JP6968744B2

JP6968744B2 - 波長変換フィルタモジュールおよび照明システム

Info

Publication number: JP6968744B2
Application number: JP2018075824A
Authority: JP
Inventors: 建中廖
Original assignee: 中強光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: US20180314140A1; US10481474B2; CN108803213A; CN108803213B; JP2018189951A

Description

本発明は光学素子および光学システムに関し、特に波長変換フィルタモジュールおよび照明システムに関する。

最近、主に発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）とレーザーダイオード（ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅ）などの固体光源を用いた投影装置は次第に一定のマーケットを占めるようになってきた。レーザーダイオードは高い発光効率を有し、その提供するレーザー光束は蛍光体の励起に利用されるほか、直接投影装置の照明光源として利用することも可能であり、かつ、レーザーダイオードは必要な輝度に応じてその光源数を調整し、いろいろ異なる輝度の投影装置の需要に応えることができる。従って、レーザー光源を用いた投影装置は、従来の高圧水銀灯方式に代えるものとして非常に大きなポテンシャルをもち、次世代投影装置の主流になっている。

現在のレーザー投影装置は、蛍光体をシリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）に混合させたものを高反射率の基板上に塗布して蛍光体ホイール（ｐｈｏｓｐｈｏｒｗｈｅｅｌ）を構成する。レーザーダイオードが発するレーザー光（例えば、青色光）は光学素子によって蛍光体ホイール上に集光される。蛍光体ホイール中の蛍光体は青色光を吸収し、かつ所定の色の光束、例えば、赤色光および緑色光を励起する。なお、現在の蛍光体が励起されて発する赤色光と緑色光はレーザー投影装置が必要とする色彩規格を満たすことができないため、色彩規格に適合した赤色光および緑色光を生成するには、現在のレーザー投影装置において蛍光体ホイールと同期して回転するフィルタホイール（ｆｉｌｔｅｒｗｈｅｅｌ）を別途設置する必要がある。

しかし、フィルタホイールの設置によって、照明システムのコストが増加するほか、照明システムの設計が一層複雑になる。蛍光体ホイールが励起する光束は発散したものであるため、フィルタホイール上に形成されるホイールスポークライト（ｓｐｏｋｅｌｉｇｈｔ）も対応して発散し、つまり、フィルタホイール上に形成されるホイールスポークライトの面積が比較的に大きい。大面積のホイールスポークライトはフィルタホイール中の隣接する２つのフィルタ素子上に形成し得るため、フィルタホイールから射出される光束に色かぶり（ｃｏｌｏｒｃａｓｔ）を発生させ、レーザー投影装置が投射した画像の色表現に影響を及ぼす。従って、如何にしてフィルタホイールの設置を省くとともに必要な色彩規格を達成できるかは、当業者が解決しようとする課題であった。

「背景技術」部分は、本発明の内容の理解を助けることのみが目的であるため、「背景技術」部分で開示された内容には、当業者が既知の従来技術を構成しないものも含まれている可能性がある。「背景技術」部分で開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例で解決しようとする課題を示すものではなく、また本発明が出願前に既に当業者に把握され、または認識されたいたことを意味するものではない。

本発明が提供する波長変換フィルタモジュールは、色純度の高い所定色光束を提供することができる。

本発明が提供する照明システムは、フィルタホイールの設置を省略するとともに、必要な色彩規格を満たすことができる。

本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術的特徴から一層理解を深めることができる。

上記の一つ若しくは一部若しくは全部の目的、またはその他の目的を達成するために、本発明の一実施例は載置板および波長変換フィルタユニットを含む波長変換フィルタモジュールを提供する。載置板は複数の光学領域を有し、かつ移動して光学領域に順に励起光束を受けさせる。光学領域のうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域である。波長変換フィルタユニットは波長変換フィルタ領域に位置し、かつ載置板上に順に配置されたフィルタ反射素子、波長変換素子および第一フィルタ素子を含む。第一フィルタ素子は波長変換フィルタユニットに入射された励起光束を透過させる。波長変換素子は励起光束を変換光束に変換する。変換光束は所定色光束および所定色光束以外の色光束を含む。フィルタ反射素子は所定色光束を反射し、かつ所定色光束以外の色光束を吸収する。第一フィルタ素子は所定色光束を透過させ、かつ所定色光束および励起光束以外の色光束を反射する。

