JP6258309B2 - 蛍光体配列部とレーザーを備えた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つのレーザーと、この少なくとも１つのレーザーのレーザービームで照射される少なくとも１つの蛍光体配列部とを備えた照明装置に関する。さらに、本発明は、上記照明装置の駆動方法に関する。

本発明は特に、例えば映画およびビデオ用のプロジェクターのような映写装置、工業および医療における画像認識、技術および医療分野における内視鏡、エンターテインメント産業での照明装置、医療的な光照射、および車両分野、特に自動車のヘッドライトに応用可能である。

例えば内視鏡ならびに現在はガス放電ランプが最も多く使用されている映写機器などの様々な分野において、大光束で高輝度の光源が使用されている。プロジェクターまたは内視鏡などの照明利用では、基本的に既知のＬＡＲＰ（Ｌａｓｅｒ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ）技術に基づいて、１つの蛍光体がこれとは遠隔して設置された１つのレーザーで励起される。この場合、蛍光体に当ったレーザービームは、この蛍光体により波長変換によって、波長変換された利用光に少なくとも部分的に変換される。以下においてはレーザービームという用語は、紫外線（ＵＶ）、または、赤外線（ＩＲ）などの不可視のレーザービームも、例えば、青紫色、青色、赤色などの可視のレーザービームも含む。１つの適切な蛍光体または１つの蛍光体混合物が、不可視のまたは可視のレーザービームを、対応した電磁放射、すなわち、光に変換する。ここでは、「色」は１つの具体的な光色、例えば、原色の１つである赤、緑、青、黄など、または、２つ以上の原色からなる１つの混合色を示すが、以下において「色」蛍光体という用語は、適切なレーザービームによる励起によって、これを対応する「色」に変換する１つの蛍光体を表わす。すなわち、ここで意図しているのは光の色であって、物体の色ではない。すなわち、赤色蛍光体は、適切なレーザービーム、例えば約４６０ｎｍの発光波長を有する青色レーザーダイオードの青色レーザービームを光色「赤」を有する光（赤色光）に変換し、緑色蛍光体はこのレーザービームを光色「緑」を有する光（緑色光）に変換する、などである。本発明は、重畳された光のための、現在実際によく使用されている、可視領域に限定されるものではない。

特にビデオ映写用には、レーザー出力を時間平均においてより大きな面積に分布させ、これによって蛍光体の劣化を低減すべく、赤、緑、青のプロジェクターカラーチャネル（場合によっては他のカラーチャネル、例えば、黄色も）に対応する複数の蛍光体が通常は１つの回転輪上に被着されている。さらに、これら複数の蛍光体が１つの冷却体上に被着された静的な蛍光体配列部も知られている。いずれにしても１つの蛍光体により波長変換された光が１つの光学機器、例えば、反射器、集光レンズまたは全反射光学機器（ＴＩＲ：Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；例えば、円錐形ガラスロッド）により集光され、さらにそれぞれの応用に使用される。

その欠点は、赤色蛍光体を単位面積当り高密度のレーザービーム（例えば、１０〜５０Ｗ／ｍｍ^２）で照射した場合に、黄色および緑色蛍光体と比べて、赤色蛍光体の変換効率が低いことである。このことから、特に赤色光に対してはＬＡＲＰ技術で達成可能な光束と輝度の限界がある。

本発明の課題は、少なくとも１つの光色のための改善された光束とより高い輝度とを有する、ＬＡＲＰ技術に基づく照明装置を提供することにある。

この課題は、以下の照明装置により解決される。すなわち、この照明装置は、少なくとも１つの蛍光体領域を備えた１つの蛍光体配列部と、前記蛍光体領域の少なくとも一部をその都度、第１レーザービームで照射するための少なくとも１つの第１レーザーと、第２の光色を有する第２レーザービームを放射するために設けられた、少なくとも１つの第２レーザーとを、少なくとも有し、前記少なくとも１つの蛍光体領域が、前記第１レーザービームで照射可能な少なくとも１つの蛍光体を有し、この蛍光体が第１レーザービームを第１光色を有する着色光に少なくとも部分的に波長変換して再び放射し、前記第２レーザービームの第２光色が、波長変換された着色光の前記第１光色と同じ色であり、本照明装置は、前記第２レーザービームと、前記少なくとも１つの蛍光体から放射された波長変換された同一色の着色光とが、同時に放射されるように構成されている。

