JP6811176B2 - レーザベースの照明システムおよび方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザベースの照明に関する。
レーザ（laser）は、特殊効果を生み出すための未来の光源であると考えられている。レーザは、現在、高輝度白色光を生成するために使用されており、蛍光体といった、光変換素子の上にレーザビームが集束される。このような光源は、ステージ照明、投影（projection）、および自動車用フロント照明システムといった、アプリケーションにおいて興味深いものである。
ビーム形状を調整することができる光源を製造することが望ましい多くのアプリケーションが存在している。一つの例は、自動車用ヘッドライトであり、例えば、主ビーム照明のため、および、ディップビーム（dipped beam）照明のために、異なるビーム方向と形状が必要とされる。方向の制御は、また、運転者が曲がっているときに、ビーム操縦（beam steering）を提供するために使用されてもよい。
レーザベースの自動車照明システムが提案されてきている。例えば、米国特許第8256941号は、レーザ出力を異なる蛍光体に対して光学的に切り替えることができ、それぞれが、異なる方向出力を与えることができるシステムの一部を形成しているシステム、を開示する。
本発明は、請求項によって定められるものである。
本発明の一つの態様に従って、レーザ照明システムが提供される。本システムは、
第１レーザ光源と、
第２レーザ光源と、
光変換素子と、
第１および第２レーザ光源からの出力を、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する前記光変換素子に対して方向付けるための光学素子と、を含み、
第１および第２レーザ光源は、波長変換された光が生成される前記光変換素子内での深さの範囲が、前記第１レーザ光源の出力による励起と前記第２レーザ光源の出力による励起とで異なるように、光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を生成する。
第１レーザ光源と、
第２レーザ光源と、
光変換素子と、
第１および第２レーザ光源からの出力を、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する前記光変換素子に対して方向付けるための光学素子と、を含み、
第１および第２レーザ光源は、波長変換された光が生成される前記光変換素子内での深さの範囲が、前記第１レーザ光源の出力による励起と前記第２レーザ光源の出力による励起とで異なるように、光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を生成する。
このシステムは、光変換器をポンプ（pump）するために２つの異なる波長を放射する少なくとも２つのレーザを使用する。光変換素子は、レーザ光を変換するものであり、そして、無機蛍光体といった発光材料を含んでいる。発光材料は、また、有機発光材料、及び／又は、量子ドットまたはロッド（quantum dot or rod）ベースの発光材料であってもよい。
レーザの波長および光変換器の吸収特性は、波長の入り込み深さ（penetration depth）が異なるように、選択される。このようにして、光変換素子からの発光領域の長さが調整され得る。異なる大きさの光出力を提供することによって、異なるビーム方向及び／又はサイズが、次に、生成され得る。
光学素子は、例えば、第１および第２レーザ光源からの出力を光変換素子の同じ位置に対して方向付けることができる。このようにして、両方のレーザ光源は、光変換素子の同じ初期深さ部分（depth part）について出力を生じさせるが、一方のレーザ光源は、より深い部分からも同様に光出力を生じさせる。光学素子は、例えば、ダイクロイックプリズム（dichroic prism）またはダイクロイッククロス（dichroic cross）である。別の実施例においては、単一のダイクロイックミラーが使用される。ダイクロイックミラーは、第１レーザ光源からの光を反射し、かつ、第２レーザ光源からの光を透過するものである。
本システムは、さらに、そこから波長変換された光が生成される深さの関数として、光変換素子からの出力光を整形する光出力素子、を含む。
２つのレーザ源の強度の比率を調整することによって、最終的な出射ビームの形状を調整することができる。
一つの例において、光出力素子は、光変換素子から離れた鏡面反射器を含んでいる。反射器の形状は、光変換素子のより大きな領域から放射されるときに、光変換素子のより小さな領域から放射されるときと比べて、全体的な出力ビームが異なる形状及び／又は方向を有するようにデザインされ得る。別の例において、光出力素子は、全内部反射（total internal reflection）を提供する材料のスラブ（slab）を含んでいる。
反射器は、光変換素子の第１深さ範囲に関連する第１部分と、光変換素子の隣接する第２深さ範囲に関連する異なる形状を有している第２部分とを含んでよい。従って、２つのレーザ源による照明から生じる所望の出力ビームプロファイルを創出するために、異なる形状の反射器部分が使用され得る。
別の例において、光出力素子は、回折素子、屈折素子、反射素子、散乱素子、または、波長変換素子を含む。
光変換素子については、また、様々な可能な適合が存在している。