上記の一つ若しくは一部若しくは全部の目的、またはその他の目的を達成するために、本発明の一実施例は載置板および波長変換フィルタユニットを含む波長変換フィルタモジュールを提供する。載置板は複数の光学領域を有し、かつ移動して光学領域に順に励起光束を受けさせる。光学領域のうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域であり、かつ載置板が波長変換フィルタ領域と重なる開口を有する。波長変換フィルタユニットは波長変換フィルタ領域に位置し、かつ載置板上に順に配置された第二フィルタ素子、波長変換素子および第一フィルタ素子を含み。第一フィルタ素子は波長変換フィルタユニットに入射された励起光束を透過させる。波長変換素子は励起光束を変換光束に変換する。変換光束は所定色光束および所定色光束以外の色光束を含む。第二フィルタ素子は所定色光束を反射し、かつ所定色光束以外の色光束を透過させる。第一フィルタ素子は所定色光束を透過させ、かつ所定色光束および励起光束以外の色光束を反射する。

上記の一つ若しくは一部若しくは全部の目的、またはその他の目的を達成するために、本発明の一実施例は、励起光束を提供する励起光源、および上記波長変換フィルタモジュールの何れかを含む照明システムを提供する。波長変換フィルタモジュールは励起光束の伝達経路上に配置される。

以上により、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点又は効果を有する。本発明の一実施例の波長変換フィルタモジュールにおいて、波長変換素子の下に配置されたフィルタ反射素子は変換光束中の所定色光束を反射し、変換光束中の所定色光束以外の色光束を吸収することが可能であり、かつ、波長変換素子上に配置された第一フィルタ素子は所定色光束および励起光束を透過させ、所定色光束および励起光束以外の色光束を反射することが可能であるため、波長変換フィルタモジュールは色純度が比較的に高い所定色光束を提供することが可能であり、かつ、この波長変換フィルタモジュールを用いた照明システムはフィルタホイールの設置を省略するとともに必要な色彩規格を満たすことができる。本発明の別の実施例の波長変換フィルタモジュールにおいて、波長変換素子の下に配置された第二フィルタ素子は変換光束中の所定色光束を反射し、変換光束中の所定色光束以外の色光束を透過させることが可能であり、かつ、所定色光束以外の色光束が載置板の開口を経由して波長変換フィルタモジュールから射出され、その後波長変換フィルタモジュールの外に設置されたフィルタ素子によって除去され、または吸光素子に吸収され、波長変換素子上に配置された第一フィルタ素子は所定色光束および励起光束を透過させ、所定色光束および励起光束以外の色光束を反射することが可能であるため、波長変換フィルタモジュールは色純度が比較的に高い所定色光束を提供することが可能であり、かつ、この波長変換フィルタモジュールを用いた照明システムはフィルタホイールの設置を省略するとともに必要な色彩規格を満たすことができる。

本発明の上記特徴と利点をよりわかりやすく、明確に示すべく、以下は実施例に基づき、図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明の第一実施例の波長変換フィルタモジュールの分解図である。図１の波長変換フィルタユニットの断面概略図である。図１の波長変換フィルタユニットの別の断面概略図である。本発明の第二実施例の波長変換フィルタモジュールの断面概略図である。本発明の第三実施例の波長変換フィルタモジュールの断面概略図である。本発明の第四実施例の波長変換フィルタモジュールの断面概略図である。本発明の実施例の照明システムの概略図である。