特に有利な構成が従属請求項に記載されている。

さらに、本発明による装置の駆動に関する課題は、請求項１３の特徴を備えた方法により解決される。

前記少なくとも１つのレーザーは、特に、少なくとも１つの半導体レーザー、特にダイオードレーザーまたはレーザーダイオードを含む。これらのレーザーダイオードは複数のグループにおいて容易に一緒に、例えば、スタック（レーザースタック）またはマトリックスとして、駆動することもできる。

前記蛍光体領域は特に、１つまたは複数の蛍光体を有する１つの蛍光体層を有することができる。この蛍光体領域の蛍光体層は、前記少なくとも１つの蛍光体の厚さおよび／または濃度に関して、波長変換された１つの要素も的確に調整可能なように、的確に調整可能とすることができる。特に、蛍光体濃度を十分に高くし、および／または、十分な厚さにすることによって、放射された第１レーザービームはほぼ完全に波長変換される。これは特に、少なくとも約９５％、特には少なくとも約９８％、特には少なくとも約９９％の変換率に相当する。

この波長変換は、例えばルミネセンス、特に、フォトルミセンスまたは放射線ルミネセンス、特に燐光発光および／または蛍光発光に基づいて行うことができる。

しかし、前記蛍光体領域は、入射する第２レーザービームに対する拡散器として（のみ）役立つこともできる。したがって、この蛍光体領域から蛍光変換されずに拡散的に散乱される第２レーザービームのスペクトルは変化しない。

前記少なくとも１つの蛍光体領域を励起するために、すなわち、１つの光色を有する着色光への蛍光変換のために、前記少なくとも１つの第１レーザービームの他に、１つまたは、互いに異なるスペクトルを有する複数の他のレーザービームを使用することもできる。例えば、第１蛍光体（例えば、赤色蛍光体）を第１レーザースペクトルを有するレーザービーム（例えば、青色レーザービーム）で照射し、第２蛍光体（例えば、青色蛍光体）を第２レーザースペクトルを有するレーザービーム（例えば、青紫色または紫外線レーザービーム）で照射することが有利である。同様に、変換されなかったレーザービームによる重畳にとって、前記少なくとも１つの第２レーザービームに加えて、１つまたは、互いに異なるスペクトルであるが、その都度、１つの蛍光体により変換された着色光と同じ光色を有する複数の他のレーザービームを備えることが有利である。

「同一の光色」あるいは「同一色の光」あるいはこれと同様な表現は、本発明においては次のように理解される。すなわち、第２レーザービームの主波長が、同時に重畳された（第１レーザービームの蛍光変換によって）波長変換された光の主波長と量的に、好ましくは２０％、さらに好ましくは１５％、さらに好ましくは１０％、さらに好ましくは５％以上は異ならない。単光色の光（着色光）の主波長は、ＣＩＥ色度図（標準色度図）において、白色点からその着色光の求められた色座標を通って延長された直線と、ＣＩＥ色度図の最も近い縁のスペクトル軌跡との交点として定義されている。

本発明の基本的な考えは、蛍光変換を用いる既知の方法で発生され使用された蛍光体に対応する光色を有する広帯域着色光に、それと同一の光色を有する狭帯域のレーザービームを同時に重畳することによって、高輝度においても、ＬＡＲＰ技術に基づく照明装置の利用光の１つの着色光要素の光束を増大することにある。変換された着色光を、これと同一光色のレーザービームに同時に重畳することによってのみ、それぞれの光色に対して、特にプロジェクターへの利用に必要な大光束と高輝度とが得られる。すなわち、簡単に云えば、例えば赤色蛍光体から発生された広帯域の赤色光が狭帯域の赤色レーザービームに同時に重畳され、これによって、本発明による光学的特性を有する重畳された赤色光（Ｒ）が得られる。１つの赤色蛍光体により発生された広帯域の赤色光に、２つ以上の異なるレーザービーム波長、例えば６３８ｎｍと６７０ｎｍのレーザービーム波長を有する狭帯域の赤色レーザービームを重畳することも有利である。このコンセプトは、原理的に他の光色、例えば、緑色（Ｇ）、黄色（Ｙ）または青色（Ｂ）にも適している。しかし、これは他の色に対しては、現在利用可能な蛍光体とレーザーダイオード波長では、赤色光に対するほどの効率は（まだ）得られていない。