最も単純な実施例においては、少なくとも一つのレーザ光源に対する吸収深さよりも大きい、照明方向における寸法を有している、光変換材料の均一なスラブを含んでいる。
別の例において、光変換素子は、深さの方向において不均一な吸収特性を有している。このことは、光変換素子に沿った異なる深さからの光出力の強度を変化させるために使用され得る。
別の例において、光変換素子は、第１および第２レーザ光源の光出力について同じ吸収特性を伴う第１部分、および、第１および第２レーザ光源の光出力について異なる吸収特性を有する第２部分を有する。
別の例において、光変換素子は、異なる光出力特性を伴う異なる部分を有する。
これらの異なるアプローチにより、異なる光出力効果を生成することができる。
光変換素子は、散乱粒子、粗い散乱外面、を含んでよい。
このように散乱を使用することにより、全内部反射が低減された光変換素子からの光の出力結合が助長される。
光変換素子は、光変換素子の長さに沿って変化する断面形状を有してよい。このことは、光変換素子に沿った異なる位置（すなわち、深さ）における光出力特性を調整するために使用され得る。
各レーザ光源は、一つまたはそれ以上のレーザダイオードを含んでよい。
第１および第２レーザ光源の出力強度を制御するために、望ましくは、コントローラが使用される。コントローラは、２つの異なる動作のモードとして、一方または他方のレーザ光源を動作させることができるが、動作させた両方のレーザ光源を用いる第３の動作のモードも、また、存在し得る。２つのレーザ光源の出力強度は、独立して制御可能であってよい。
コントローラに対してセンサ情報を提供するために、センサも、また、提供されてよい。このことは、出力ビーム形状の自動化された制御を提供するために使用され得る。例えば、自動的なヘッドライト操作、調光（dimming）、または、光操縦（light steering）である。
本発明はまた、上記に定められたレーザ照明システムを含んでいる自動車用フロント照明も提供する。
本発明の別の態様に従った他の例は、レーザ照明を生成するための方法を提供する。本方法は、
第１レーザ光源を作動するステップと、
第２レーザ光源を作動するステップと、
第１および第２レーザ光源からの出力を光変換素子へと方向付けるステップであり、光変換素子により、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する、ステップと、を含み、
第１および第２レーザ光源は、光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を生成し、
本方法は、光変換素子内のある深さの範囲から、波長変換された光を生成することを含み、深さの範囲は、第１レーザ光源の出力からの光と第２レーザ光源の出力からの光とで異なっており、かつ、
本方法は、さらに、光出力素子によって、波長変換された光が生成される深さの関数として、光変換素子からの出力光を整形するステップ、を含む。
第１レーザ光源を作動するステップと、
第２レーザ光源を作動するステップと、
第１および第２レーザ光源からの出力を光変換素子へと方向付けるステップであり、光変換素子により、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する、ステップと、を含み、
第１および第２レーザ光源は、光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を生成し、
本方法は、光変換素子内のある深さの範囲から、波長変換された光を生成することを含み、深さの範囲は、第１レーザ光源の出力からの光と第２レーザ光源の出力からの光とで異なっており、かつ、
本方法は、さらに、光出力素子によって、波長変換された光が生成される深さの関数として、光変換素子からの出力光を整形するステップ、を含む。
本発明は、２つのレーザ光源の使用について限定されるものではない。異なる発光波長を有している２つ以上のレーザ光源が存在し得る。
これから、添付の図面を参照して、詳細に、本発明の実施例が説明される。
図１は、本発明に従った照明システムの一部に係る一つの例を単純化された概略図で示している。
図２は、図１のシステムにおいて使用される光変換素子の吸収特性およびレーザ光源の発光特性を示している。
図３は、特定の蛍光体について波長に対する透過率のプロットを示している。
図４は、特定の蛍光体について波長に対する透過率のプロットを示している。
図５は、光出力素子の使用を一般的な形で示している。
図６は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図７は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図８は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図９は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１０は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１１は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１２は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１３は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１４は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１５は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１６は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１７は、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１８、本発明に従った照明システムの異なる例を示している。