本発明の上記およびその他の技術内容、特徴および効果は、以下の図面に基づく好ましい実施例の詳細な説明において明確に示されている。以下の実施例において言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後などは図面の方向のみである。従って、これらの方向用語は説明のために用いられたものであり、本発明を制限するものではない。

図１は本発明の第一実施例の波長変換フィルタモジュールの分解図である。図２は図１における波長変換フィルタユニットの断面概略図である。

図１を参照すると、波長変換フィルタモジュール１００は載置板１１０および波長変換フィルタユニット１２０を含む。載置板１１０は波長変換フィルタユニット１２０を搭載し、かつ放熱を助けるものである。例を挙げると、載置板１１０は金属載置板であり、例えばアルミダイカストにより成形された載置板であってもよいが、これに限定されない。

載置板１１０は互いに隣接して配置された複数の光学領域Ｒを有し、かつ移動して光学領域Ｒに励起光源（図示せず）からの励起光束を順に受けさせる。例を挙げると、載置板１１０の形状は回転軸心Ｏを有する略円形または環状であってもよい。光学領域Ｒは回転軸心Ｏを囲むように、載置板１１０の円周に沿って設置され、載置板１１０が回転軸心Ｏを軸に回転すると、光学領域Ｒは順に励起光束の伝達経路上に入り込むことができる。

光学領域Ｒのうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域である。例を挙げると、光学領域Ｒは波長変換フィルタ領域ＲＡおよび波長変換フィルタ領域ＲＢを含んでもよい。しかし、光学領域Ｒ中の波長変換フィルタ領域の数はこれに限定されず、必要に応じて変更可能である。

波長変換フィルタユニット１２０の数は波長変換フィルタ領域の数に等しい。図１が示すように、波長変換フィルタモジュール１００は２つの波長変換フィルタユニット１２０を含み、かつ２つの波長変換フィルタユニット１２０がそれぞれ波長変換フィルタ領域ＲＡおよび波長変換フィルタ領域ＲＢに位置してもよい。各波長変換フィルタユニット１２０は、載置板１１０上に順に積層して配置されたフィルタ反射素子１２２、波長変換素子１２４および第一フィルタ素子１２６を含む。

図２を参照すると、励起光束Ｂは第一フィルタ素子１２６から波長変換フィルタユニット１２０に入射する。第一フィルタ素子１２６は波長変換フィルタユニット１２０に入射された励起光束Ｂを透過させる。波長変換素子１２４は波長が比較的に短い励起光束Ｂを吸収し、かつ波長が比較的に長い変換光束Ｂ１を励起する。変換光束Ｂ１は所定色光束Ｂ１１および所定色光束Ｂ１１以外の色光束Ｂ１２を含む。フィルタ反射素子１２２は所定色光束Ｂ１１を反射し、かつ所定色光束Ｂ１１以外の色光束Ｂ１２を吸収する。第一フィルタ素子１２６は所定色光束Ｂ１１および励起光束Ｂを透過させ、かつ所定色光束Ｂ１１および励起光束Ｂ以外の色光束（例えば、色光束Ｂ１２）を反射する。また、フィルタ反射素子１２２に反射されなかった少量の所定色光束Ｂ１１は金属載置板１１０に反射され（図示せず）、続いてフィルタ反射素子１２２、波長変換素子１２４を通って、第一フィルタ素子１２６から射出され、フィルタ反射素子１２２に吸収されなかった少量の所定色光束Ｂ１１以外の色光束Ｂ１２は金属載置板１１０に反射され、そしてフィルタ反射素子１２２に吸収され、または第一フィルタ素子１２６に反射される。このように、波長変換フィルタユニット１２０のフィルタ反射素子１２２および第一フィルタ素子１２６の配置により、第一フィルタ素子１２６から射出された所定色光束Ｂ１１が比較的に高い色純度を有することができる。