本発明による重畳された着色光を１つまたは複数の他の着色光要素と適切に混合することにより、この照明装置のそれぞれの利用に適した総合色座標を有する混合光を調節することができる。必要に応じて、これらの他の色要素も同様に、蛍光変換からの１つの光色を同一色のレーザービームと重畳することにより発生することができる。

特にプロジェクターへの応用に対しては、画像生成ユニットの個々のカラーチャネルについて、対応する複数の着色光要素、例えば、１つの色空間（色域）に広がっている、主波長が一定の波長範囲にある基本色である、赤色、黄色、緑色、青色が必要である。

例えばビデオプロジェクターの赤色チャネルに対しては、主波長が約６００から６２０ｎｍの範囲の赤色光が必要である。本発明者は、これに対して、レーザービームで励起された１つの赤色蛍光体により発生された広帯域の赤色光と、例えばビーム波長が約６３８ｎｍの赤色レーザーダイオードからの狭帯域の赤色レーザービームとの同時重畳が適していることを見つけた。ＬＡＲＰ技術により発生された変換光と、同色のレーザービームとの同時重畳によってのみ、結果として得られる着色光に対して大光束と共に高輝度を得ることが可能である。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、その面積が大きいので、求めている高輝度には通常は適さない。以下に示す表に、幾つかの重要な知見が纏められている。ここでは、それぞれの赤色蛍光体ＲＬが１つの青色レーザーダイオードにより、面積出力密度１０Ｗ／ｍｍ^２で照射された。赤色レーザーダイオードＬＤのビーム波長は約６３８ｎｍである。

第１行と第４行の比較から分かるように、同一の光出力（１Ｗ）で同一の主波長（約６００ｎｍ）の時に、赤色レーザーダイオードＬＤを追加すると（光出力の２５％）、追加しない場合に比べて約１０％大きい光束が得られた。主波長を一定に保つために、赤色レーザーダイオードなしの番号１の構成では基準蛍光体Ｌ０が使用され、赤色レーザーダイオードありの場合にはこれに相応に適合した蛍光体Ｌ１が使用された。代案として、同じ蛍光体Ｌ０と追加された赤色レーザーダイオードＬＤの場合には、より長い主波長（６００．２ｎｍではなく６０４．７ｎｍ）が得られた（第１行と第３行を参照されたい）。

第１行と第５行の比較から分かるように、同一の主波長（約６００ｎｍ）の時に、赤色レーザーダイオードＬＤから３３％の光出力を追加すると、ほぼ５０％大きい光束が得られる。これらの結果から、赤色蛍光体へのポンピングレーザービームが相応に高い面積出力密度を有する場合には、赤色蛍光体の最大の変換が得られている、という赤色のカラーチャネルにおける光束を増大する能力があることが分かった。すなわち、ポンピングレーザー出力を増大させても、これに対応する蛍光変換だけでは着色光の光束を大きくすることはできないことが分かった。

これに関して重要なことは、蛍光体で変換された着色光と、これと同色のレーザービームとが同時に発生され、ないし、重畳されることである。こうすることによってのみ、当該のカラーチャネルにおける光束の増大が可能である。

蛍光変換による広帯域光と、同色のレーザービームの同時発生と引き続いての重畳についての詳細については以降の実施例を参照されたい。本発明による照明装置について記載された構成の可能性、特徴および利点は、適用可能な限りにおいて、本発明による方法にも適用される。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
回転可能な蛍光体回転輪を有する第１実施形態による照明装置 図１の照明装置の蛍光体回転輪の可能な１実施形態の平面図 回転可能な蛍光体回転輪を有する第２実施形態による照明装置 図３に示した照明装置の代案 静的蛍光体配列部を有する他の実施形態による照明装置 図１の照明装置の蛍光体回転輪の蛍光体セグメントの時間経過 図１の照明装置の青色レーザービームの時間経過 図１の照明装置の赤色レーザービームの時間経過

異なる実施例における同一の符号が、以下において、同一の、または、同様な特徴を示している。

図１は１つの蛍光体回転輪２を有する照明装置１の側面断面の模式図であり、この蛍光体回転輪は、湾曲した矢印で示したように、回転軸Ｗの周りに回転可能である。図２はこの蛍光体回転輪２の可能な１実施形態の平面図である。この照明装置１は例えば、赤（ｒ）、緑（ｇ）および青（ｂ）のカラーチャネルを有する１つの画像生成ユニットを備えたビデオプロジェクターへの利用に適している。