図１９は、本発明の実施例に従った照明システムを利用できる自動車用照明アプリケーションを示している。
本発明は、第１レーザ光源、第２レーザ光源、および光変換素子、を有するレーザ照明システムを提供する。第１および第２レーザ光源からの出力は、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する光変換素子へと方向付けられる。第１および第２レーザ光源は、光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を発生し、それにより、波長変換された光が生成される光変換素子内での深さの範囲が異なっている。変換された出力におけるこの差は、ビーム操縦（beam steering）またはビーム整形（beam shaping）が実行され得るように、異なる光学効果を創出するために使用され得るものである。
図１は、本発明のアプローチを簡素化された模式的な形態において説明するために使用される。
図１（ａ）は、第１レーザ光源10、第２レーザ光源12、および光変換素子14に係る基本的なコンポーネントを示している。光学素子16は、第１および第２レーザ光源10、12の出力を光変換素子14へと方向付ける。光学素子16は、レーザ波長に係る光を光変換素子へと反射する一対のダイクロイックミラー（dichroic mirror）を含んでよい。
別のコンフィグレーションにおいては、単一のダイクロイック素子が使用され得る。このダイクロイック素子は、第１レーザ光源の光を反射し、かつ、第２レーザ光源の光を透過するように構成され得る。このコンフィグレーションにおいて、第１レーザ光源は、変換素子に関してゼロ（"0"）とは異なる角度で配置されており、一方で、第２レーザ光源は、光変換素子に関して対してゼロ度の角度で配置されている（図示なし）。
もちろん、２つ（またはそれ以上）のレーザ光源からの光出力を共有の光変換素子14に対して届けるために他のコンフィグレーションも可能である。第１および第２レーザ光源からの出力は、光変換素子の同じ（すなわち、完全にオーバーラップしている）位置に対して、または、少なくとも部分的にオーバーラップしている光変換素子の領域に対して向けることができる。
波長変換素子は、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する。光変換素子は、例えば、蛍光体（phosphor）といった発光材料を含んでいる。
第１および第２のレーザ光源10、12は、異なる波長であり、かつ、光変換素子の中で異なる吸収特性を有するレーザ光を生成する。その結果、第１レーザ光源の出力および第２レーザ光源の出力によって励起されたときに、そこから波長変換された光が生成される光変換素子の中での深さの範囲が異なっている。両方のレーザ光源は、光変換素子の同じ初期深さ部分（initial depth part）について出力を生じるが、一方のレーザ光源は、より深い部分からの光出力も、同様に生じる。
図１（ｂ）は、光変換素子14が第１レーザ光源10からの出力によって励起されたときの、波長変換された光出力18を示している。レーザ光は、光変換素子14の深さの中へ部分的にだけ入り込んでいる。
光変換素子14が、完全に透明であり、かつ、表面が非常に滑らかである（研磨されている）場合には、光の一部は横に放射され、かつ、光の一部は、変換要素を通る全内部反射（total internal reflection）を介してガイドされる。表面が粗く、または、光取り出し（light out-coupling）手段を含む場合には、光の大部分が、側面へ放出される。粗くされた表面は、広い光分布を結果として生じる。しかしながら、出力光が、出力方向に係る望ましい範囲に対して方向付けられることを確保するために、明確に定められた（well-defined）表面構造が使用され得る。このように、一般的に、いくらかのビーム拡がりを伴う光放射が存在するが、光出力は、図示されるように、一般的には、横方向（sideways direction）を有するように制御され得る。
図１（ｃ）は、光変換素子14が第２レーザ光源12からの出力によって励起されたときの、波長変換された光出力20を示している。レーザ光は、光変換素子14の深さの中へ完全に入り込んでおり、より大きな光出力エリアを与えている。
このようにして、波長の入り込み深さが異なるように、レーザ波長および光変換器の吸収特性が選択される。このようにして、どのレーザ光源を使用するかに基づいて、発光領域の長さを調整することができる。異なるサイズの光出力を提供することによって、異なるビーム方向、及び／又は、サイズを生成することができる。
図２は、光変換素子14の吸収特性Ａ（プロット22）、および、第１レーザ光源の発光特性Ｅ（プロット24）と第２レーザ光源の発光特性（プロット26）を示している。