励起光束Ｂが青色光束であり、かつ所定色光束Ｂ１１が赤色光束である実施例では、波長変換素子１２４が黄色光束を励起できる蛍光体を含む。第一フィルタ素子１２６は青色光束および赤色光束を透過させ、かつその他の色の光束を反射する。青色光束は第一フィルタ素子１２６から波長変換フィルタユニット１２０に入射する。波長変換素子１２４は青色光束を吸収し、かつ黄色光束（例えば、変換光束Ｂ１）を励起し、黄色光束は赤色周波数帯の光束（例えば、所定色光束Ｂ１１）およびその他の周波数帯の光束（例えば、所定色光束Ｂ１１以外の色光束Ｂ１２）を含む。周囲に発散した黄色光束の一部がフィルタ反射素子１２２に向って伝達され、別の一部が第一フィルタ素子１２６に向って伝達される。フィルタ反射素子１２２へ伝達された黄色光束中の赤色周波数帯の光束がフィルタ反射素子１２２に反射され、かつ黄色光束中のその他の周波数帯の光束がフィルタ反射素子１２２に吸収される。第一フィルタ素子１２６へ伝達された黄色光束中の赤色周波数帯の光束（例えば、所定色光束Ｂ１１）が第一フィルタ素子１２６から射出され、黄色光束中のその他の周波数帯の光束（例えば、色光束Ｂ１２）が第一フィルタ素子１２６に反射され、かつフィルタ反射素子１２２に向って伝達されて、フィルタ反射素子１２２に吸収される。また、フィルタ反射素子１２２を透過した少量の光束は金属載置板１１０に反射される。このように、波長変換フィルタユニット１２０のフィルタ反射素子１２２および第一フィルタ素子１２６の配置により、第一フィルタ素子１２６から射出された赤色光束は比較的に高い色純度を有することができる。

励起光束Ｂが青色光束であり、かつ所定色光束Ｂ１１が緑色光束である実施例では、波長変換素子１２４が緑色光束を励起できる蛍光体を含む。第一フィルタ素子１２６は青色光束および緑色光束を透過させ、その他の色の光束を反射する。波長変換素子１２４は青色光束を吸収し、かつ緑色光束（例えば、変換光束Ｂ１）を励起する。周囲に発散した緑色光束の一部が第一フィルタ素子１２６に向って伝達され、別の一部がフィルタ反射素子１２２に向って伝達される。第一フィルタ素子１２６へ伝達された緑色光束は第一フィルタ素子１２６から射出される。フィルタ反射素子１２２へ伝達された緑色光束はフィルタ反射素子１２２に反射されて向きを変え、かつ波長変換素子１２４および第一フィルタ素子１２６を順に通って、第一フィルタ素子１２６から射出される。フィルタ反射素子１２２は緑色光中の所定の緑色周波数帯の光束を反射し、かつ緑色光中の赤寄りまたは青寄りの周波数帯の光束を吸収するように設計してもよく、第一フィルタ素子１２６は所定の緑色周波数帯の光束および励起光束Ｂを透過させ、かつ所定の緑色周波数帯の光束および励起光束Ｂ以外の光束（例えば、赤色光束、緑色光束中の赤寄りまたは青寄りの周波数帯の光束）を反射するように設計してもよい。また、フィルタ反射素子１２２を透過した少量の光束は金属載置板１１０に反射される。このように、波長変換フィルタユニット１２０のフィルタ反射素子１２２および第一フィルタ素子１２６の配置により、第一フィルタ素子１２６から射出された緑色光束が比較的に高い色純度を有することができる。