蛍光体回転輪２は３つの発光領域３１、３２および３３を有し、これらは隣接したリングセグメントとして、回転軸Ｗと同心の１つのリングの上に形成されている。照明装置１はさらに、３つの発光領域３１〜３３を照射するための第１レーザー５と、発光領域３１（Ｒ）だけをその都度、照射するための第２レーザー６とを有し、両方のレーザーは蛍光体回転輪２の上面Ｏを照射する。第１レーザー５は紫外線レーザービーム、または、少なくとも青紫色のレーザービームを放射し、第２レーザー６は赤色レーザービームｂを放射する。両方のレーザー５、６のそれぞれのレーザービームｂ、ｒは１つの光学機器７を介して蛍光体回転輪２の上面Ｏにある１つの共通の照射ゾーンに集められ、赤色蛍光体セグメントＲが存在している間、そこに共通のレーザー照射スポットＬを形成し、その下で蛍光体回転輪２が回転する。

発光領域３１から３３はここでは第１蛍光体層Ｒ，第２蛍光体層Ｇおよび第３蛍光体層Ｂで覆われており、これらは、第１レーザー５の青紫色のレーザービームｂを、例えば９５％以上の高変換効率で、順次、赤色光（赤色蛍光体）、緑色光（緑色蛍光体）ないし青色光（青色蛍光体）に、「ダウンコンバージョン」（ｄｏｗｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）により変換する。この赤、緑ないし青の光は次に、それぞれ蛍光体回転輪２の照射された上面Ｏの上方の半空間に散乱される。すなわち、発光領域３１と３３は、第１の（青紫色の）レーザー５のレーザービームに対して異なった蛍光体領域Ｒ、Ｇ、Ｂの役割を果たす。したがって、発光領域３１から３３により形成された完全な同心リング上を照射するために、第１の（青紫色の）レーザー５は連続駆動される。

これに対して第２の（赤色の）レーザー６はクロック駆動されるのが好ましい。すなわち、このレーザーは、発光領域３１、つまり、赤色蛍光体を有する蛍光体層ＲがレーザービームスポットＬ（ｒ、ｂ）の下を回転して通過する間、赤色のレーザービームだけを放射する。このためには、赤色レーザー６の駆動を蛍光体回転輪に対応して同期させるのが有利である（見やすくするために図示していない）。換言すれば、蛍光体層Ｒは、青紫色のレーザービームｂを有する第１レーザー５ならびに赤色レーザービームｒを有する第２レーザー６により同時に照射される、すなわち、この赤色のレーザービームスポットは、赤色蛍光体セグメントＲの期間中は、青色レーザービームスポットを覆い、共通のレーザービームスポットＬ（ｒ、ｂ）を形成する。青紫色レーザービームｂが赤色蛍光体により赤色光に変換されるのに対し、赤色レーザービームｒは僅かな吸収損失だけで赤色蛍光体により散乱される。変換されずに散乱された赤色レーザービームと波長変換された赤色光との同時の組み合わせにより、赤のカラーチャネルに対するより大きな光束が得られる。蛍光体回転輪２と青紫色レーザービームｂならびに赤色レーザービームｒとの時間的な同期が図６ａ−ｃに模式的に示されている。図６ａには、レーザービームスポットＬの下を通過して回転している蛍光体回転輪２の蛍光体セグメントＲ（赤色蛍光体）、Ｇ（緑色蛍光体）およびＢ（青色蛍光体）の時間的経過が示されている。図６ｂは、この例では赤色蛍光体セグメントＲの開始時点から始まる、青紫色レーザービームｂの時間的に一定な、ゼロよりも大きい連続波出力Ｉ_ｂを示している。次に図６ｃは、赤色レーザービームｒのクロック的な時間経過を示し、そのレーザー出力Ｉ_ｂは蛍光体セグメントＲがレーザー照射スポットＬの下を通過して回転している期間のみ、ゼロより大きい。図１に示された照明装置１の駆動方法は、図６ａ−ｃを参照して以下のように要約できる。
・蛍光体回転輪２を回転する。
・青紫色レーザー５を連続駆動する。
・回転している蛍光体回転輪２上に青紫色レーザービームｂが１つのレーザー照射スポットＬを形成するように、蛍光体回転輪２を青紫色レーザー５の青紫色レーザービームｂで照射し、これによって、蛍光体セグメントＲ、Ｇ，Ｂが順次、繰り返して青紫色レーザービームｂで照射される。
・赤色レーザー６をクロック駆動する。
・赤色レーザー６のオン位相中に赤色レーザービームｒが、回転している蛍光体回転輪２上の青紫色レーザービームｂと同じ箇所に１つのレーザービームスポットＬを形成するように、蛍光体回転輪２を赤色レーザー６の赤色レーザービームｒで照射する。
・赤色レーザービームｒが赤色蛍光体セグメントＲを照射するように、赤色レーザー６のオン位相を蛍光体回転輪２に同期させる。