図１において示される異なる発光領域は、異なる光学効果を生成するために使用することができる。
図３は、蛍光体（Y0.9+Gd0.1）（2.994）Ce（0.00006）Al（5）O（12）の波長に対する透過率のプロットを示している。３つの深さ（depth）に対する透過率（transmission）についてプロットが示されている。1.5cm、3cm、および6cmである。見て分かるように、約460nmの波長において、約6cmの深さまで完全な吸収がある。それにより、光は、より低い深さにおいてだけ蛍光体によって放射されるようにである。1.5cmの深さの後に既に30％だけの透過率がある。それにより、入射光の70％がこれによって吸収／変換されるようにである。約340nmのより短い波長においては、変換層の深さへのより大きな入り込みが存在する。それにより、浅い深さにおいては低減された強度出力が存在し、そして、光変換素子の全深さにわたりより均一な強度出力が得られるようにである。
図４は、蛍光体Lu（2.985）Ce（0.0005）Al（5）O（12）の波長に対する透過率のプロットを示している。それは、同様の特性を示している。
図５は、一般的な形態において、光出力素子30を示している。これは、そこから波長変換された光が生成される深さの関数として、光変換素子14からの出力光を整形するために使用されるものである。２つのレーザ源の強度の比率を調整することによって、次に、最終的な出射ビームの形状を調整することができる。光出力素子は、回折、屈折、光散乱、光反射または光変換の素子である。
図６は、第１実施例を示しており、そこで、光出力素子は、光変換素子14から離れて鏡面反射器40を含んでいる。反射器に加えて、他の光学要素があってよい。反射器40の形状は、光変換素子のより小さな領域から放射される場合と比較して、光変換素子のより広い領域から放射される場合に、全体的な出力ビームが異なる形状及び／又は方向を有するように、デザインすることができる。
横方向に放射された光について、鏡のベース付近（すなわち、光学素子16の近く）で放射された光から狭いビームを生成するため、そして、鏡の反対側の端部付近で放射された光からより広いビームを生成するために、放物面鏡が使用され得る。
図７は、第２実施例を示しており、そこで、光出力素子は、スラブ（slab）50を含んでおり、その材料は、スラブ50と周囲空気との間の外側境界において全内部反射を提供するものである。
図８は、第３実施例を示しており、そこで、光出力素子は、回折または屈折素子60を含んでいる。
屈折デザインは、例えば、ピラミッド形状構造体に基づいてよい。変換素子とピラミッド形状構造体との間の空隙（air gap）を用いて、光は、反射器に向かって平行にされ得る（collimated）。
回折格子（diffraction grating）が使用され得る。例えば、ドット（dots）または細長い造作の周期的な構造を伴う光学要素であり、複数の異なる方向に進むいくつかのビームへと光を分割し、かつ、回折するものである。
図９は、第４実施例を示しており、そこで、反射器が使用される場合に、光出力素子は、光変換素子14の第１深さ範囲に関連する第１部分70と、光変換素子14の隣接する第２深さ範囲に関連する異なる形状を有している第２部分72を含んでよい、ことを示している。このようにして、異なる形状の反射器部分70、72は、２つのレーザ光源による照明から生じる所望の出力ビームプロファイルを創出するために、使用され得る。例えば、第１反射器部分70は、（図１（ｂ）に示されるように）第１レーザ光源によって生じる励起光から、狭いビームを生成するように設計され、かつ、第２反射器部分72は、（図１（ｃ）に示されるように）第２レーザ光源によって生じる励起光から、より広いビームを生成するように設計され得る。
上記の全ての実施例において、照明システムは、２つの別個の動作モードを提供するように、一方のレーザ光源をオン、かつ、他方をオフにして制御され得る。しかしながら、両方のレーザ光源が、同時に、かつ、制御可能な強度を伴って、作動オンできるようにすることによって、より多くのモードが提供され得る。例えば、相対強度は、より自由に制御され得るものである。このようにして、狭いビーム部分の強度が、広いビーム部分の強度に関して制御され得る。
広いビームと狭いビームを提供する機能は一つの例に過ぎない。光学システムは、例えば自動車のフロント照明の制御のために、出力光を、異なる方向に、もしくは、異なる出力ビームの形状と方向を伴って、方向付けるように使用され得るものである。
光学的構成のデザインは、一方または他方のレーザ光源によって点灯される場合に、システムからの所望の光出力の形状および方向を創出するために使用される（そして、形状と方向は、両方のレーザ光源が点灯される場合には、２つの組み合せであろう）。
光変換素子のデザインは、所望の光出力に応じて選択されてもよい。
最も簡単な実施において、光変換素子は、光変換材料の均一なスラブを含み、レーザ光源のうち少なくとも一つに対する吸収深さよりも大きい、照明方向における寸法を有している。それにより、そのレーザ光源によって深さの一部だけが励起されるようにである。
図１０において模式的に示されるように、光変換素子14は、代わりに、深さ方向において不均一な吸収特性を有してよい。これは、光変換素子に沿った異なる深さからの光出力の強度を変動させるために使用され得るものである。