図１および図２を参照すると、本実施例において、波長変換フィルタ領域ＲＡおよび波長変換フィルタ領域ＲＢ中の波長変換フィルタユニット１２０はそれぞれ赤色光波長変換フィルタユニットおよび緑色光波長変換フィルタユニットであって、即ち、波長変換フィルタモジュール１００の赤色光波長変換フィルタユニットおよび緑色光波長変換フィルタユニットがそれぞれ赤色光束および緑色光束を提供することができるが、これに限定されない。異なる波長変換フィルタユニット１２０において、フィルタ反射素子１２２は前記所定色光束（赤色光束または緑色光束）に対応する顔料または吸収型ガラス粉末を含み、かつ、所定色光束の反射率をさらに向上させ、放熱効果を提供するように、フィルタ反射素子１２２はさらに耐熱型のゲルの中に高反射率の粉末、例えば酸化チタンまたは二酸化ケイ素の粉末を混合したものを含んでもよい。波長変換素子１２４は、蛍光体を含むほか、セラミックス粉末またはガラス粉末を含んでもよい。蛍光体はセラミックス粉末またはガラス粉末と焼結して、高温に耐性を持つ、かつ表面硬度が高い硬性構造を形成することが可能であり、前記硬性構造は研磨艶出しによって滑らかな表面を形成し、この滑らかな表面は後のコーティング処理（例えば、滑らかな表面上に形成された第一フィルタ素子１２６）に適している。

波長変換素子１２４は一つまたは複数の波長変換層を含むことができる。図３は図１における波長変換フィルタユニットの別の断面概略図である。図３と図２の波長変換フィルタユニット１２０の主な相違点は、波長変換素子１２４中の波長変換層の数にある。具体的には、図２の波長変換素子１２４は一つの波長変換層のみを有するが、図３の波長変換素子１２４は複数の波長変換層を有し、かつ複数の波長変換層が異なるまたは部分的に重なる励起周波数スペクトルを有する。

さらに、図３において、波長変換素子１２４は第一波長変換層１２４Ａおよび第二波長変換層１２４Ｂを含む。第二波長変換層１２４Ｂは第一波長変換層１２４Ａとフィルタ反射素子１２２との間に位置し、かつ第一波長変換層１２４Ａの励起周波数スペクトルのピーク値が第二波長変換層１２４Ｂの励起周波数スペクトルのピーク値より小さい。

励起光束Ｂが青色光束であり、かつ所定色光束Ｂ１１が赤色光束である実施例では、第一波長変換層１２４Ａは黄色光束を励起できる蛍光体を含み、かつ第二波長変換層１２４Ｂは赤色光束を励起できる蛍光体を含む。赤色光束を励起できる蛍光体と黄色光束を励起できる蛍光体は重ねる励起周波数スペクトルを有し、かつ黄色光束を励起できる蛍光体の励起周波数スペクトルのピーク値は赤色光束を励起できる蛍光体の励起周波数スペクトルのピーク値より小さい。第一フィルタ素子１２６は青色光束および赤色光束を透過させ、その他の色の光束を反射する。励起光束Ｂ（青色光束）は第一フィルタ素子１２６を通って第一波長変換層１２４Ａまで伝達される。第一波長変換層１２４Ａは青色光束を吸収し、かつ黄色光束（例えば、変換光束Ｂ１）を励起し、黄色光束は赤色周波数帯の光束（例えば、所定色光束Ｂ１１）およびその他の周波数帯の光束（例えば、所定色光束Ｂ１１以外の色光束Ｂ１２）を含む。周囲に発散した黄色光束の一部が第一フィルタ素子１２６に向って伝達され、別の一部が第二波長変換層１２４Ｂに向って伝達される。第一フィルタ素子１２６へ伝達された黄色光束中の赤色周波数帯の光束は第一フィルタ素子１２６から射出され、かつ黄色光束中のその他の周波数帯の光束は第一フィルタ素子１２６に反射されて、第二波長変換層１２４Ｂに向って伝達される。第二波長変換層１２４Ｂは第一波長変換層１２４Ａを透過した黄色光束および第一波長変換層１２４Ａに変換されなかった少量の青色光束を吸収し、かつ赤色光束（例えば、変換光束Ｂ２）を励起する。第二波長変換層１２４Ｂによって励起された赤色光束は周囲に発散される。四周に発散した赤色光束の一部は第一波長変換層１２４Ａおよび第一フィルタ素子１２６を順に通って、かつ第一フィルタ素子１２６から射出される。周囲に発散した赤色光束の別の一部はまずフィルタ反射素子１２２に反射され、続いて第二波長変換層１２４Ｂ、第一波長変換層１２４Ａおよび第一フィルタ素子１２６を順に通ってから、第一フィルタ素子１２６から射出される。また、フィルタ反射素子１２２を透過した少量の光束は金属載置板１１０に反射される。