蛍光体回転輪２の同一箇所を青紫色レーザービームｂならびに赤色レーザービームｒで照射する一方で、赤色レーザー６のオン位相を回転している赤色蛍光体セグメントＲに時間的に同期させることによって、照射された青紫色レーザービームｂの赤色蛍光体セグメントＲによる蛍光変換（すなわち、広帯域赤色光の発生）と、照射された赤色の（狭帯域の）レーザービームｒの非変換散乱とが同時に生じる。

代案として、赤色レーザー６が青紫色レーザー５のように連続駆動されると、回転している赤色蛍光体セグメントＲへの赤色レーザーのオン位相の同期は失われる。しかし、赤色レーザー６のエネルギー効率の観点からは、一般的にはクロック駆動が望ましい。いずれにせよ決定的に重要なことは、変換された（広帯域の）赤色光と非変換の（狭帯域の）赤色レーザービームの少なくとも１つの時間的な重畳が達成されることである。

前述した方法は原理的には他の色についても同様に機能し、特に、緑色蛍光変換と緑色レーザービームの組み合わせ、および、青色蛍光変換と青色レーザービームの組み合わせにも機能する。

蛍光体回転輪２には、ここでは楕円形の半殻形状の反射器８が光学的に後方に設置されている。反射器８は、両方のレーザー５、６で照射される領域すなわちレーザービームスポットＬを含む蛍光体回転輪２の照射面の一部を覆っており、したがって、上部の半空間ＯＨに位置している。反射器８には１つの開口４が設けられており、この開口を通って両方のレーザー５、６のレーザービームがこの反射器８の内部に入射し、そこで発光領域３１から３３を照射することができる。蛍光体回転輪２は部分的に反射器８の外部に配置されており、これによって、回転軸Ｗの駆動機の位置決めと蛍光体回転輪２の冷却が容易になる。

反射器８の焦点Ｆは、両方のレーザー５、６のレーザービームにより生じた、蛍光体回転輪２、ないし、発光領域３１から３３の上の発光面すなわちレーザービームスポットＬの内部あるいはその近傍に在る。

反射器８の第２焦点Ｆ´には１つのフィルター回転輪９が配置され、これは赤色蛍光体および緑色蛍光体の照射と同期して、変換されなかった青色レーザービームを遮蔽し、これによって、赤色ないし緑色のカラーチャネルの色純度を向上させる。反射器８のフィルター回転輪９ないし第２焦点Ｆ´のすぐ後方に１つの光結合器１０、例えば、円錐形の全反射（ＴＩＲ＝Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ）光学機器が配置され、これが前述した利用光の複数の色要素を集光し、次なる応用、例えば冒頭に述べたようなビデオプロジェクターの画像生成ユニットに利用される。

反射器８から光結合器１０を介して放射された（赤色蛍光体で変換されずに後方散乱された赤色レーザービームを含む）光は、十分な高速度により実行され光が連続する場合、例えば、蛍光体回転輪２が毎秒２５回転以上で回転する場合には、赤、緑および青の色要素を有する１つの混合光として利用される。

（図示されていない）代案では、第１レーザーに（青紫色レーザービームまたは紫外線レーザービームの替わりに）青色レーザービームを放射するレーザーが使用される場合には、青色蛍光体を省くことができる。この場合には、この照明装置の利用光の青色要素として青色レーザービームを直接利用することができる。このために、発光領域は、１つの反射基板に被着された青色光を散乱する材料を有し、この材料が、第１レーザーの青色レーザービームを波長変換することなく上部半空間ＯＨに散乱する。緑色ないし赤色蛍光体の機能の仕方についても、ここで上述したことが当てはまる。

