって、各単色光に対して、良好な色純度を達成するために使用されることのない光パワーは、別の同時に放射されるカラー光の一部として使用することができる。その結果、光効率は、単色光シーケンスにより得られるそれと比べて高くなる。
本発明では、単色光の相対的な輝度が広帯域光のスペクトルにより決定される。このため、一定のカラー出力を確保するためには、広帯域光のスペクトル形状および強度を時間において安定させるべきである。したがって、本発明の好ましい実施形態では、広帯域光を生成するために使用される波長変換デバイスの波長変換層は、材料特性および物理的特性が励起経路に沿って均一である。また、励起光源により生成される励起光も、時間において一定である。例えば、波長変換層から生成された変換光の強度およびスペクトルは、予め設定された経路に沿って均質とすべきである。当然のことながら、その他の実施形態では、厳しい要求が必要とされないこともある。
本発明の投影システムは、異なる色彩の少なくとも2の原色を生成するために1の光源しか用いていないため、光源の数およびコストの両方が低減される。さらに、異なる色彩の少なくとも2の原色を生成するために広帯域光が波長分割により分割されるため、不要な光であるとしてあるスペクトル範囲の蛍光を廃棄することにより生じる従来のパワー損失を防止して、効率を向上させることができる。
上記説明は、本発明の単なる実施形態であって、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の説明および図面に基づく、あるいはその他の関連する技術分野で直接的または間接的に使用される、すべての均等な構造またはプロセスは、同様に、本発明によって保護されるものである。