再度図１を参照すると、処理する光束の異なる種類によって、光学領域Ｒはさらに光透過領域、波長変換領域またはその他のタイプの領域を含んでもよい。光透過領域は励起光束を透過させる。波長変換領域は波長変換の効果を提供し、励起光束を変換光束に変換することができる。図１が示すように、光学領域Ｒはさらに波長変換領域ＲＣおよび光透過領域ＲＤを含んでもよい。

波長変換フィルタモジュール１００はさらに、波長変換領域ＲＣに位置する波長変換素子１３０を含んでもよい。波長変換素子１３０は黄色光束を励起できる蛍光体を含み、波長変換領域ＲＣに入射された励起光束を黄色光束に変換してもよい。周囲に発散した黄色光束の一部は直接載置板１１０から離れる方向へ射出され、別の一部が載置板１１０に向って伝達され、かつ載置板１１０に反射されて向きを変え、載置板１１０から離れる方向へ射出される。

光透過領域ＲＤは励起光束を透過させる。図１が示すように、載置板１１０は、光透過領域ＲＤに対応する開口ＯＰ１を備えてもよい。載置板１１０が回転軸心Ｏを軸に回転すると、光透過領域ＲＤは励起光束の伝達経路上に入り込み、励起光束が載置板１１０の開口ＯＰ１を通ることができる。

図４から図６はそれぞれ本発明の第二実施例から第四実施例の波長変換フィルタモジュールの断面概略図であり、同一または類似する素子を同一または類似する符号で示し、重複する内容の説明を省略する。図４から図６が示した波長変換フィルタユニットは例示であり、本発明はこれに限定されない。また、図４から図６の波長変換素子１２４は一つまたは複数の波長変換層を含むことが可能であり、以下は重複する内容の説明を省略する。

図４を参照すると、波長変換フィルタモジュール１００Ａと図１の波長変換フィルタモジュール１００の主な相違点は以下の通りである。図４において、波長変換フィルタユニット１２０Ａはさらに第二フィルタ素子１２８を含む。第二フィルタ素子１２８はフィルタ反射素子１２２と波長変換素子１２４との間に配置され、第一フィルタ素子１２６が所定色光束を透過させ、かつ所定色光束以外の色光束を反射するに対し、第二フィルタ素子１２８は所定色光束を反射し、かつ所定色光束以外の色光束を透過させる。所定色光束が赤色光束である例において、第一フィルタ素子１２６は赤色光束を透過させて、かつ赤色光束以外の色光束（例えば、緑色光束および青色光束）を反射し、第二フィルタ素子１２８は赤色光束を反射し、かつ赤色光束以外の色光束（例えば、緑色光束および青色光束）を透過させる。これにより、赤色光束を第一フィルタ素子１２６へ効率よくガイドし、赤色光束を第一フィルタ素子１２６から射出させることができ、かつ赤色光束以外の色光束をフィルタ反射素子１２２へ効率よくガイドし、赤色光束以外の色光束がフィルタ反射素子１２２に吸収され、第一フィルタ素子１２６から射出された赤色光束が比較的に高い色純度を有することができる。ここで、赤色光波長変換フィルタユニットについて説明したが、波長変換フィルタユニット１２０Ａは緑色光波長変換フィルタユニットであってもよい。