図示されていない代案において、両レーザーはレーザーダイオードマトリックスとして形成されている。このレーザーダイオードマトリックスは、それぞれが１Ｗのレーザービーム出力を有する４×５個のレーザーダイオードで構成されている。合計２０個のレーザーダイオードのうち、１６個は青色の、４個は赤色のレーザービームを放出するレーザーダイオードとして構成されている。青色蛍光体を使用する場合には、発光波長が約４０５ｎｍの青紫色のレーザーダイオードが考慮対象になり、青色蛍光体なしの代案には発光波長が約４６０ｎｍのレーザーダイオードが適している。赤色レーザーダイオードとしては発光波長が約６３８ｎｍのものが適している。赤色と青色の複数のレーザーダイオードは混在して配置してもよいし、空間的にグループ化して、すなわち、例えば、内側が複数の赤色レーザーダイオードで外側が複数の青色レーザーダイオードの、あるいはこれとは逆の平面的な色パターンの形で、配置してもよい。特に、このレーザーダイオードマトリックスのレーザービームは１つのいわゆる全反射形階段状鏡を用いてレーザーダイオードマトリックスの光軸に対して９０°反射され、この場合、２０のレーザービームの平面分布は１軸または相互に直角な２軸に圧縮され、次いで１つの凸レンズにより蛍光体回転輪に焦点があてられる。この圧縮により、圧縮がない場合よりも小さい直径の凸レンズを使用することができる。

蛍光体としては例えば以下のものが考慮対象となる。
赤色蛍光体（Ｒ）：ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ
緑色蛍光体（Ｇ）：ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_０．９６Ｃｅ_０．０４）_３Ａｌ_３．７５Ｇａ_１．２５Ｏ_１２
青色蛍光体（Ｂ）：ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋

さらに、その他の数多くの適切な蛍光体を本発明に使用することができる。用途に応じて、上述した、すなわち、赤、緑および青と同様な変換スペクトルを有する蛍光体、あるいは、異なる変換スペクトルを有する蛍光体が考慮対象になる。

図３は、本発明による他の照明装置１０１を模式的に示したものであり、この照明装置は赤、緑および青のカラーチャネルを有している。照明装置１とは異なり、ここでは、変換されない赤色レーザービームが、変換された赤色光への重畳のために、独立したビーム経路で供給される。すなわち、蛍光体回転輪１０２の複数の蛍光体領域１３１はここでは、変換された赤色と緑色の光を発生すべく、第１レーザー１０５の青色レーザービームによってのみ照射される。このために、蛍光体回転輪１０２は赤色蛍光体を有する１つのセクターと緑色蛍光体を有する１つのセクターとを有する。青色光を反射する１つのダイクロイックミラー１１が青色レーザービームを蛍光体回転輪１０２上へ導く。両方の蛍光体セクターのどちらが将に青色レーザー照射スポットの下を通過して回転しているかによって、赤色蛍光体または緑色蛍光体により後方へ散乱された、変換された赤色または緑色の光は、１つのコリメーターレンズ１２によって集められ、赤色ないし緑色の光を透過するダイクロイックミラー１１を通過し、１つの集束レンズ１３を介して１つの光結合器１１０、例えば円錐形の全反射ロッドに導かれる。蛍光体回転輪１０２は青色カラーチャネル用に、赤色および緑色の蛍光体セクターの他に、１つのスリット１５を備えた１つのセクターを有する。このスリットセクター１５がダイクロイックミラー１１の一方の側から来る青色レーザービームを横切って動く時には常に、この青色レーザービームはこのスリットを通過することができ、３つの反射ミラー１６〜１８を通ってダイクロイックミラー１１の反対側に向けて帰還反射される。この青色レーザービームはダイクロイックミラー１１から集束レンズ１３を介して最終的に光結合器１１０の入口開口に集束される。これに加えて、独立したビーム経路で、赤色レーザーダイオード１０６の赤色レーザービームが１つのコリメーターレンズ１４と集束レンズ１３とを介して光結合器１１０の入口開口に投射され、そこで、変換された赤色光に同時に重畳される。このようにして、赤色カラーチャネルのために高輝度下で光束が強められる。この同時重畳のために、青色レーザー１０５は連続駆動される。これとは異なり、第２レーザー１０６はクロック駆動される。つまり、第２レーザー１０６は、発光領域３１すなわち赤色蛍光体を有する蛍光体層ＲがレーザービームスポットＬの下を通り過ぎて回転する間、つまり、変換された赤色光が発生し、光結合器１１０に導かれる位相においてのみ、レーザービームを放射する。この点で、照明装置１０１を駆動するための方法における時間的な制御と同期は、既述した照明装置１を駆動するための方法と一致している（図１と６を参照されたい）。