図１１は、別の実施例を示しており、そこで、光変換素子は、第１および第２レーザ光源の光出力について同じ吸収特性を伴う第１部分14a、および、第１および第２レーザ光源の光出力について異なる吸収特性を有する第２部分14bを有している。このようにして、どのレーザ光源が使用されるかにかかわらず、セクション14aから出力される光は同じであってよく、そして、第２セクション14bから出力される光だけが変化する。
図１２に示される別の実施例において、光変換素子は、異なる材料を使用することによって、異なる光出力特性を伴う異なる部分14c、14dを有している。異なる材料に係るこの使用は、例えば、色補正（color correction）のために使用されてよい。それにより、両方のビーム形状が同じ色温度または色点（color point）を有するように、もしくは、２つのビームが所望の異なる色温度または色点を有するようにである。
これらの異なるアプローチは、異なる光出力効果が生成されることを可能にする。
図１３は、光変換素子14が、粗い散乱外面（outer surface）80を有し得ることを示している。このように散乱を使用することは、低減された全内部反射を伴う光変換素子からの光の取り出し（out-coupling）を手助けする。
図１４に示されるように、散乱粒子82を使用して、同じ利点が達成され得る。これらの粒子は、好ましくは、変換要素の外側に適用されるが、代わりに内部粒子であってもよい。
各レーザ光源は、一つまたはそれ以上のレーザダイオードを含んでよい。
図１５は、２つのレーザダイオード10a、10bのスタックとしての第１レーザ光源を示しており、そして、２つのレーザダイオード12a、12bのスタックとしての第２レーザ光源を示している。
２つ以上のタイプのレーザダイオードが存在してもよい。図１６は、３つのタイプのレーザダイオード10、12、13を伴う一つの構成を示しており、それぞれが、異なる深さに対して光変換素子を励起する。
上述のように、出力ビームの形状及び／又は方向における変化を提供するように、２つのレーザダイオードの相対的な強度が制御される。制御は、どのレーザダイオードを作動オンするかを選択するのと同じくらいに単純であってよいが、代わりに、それぞれの強度を選択することを含んでよい。それにより、一方が所望の強度について作動オンされ、かつ、他方は作動オフされ得るか、もしくは、所望のそれぞれの強度について両方が作動オンされ得るようにである。
図１７に示されるように、第１および第２レーザ光源の出力強度を制御するためのコントローラ90が備えられ、照明システムが提供される。２つのレーザ光源の出力強度は、コントローラ90によって独立して制御可能である。
図１８は、コントローラ90に対してセンサ情報を提供するためのセンサ92が補足された図１７に係るシステムを示している。これは、出力ビームの形状に係る自動制御を提供するために使用され得る。例えば、自動ヘッドライト動作、調光、または光操縦、である。
一つの例として、本発明は、自動車のフロント照明システムに適用することができる。しかしながら、多くの他の可能なアプリケーションが存在している。オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、家庭用照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバーシステム、投影システム、自己点灯（self-lit）ディスプレイシステム、ピクセル表示システム、セグメント化ディスプレイシステム、警告サインシステム、健康管理／医療用照明アプリケーションシステム、インジケータ標識システム、装飾照明システム、ポータブルシステム、他の自動車用途、温室効果照明システム、または園芸照明、を含んでいるものである。
例として、図１９ａから１９ｃは、道路101を照らしている車両100を示している。図１９ａに示されるように、車両100のヘッドライトは、高速道路用光ビームパターン102（フルビーム）で道路101を照らすように構成されている。高速道路用光ビームパターン102は、望ましくは、比較的に高速で、道路101、例えば高速道路、に沿って車両100を用いて移動しているときに使用される。この場合、車両100のヘッドライトから放射される光の光軸は、道路101に対して本質的に平行である。
しかしながら、クロスカントリー環境の中へ移動しているときには、車両100のヘッドライトの光軸を道路101に向かって下方へ傾けることが望ましく、それによって、クロスカントリー照明ビームパターン103（すれ違いビーム（dipped beam））を獲得している。クロスカントリー照明ビームパターン103は、対向してくる車両を眩惑することを防止し、そして、望ましくは、中速で移動している時に使用されるものである。
図１９ｃにおいて、照明ビームパターン104は、街の照明条件に適合されてきている。車両100のヘッドライトの光軸は、さらに下方に傾けられており、そして、放射される光もまた広げられており、それによって街の照明ビームパターンを獲得している。街の照明ビームパターン104は、望ましくは、比較的低速で移動しているときに使用されるものである。街の照明ビームパターン104は、道路101の路肩の照度を増加させ、例えば、道路101の脇を移動している歩行者やサイクリストに関して交通の安全性を増加させている。
図１９ａから１９ｃに示される全ての異なる照明パターンは、光源と本発明に従った発光集光器（luminescent concentrator）ベースの光源を用いたランプユニットを含んでいる適応前面照明システム（AFS）を用いて達成することができる。