図５を参照すると、波長変換フィルタモジュール１００Ｂと図１の波長変換フィルタモジュール１００の主な相違点は以下の通りである。図５において、波長変換フィルタユニット１２０Ｂのフィルタ反射素子１２２Ｂは反射層１２２Ｂ１および第二フィルタ素子１２２Ｂ２を含む。第二フィルタ素子１２２Ｂ２は反射層１２２Ｂ１と波長変換素子１２４との間に配置される。反射層１２２Ｂ１は反射率を向上させる。例を挙げると、反射層１２２Ｂ１は銀コーティング層（Ａｇｃｏａｔｉｎｇ）、誘電体コーティング層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏａｔｉｎｇ）、耐熱型のゲルの中に高反射率粉末、例えば二酸化チタンまたは二酸化ケイ素粉末を混合したものであってもよい。第二フィルタ素子１２２Ｂ２は所定色光束を反射し、かつ所定色光束以外の色光束を透過させるものであり、詳しくは図４の関連説明を参照できるため、ここで省略する。

図６を参照する、波長変換フィルタモジュール１００Ｃと図４の波長変換フィルタモジュール１００Ａの主な相違点は以下の通りである。図６の波長変換フィルタユニット１２０Ｃにおいて、図４のフィルタ反射素子１２２を省略し、かつ載置板１１０Ａが波長変換フィルタ領域（例えば、波長変換フィルタ領域ＲＡまたは波長変換フィルタ領域ＲＢ）に重なる開口ＯＰ２を有する。第二フィルタ素子１２８、波長変換素子１２４および第一フィルタ素子１２６は順に載置板１１０Ａ上に積層され、かつ開口ＯＰ２を覆う。載置板１１０Ａが回転し、波長変換フィルタ領域が励起光束の伝達経路上に入り込んだ時、第二フィルタ素子１２８を透過した所定色光束以外の色光束は、載置板１１０Ａの開口ＯＰ２を通って波長変換フィルタモジュール１００Ｃから射出され、そして波長変換フィルタモジュール１００Ｃの外に設置されたフィルタ素子（図示せず）によって除去され、または吸光素子（図示せず）に吸収されてもよい。載置板１１０Ａの開口ＯＰ２は光束を通過させるほか、熱の蓄積を低減させ、放熱効果をさらに向上させることができる。

図７は本発明の一実施例の照明システムの概略図である。図７を参照すると、照明システム１０は、励起光束Ｂを提供する励起光源１２および波長変換フィルタモジュール１４を含む。波長変換フィルタモジュール１４は励起光束Ｂの伝達経路上に配置され、かつ波長変換フィルタモジュール１４は図１が示す波長変換フィルタモジュール１００、図４が示す波長変換フィルタモジュール１００Ａ、図５が示す波長変換フィルタモジュール１００Ｂ、または図６が示す波長変換フィルタモジュール１００Ｃを用いることができる。

励起光源１２はレーザー光源であって、かつ励起光束Ｂがレーザー光束である。例を挙げると、励起光源１２は青色のレーザーダイオードバンク（ＢｌｕｅＬａｓｅｒｄｉｏｄｅＢａｎｋ）であり、励起光束Ｂが青色レーザー光束であってもよいが、これに限定されない。図７が示すように、励起光源１２は青色レーザーダイオードバンク１２Ａ、青色レーザーダイオードバンク１２Ｂおよび光合成素子１２Ｃを含んでもよい。光合成素子１２Ｃは複数の孔（図示せず）を有する反射シートであり、反射シート上のこれらの孔は青色レーザーダイオードバンク１２Ａが発するレーザー光束を透過させ、かつ反射シート上の反射面は青色レーザーダイオードバンク１２Ｂが発したレーザー光束を反射する。従って、青色レーザーダイオードバンク１２Ａと青色レーザーダイオードバンク１２Ｂが発するレーザー光束が光合成素子１２Ｃによって合併され、励起光束Ｂとなる。

照明システム１０はさらに分光素子１６、複数の反射ミラー１８および光合成素子１９を含んでもよい。分光素子１６は励起光束Ｂの伝達経路上に配置され、かつ分光素子１６は励起光源１２と波長変換フィルタモジュール１４との間に位置する。分光素子１６は励起光束Ｂ（例えば、青色光束）を透過させ、かつその他の色の光束（例えば、赤色光束、緑色光束および黄色光束）を反射する。例を挙げると、分光素子１６はダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムであってもよいが、これに限定されない。