図４は本発明による他の照明装置２０１の模式図であり、この照明装置は図３に示した照明装置１０１の代案である。ここでは、赤色と青色のレーザービームが１つの共通のレーザーダイオードマトリックス１９を用いて発生される。このために、このレーザーダイオードマトリックス１９は４×４個の青色レーザーダイオード２０５と４個の赤色レーザーダイオード２０６を有する。４個の赤色レーザーダイオード２０６は、正方形状に広がっている１６個の青色レーザーダイオード２０５の外側に、その赤色レーザービームが赤色光を反射するダイクロイックミラー２１１の外側を妨げられずに通過できるように配置されている。こうしてこの赤色レーザービームはレンズ１２を介して蛍光体回転輪１０２に達する。この場合、これらの赤色レーザーダイオード２０６は、赤色レーザービームが蛍光体領域１３１の赤色蛍光体のみに当り、ごく僅かに吸収されるだけでほぼ完全にそこから後方散乱されるように、クロック制御される。後方散乱された赤色レーザービームはレンズ１２により、赤色光を反射するダイクロイックミラー２１１に集束され、このダイクロイックミラーにより集光レンズ１３を介して光結合器１１０に導かれる。これとは異なり、複数の青色レーザーダイオード２０５からの青色レーザービームはダイクロイックミラー２１１を通過し、レンズ１２により蛍光体回転輪１０２に集束される。蛍光体回転輪１０２が完全に１回転する間に、青色レーザービームは、赤色蛍光体に当って赤色光に変換され、緑色蛍光体に当って緑色光に変換され、または、スリットセクターに当って変換されずに蛍光体回転輪１０２を通過する。蛍光体回転輪１０２をスリット１５を通って通過する青色レーザービームは、３つの反射鏡を介して、赤色光を反射するダイクロイックミラー２１１を透過して、集光レンズ１３を介して光結合器１１０に導かれる。蛍光変換され、蛍光体回転輪の対応する蛍光体から後方散乱された両方の色要素、赤と緑はレンズ１２によりダイクロイックミラー２１１に集束され、そこから集光レンズ１３を介して光結合器１１０に導かれる。赤色蛍光体で変換された赤色光と、変換されなかった赤色レーザービームとを光結合器１１０で同時に重畳するために、これらの赤色レーザーダイオード２０６は、赤色レーザービームが青色レーザービームと同時に同一の赤色蛍光体に当り、そこにおいて、変換されて、あるいは変換されずに後方散乱されるように、クロック駆動される。このようにして、赤色カラーチャネル用に光結合器の出口において、高輝度下でより大きい光束の赤色光が得られる。他のカラーチャネルに対する要求が生じた場合には、蛍光体回転輪１０２にセクター形状の、例えば、付加的な黄色カラーチャネル用の黄色蛍光体を有するもう１つの蛍光体領域を設けることができる。

図５は、本発明による他の照明装置３０１の模式図である。ここでは、静的な蛍光体配列部が使用されており、すなわち、蛍光体回転輪はない。異なるカラーチャネル用の複数の蛍光体が、支持体としての中実な冷却体２０の上に、それぞれが赤色、緑色および青色蛍光体の３つの隣接した帯状の部分（図示されていない）を有する正方形の蛍光体層２１の形状で配置されている。１６個の紫外線（ＵＶ）レーザーダイオード（図示されていない）を有する第１レーザーマトリックス２２が紫外線レーザービームを放射し、このレーザービームは、紫外線を反射するダイクロイックミラー３１１、レンズ２３および全反射光学機器２４を通って蛍光体層２１に当る。全反射光学機器２４の役目は、１つには、紫外線レーザービームを多数回の内部反射により空間的に均一化し、３つの帯状蛍光体を有する蛍光体層２１を均等に照射することにある。他の役目は、紫外線レーザービームのこれらの蛍光体により後方散乱された、ないし、拡散反射された部分、および、波長変換された部分を集光することにある。この目的のために、全反射光学機器２４は実質的に、円形断面を有する１つの石英ガラスロッドでできている。全反射光学機器２４で集められた、変換された、赤、緑および青の色要素はレンズ２３により集束され、ダイクロイックミラー３１１を透過し、集光レンズ１３により光結合器１１０に供給される。赤、緑および青の変換された色要素のこのビーム経路と平行に、赤色レーザーマトリックス２５の４個の赤色レーザーダイオードで発生された赤色レーザービームが、集光レンズ１３を通って光結合器１１０に供給される。赤色レーザーマトリックスとＵＶレーザーマトリックスは、両者とも連続波駆動またはクロック駆動することができるが、クロック駆動の場合には、赤色蛍光体により変換された赤色光が変換されていない赤色レーザービームと光結合器１１０において同時に重畳されるようにするために、同期してクロック駆動される。この方法で、光結合器の出口において、赤のカラーチャネル用の、高輝度で、且つ、同時重畳がない場合よりも大光束の赤色光が得られる。