光変換素子は、発光材料に基づいている。発光材料は、例えば、無機リン光体、有機リン光体、または、量子ドット/ロッド（quantum dots/rods）を含んでよい。
例として、無機発光材料は、本質的に、以下のもの、または、それらの混合物を含むグループから選択された材料からなるものであり得る。
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）3（M＜IV＞1-ZM＜V＞z）5O12
ここで、M＜I＞は、Y、Lu、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Gd、La、Yb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、または、これらの混合物、を含むグループから選択され、M＜IV＞は、Alであり、M＜V＞は、Ga、Sc、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦1、0≦y≦0.1、0≦z≦1、である。もしくは、
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）2O3
ここで、M＜I＞は、Y、Lu、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Gd、La、Yb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦1、0≦y≦0.1である。もしくは、
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）S1-ZSez
ここで、M＜I＞は、Ca、Sr、Mg、Ba、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、K、Na、Li、Rb、Zn、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦0.01、0≦y≦0.05、0≦z≦1である。もしくは、
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）O
ここで、M＜I＞は、Ca、Sr、Mg、Ba、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、K、Na、Li、Rb、Zn、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である。もしくは、
（M＜I＞2-xM＜II＞xM＜III＞2）O7
ここで、M＜I＞は、La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm、またはこれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦1である。もしくは、
（M＜I＞1-xM＜II＞xM＜III＞1-xM＜IV＞y）O3
ここで、M＜I＞は、Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu、またはこれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、またはこれらの混合物、から選択され、M＜IV＞は、Al、Ga、Sc、Si、またはこれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である。
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）3（M＜IV＞1-ZM＜V＞z）5O12
ここで、M＜I＞は、Y、Lu、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Gd、La、Yb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、または、これらの混合物、を含むグループから選択され、M＜IV＞は、Alであり、M＜V＞は、Ga、Sc、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦1、0≦y≦0.1、0≦z≦1、である。もしくは、
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）2O3
ここで、M＜I＞は、Y、Lu、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Gd、La、Yb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Tb、Pr、Ce、Er、Nd、Eu、Bi、Sb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦1、0≦y≦0.1である。もしくは、
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）S1-ZSez