１ 照明装置
２ 蛍光体回転輪
４ 開口部
５ 第１レーザー
６ 第２レーザー
７ 光学機器
８ 反射体
９ フィルター回転輪
１０ 光結合器
３１ 蛍光体領域
Ｌ レーザー照射スポット

Claims (12)

1. ・少なくとも１つの蛍光体領域（３１〜３３）及びスリット（１５）を備えた１つの蛍光体回転輪（１０２）と、
   ・前記蛍光体領域（３１〜３３）の少なくとも一部を第１レーザービームで照射するための複数の第１レーザー（１０５、２０５）と、第２光色を有する第２レーザービームを放射するために設けられた複数の第２レーザー（１０６、２０６）とを、備えたレーザーダイオードマトリックスとを、
   少なくとも有する照明装置（１０１、２０１）であって、
   ・前記少なくとも１つの蛍光体領域（３１〜３３）は、前記第１レーザービームで照射可能な、且つ、この第１レーザービームを第１光色を有する着色光に少なくとも部分的に波長変換して再び放射する、少なくとも１つの蛍光体を有し、
   ・前記第１レーザービームが、前記スリット（１５）を通過可能であり、
   ・前記第２レーザービームの第２光色が、波長変換された着色光の前記第１光色と同じ色であり、
   ・前記第２レーザービームと、前記少なくとも１つの蛍光体から放射された波長変換された同一色の着色光とが、同時に放射されるように構成されている、照明装置。
2. 前記第２レーザービームと、前記少なくとも１つの蛍光体から放射された波長変換された同一色の着色光とを重畳するための１つの光学機器（１１０）を有する請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学機器が、１つの光結合器（１１０）を含む請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光結合器が、全反射形ロッドである請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第１レーザービームと前記第２レーザービームのスペクトルが異なっている請求項１〜４の１つに記載の照明装置。
6. 前記少なくとも１つの第２レーザー（１０６、２０６）のレーザービームが、赤色レーザービームを含む請求項１〜５の１つに記載の照明装置。
7. 前記少なくとも１つの第１レーザー（１０５、２０５）のレーザービームが、青色レーザービームおよび／または青紫色および／または紫外線レーザービームを含む請求項１〜６の１つに記載の照明装置。
8. 前記少なくとも１つの第２レーザーから放射された前記第２レーザービームが、２つ以上のレーザービーム波長を有する、請求項１〜７の１つに記載の照明装置。
9. 請求項１〜８の１つに記載の照明装置の駆動方法であって、
   前記少なくとも１つの第２レーザー（１０６、２０６）のレーザービームが、前記少なくとも１つの第１レーザー（１０５、２０５）のレーザービームによる前記少なくとも１つの蛍光体の放射と、少なくとも時間的に同時に放射される方法。
10. 前記少なくとも１つの第１レーザー（１０５、２０５）と前記少なくとも１つの第２レーザー（１０６、２０６）同時に連続駆動される、請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの第２レーザー（１０６、２０６）のレーザー放射が、周期的に繰り返される蛍光体変換の位相に時間的にオーバーラップしてクロック駆動される、請求項９に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つの蛍光体から放射された波長変換された着色光と、これと同色の第２レーザービームとが、同時に前記光結合器（１１０）に供給される、請求項３または４を引用する請求項９、または請求項３または４を引用する請求項９を引用する請求項１０または１１に記載の方法。
    

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