ここで、M＜I＞は、Ca、Sr、Mg、Ba、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、Sb、Sn、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、K、Na、Li、Rb、Zn、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦0.01、0≦y≦0.05、0≦z≦1である。もしくは、
（M＜I＞1-x-yM＜II＞xM＜III＞y）O
ここで、M＜I＞は、Ca、Sr、Mg、Ba、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Ce、Eu、Mn、Tb、Sm、Pr、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、K、Na、Li、Rb、Zn、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である。もしくは、
（M＜I＞2-xM＜II＞xM＜III＞2）O7
ここで、M＜I＞は、La、Y、Gd、Lu、Ba、Sr、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm、またはこれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦1である。もしくは、
（M＜I＞1-xM＜II＞xM＜III＞1-xM＜IV＞y）O3
ここで、M＜I＞は、Ba、Sr、Ca、La、Y、Gd、Lu、またはこれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜II＞は、Eu、Tb、Pr、Ce、Nd、Sm、Tm、またはそれらの混合物、を含むグループから選択され、M＜III＞は、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb、またはこれらの混合物、から選択され、M＜IV＞は、Al、Ga、Sc、Si、またはこれらの混合物、を含むグループから選択され、かつ、0≦x≦0.1、0≦y≦0.1である。
例として、Ceドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG、Y3Al5O12）、または、ルテチウム・アルミニウム・グラナート（LuAG）が使用されてよい。
適切な有機波長変換材料の例は、ペリレン誘導体（perylene derivatives）ベースの有機発光材料、例えば、BASF社によってLumogen（R）の名称で販売されている化合物である。市販されている適切な化合物の例は、これらに限定されるわけではないが、Lumogen（R）Red F305、Lumogen（R）Orange F240、Lumogen（R）Yellow F083、および、Lumogen（R）F170、そして、それらの組み合せ、を含んでいる。
有利なことに、有機発光材料は、透明であり、かつ、非散乱性であり得る。
量子ドット（またはロッド）は、一般的にわずか数ナノメートルの幅または直径を有している半導体材料の小さな結晶である。入射光によって励起される場合に、量子ドットは、結晶のサイズおよび材料によって決定される色の光を発する。特定の色の光が、従って、ドットのサイズを適合させることによって生成され得る。可視領域における発光を伴う最もよく知られた量子ドットは、硫化カドミウム（CdS）および硫化亜鉛（ZnS）といった、シェルを伴うセレン化カドミウム（CdSe）に基づくものである。インジウムリン（InP）といったカドミウムを含まない（cadmium free）量子ドット、および、銅インジウム硫化物（CuInS2）、及び／又は、硫化銀インジウム（AgInS2）も、また、使用され得る。量子ドットは、非常に狭い発光バンドを示し、そして、従って、飽和した色を示す。さらに、発光色は、量子ドットのサイズを適合させることによって容易に調整され得る。従来技術において知られているあらゆるタイプの量子ドットが、本発明において使用されてよい。しかしながら、環境上の安全性および懸念の理由のため、カドミウムを含まない量子ドット、または、少なくともカドミウム含有量が非常に低い量子ドットを使用することが望ましい。
上述の照明システムは、自動車用照明だけではなく、様々なアプリケーションにおいて使用され得るものである。システムは、ランプまたは照明器具の一部として使用されてよく、もしくは、デジタル投影、自動車用照明、舞台照明、店舗照明、家庭照明、アクセント照明、スポット照明、劇場照明、光ファイバー照明、表示システム、警告照明システム、医療照明アプリケーション、および、装飾照明アプリケーションの一部として使用されてよい。
上記の図１０から１９の実施例においては、光学的構成が、簡単な反射器として示されている。しかしながら、これらの実施例それぞれにおいて、上述した他の可能な光学的構成が代わりに使用されてよい。
上記の実施例においては、両方の光源からのレーザ光が、蛍光体の同じ入力面に対して結合されている。しかしながら、代わりに、蛍光体の異なる面に対して結合されもよいが、２つのレーザ光源について異なる領域にわたり光を生成する共有された蛍光体をなお使用するものである。光出力素子は、所望の光出力特性を創出するために反射、屈折、または回折を使用してよい。そして、それらは、ビーム操縦、ビーム形成、及び／又は、ビーム拡散に係る制御を提供することができる。
開示された実施例に対する他の変形が、図面、明細書、および、添付の請求項の研究から、請求される発明を実施している当業者によって理解され、かつ、もたらされ得る。請求項において、単語「含む（"comprising"）」は、他のエレメントまたはステップを排除するものではなく、そして、不定冠詞「一つの（"a" or "an"）」は、複数を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。請求項におけるあらゆる参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
Claims (14)
- レーザ照明システムであって、
第１レーザ光源と、
第２レーザ光源と、
光変換素子と、
第１および第２レーザ光源からの出力を、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する前記光変換素子へと方向付ける光学素子と、
を含み、
波長変換された光が生成される前記光変換素子内での深さの範囲が、前記第１レーザ光源の出力による励起と前記第２レーザ光源の出力による励起とで異なるように、前記第１および第２レーザ光源は、前記光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を生成し、
前記光変換素子は、前記波長変換された光の一部を側方へと放射するように設計され、且つ更に、前記波長変換された光が側方へと放射される前記光変換素子内での深さの範囲が、前記第１レーザ光源の出力による励起から生成される前記波長変換された光と、前記第２レーザ光源の出力による励起から生成される前記波長変換された光とで異なるように設計されており、
当該システムは、さらに、前記光変換素子によって側方へと放射される光から出力ビームを整形する光出力素子、を含み、該整形は、前記波長変換された光が側方へと放射される前記深さの関数であり、前記光出力素子からの前記出力ビームの形状及び方向のうちの少なくとも一方が、前記第１レーザ光源が作動される場合と前記第２レーザ光源が作動される場合とで異なる、
システム。 - 前記光学素子は、前記第１および第２レーザ光源からの出力を、前記光変換素子の同じ位置へと方向付ける、
請求項１に記載のシステム。 - 前記光出力素子は、回折素子、屈折素子、反射素子、散乱素子、または、波長変換素子を含む、
請求項１または２に記載のシステム。 - 前記光出力素子は、前記光変換素子から離間された鏡面反射器、または、全内部反射を提供する材料のスラブ、もしくは、それらの組み合せ、を含む、
請求項１または２に記載のシステム。 - 前記光変換素子の第１深さ範囲に関連する第１部分および前記光変換素子の隣接する第２深さ範囲に関連する異なる形状を有している第２部分を有する、鏡面反射器、または、スラブ、を含む、
請求項４に記載のシステム。 - 前記光変換素子は、前記深さの方向において不均一な吸収特性を有する、
請求項１または２に記載のシステム。 - 前記光変換素子は、前記第１および第２レーザ光源の光出力について同じ吸収特性を伴う第１部分、および、前記第１および第２レーザ光源の光出力について異なる吸収特性を有する第２部分を有する、
請求項１または２に記載のシステム。 - 前記光変換素子は、異なる光出力特性を伴う異なる部分を有する、
請求項１または２に記載のシステム。 - 前記光変換素子は、
散乱粒子、または、
粗い散乱外面、を有する、
請求項１または２に記載のシステム。 - 各レーザ光源は、一つまたはそれ以上のレーザダイオードを含む、
請求項１または２に記載のシステム。 - 当該システムは、さらに、
前記第１および第２レーザ光源の出力強度を制御するコントローラ、を含む、
請求項１または２に記載のシステム。 - 当該システムは、さらに、
前記コントローラに対してセンサ情報を提供するセンサ、を含む、
請求項１１に記載のシステム。 - 請求項１または２に記載のレーザ照明システムを含む、
自動車用フロント照明。 - レーザ照明を生成する方法であって、
第１レーザ光源を作動するステップと、
第２レーザ光源を作動するステップと、
第１および第２レーザ光源からの出力を光変換素子へと方向付けるステップであり、前記光変換素子により、レーザ光による励起に応じて波長変換された光出力を生成する、ステップと、
を含み、
前記第１および第２レーザ光源は、前記光変換素子の中で異なる吸収特性を有する異なる波長のレーザ光を生成し、
当該方法は、前記光変換素子内のある深さの範囲から、波長変換された光を生成することを含み、前記深さの範囲は、前記第１レーザ光源の出力からの光と前記第２レーザ光源の出力からの光とで異なっており、
前記光変換素子は、前記波長変換された光の一部を側方へと放射するように設計され、且つ更に、前記波長変換された光が側方へと放射される前記光変換素子内での深さの範囲が、前記第１レーザ光源の出力による励起から生成される前記波長変換された光と、前記第２レーザ光源の出力による励起から生成される前記波長変換された光とで異なるように設計されており、かつ、
当該方法は、さらに、光出力素子によって、前記光変換素子によって側方へと放射される光から出力ビームを整形するステップ、を含み、該整形は、前記波長変換された光が側方へと放射される前記深さの関数であり、前記光出力素子からの前記出力ビームの形状及び方向のうちの少なくとも一方が、前記第１レーザ光源が作動される場合と前記第２レーザ光源が作動される場合とで異なる、
方法。
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