波長変換フィルタモジュール１４は分光素子１６からの励起光束Ｂの伝達経路上に配置され、波長変換フィルタモジュール１４の波長変換フィルタユニットが載置板の分光素子１６に面した表面上に配置され、かつ載置板はその回転軸を軸心に回転し、光学領域を順に励起光束Ｂの伝達経路上に入り込ませる。載置板が時計回りと逆の方向へ回転する場合、図１における光学領域Ｒの光透過領域ＲＤ、波長変換フィルタ領域ＲＡ、波長変換領域ＲＣおよび波長変換フィルタ領域ＲＢは順に図７の励起光束Ｂの伝達経路上に入り込む。

図１および図７を参照すると、光透過領域ＲＤが励起光束Ｂの伝達経路上に入り込んだ場合、分光素子１６を透過した励起光束Ｂは続いて載置板１１０の開口ＯＰ１を通って、かつ反射ミラー１８に反射されて分光素子１６に戻り、そして再度分光素子１６を透過し、光合成素子１９に向って伝達される。波長変換フィルタ領域ＲＡが励起光束Ｂの伝達経路上に入り込んだ場合、分光素子１６を透過した励起光束Ｂは波長変換フィルタ領域ＲＡ上に位置する波長変換フィルタユニット１２０によって変換され、所定色光束（例えば、赤色光束Ｒ）になり、かつ赤色光束Ｒは波長変換フィルタユニット１２０を経由して伝達され、分光素子１６に戻る。波長変換領域ＲＣが励起光束Ｂの伝達経路上に入り込んだ場合、分光素子１６を透過した励起光束Ｂは波長変換領域ＲＣ上に位置する波長変換素子１３０によって変換され、黄色光束Ｙになり、かつ黄色光束Ｙは載置板１１０に反射されて分光素子１６に戻る。波長変換フィルタ領域ＲＢが励起光束Ｂの伝達経路上に入り込んだ場合、分光素子１６を透過した励起光束Ｂは波長変換フィルタ領域ＲＢ上に位置する波長変換フィルタユニット１２０によって変換され、別の所定色光束（例えば、緑色光束Ｇ）になり、かつ緑色光束Ｇは波長変換フィルタユニット１２０を経由して伝達され、分光素子１６に戻る。伝達されて分光素子１６に戻った赤色光束Ｒ、黄色光束Ｙおよび緑色光束Ｇは分光素子１６に反射されて、光合成素子１９に向って伝達される。光合成素子１９は、分光素子１６に反射された赤色光束Ｒ、黄色光束Ｙ、緑色光束Ｇおよび再度分光素子１６を透過した励起光束Ｂの伝達経路上に配置され、かつ赤色光束Ｒ、黄色光束Ｙ、緑色光束Ｇおよび再度分光素子１６を透過した励起光束Ｂを合併させて、照明光束ＩＢとする。

異なるニーズによって、照明システム１０はさらにその他の素子を含むことも可能であり、例えば、上記光学素子の間に位置するレンズ素子（図示せず）、照明光束ＩＢの伝達経路上に位置し、かつ照明光束ＩＢの光形状を調整するためのインテグレータ、グレースケール画面を提供可能なマイクロディスプレイ（例えば、デジタルマイクロミラー装置）または投影レンズグループなどである。

以上を纏めると、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点または効果を有する。本発明の一実施例の波長変換フィルタモジュールにおいて、載置板上に配置されたフィルタ反射素子は、波長変換素子からの変換光束の所定色光束を反射し、かつ所定色光束以外の色光束を吸収することができり、また、波長変換素子上に配置された第一フィルタ素子は励起光束および所定色光束を透過させ、かつ所定色光束および励起光束以外の色光束を反射できるため、波長変換フィルタモジュールは色純度が比較的に高い所定色光束を提供することができる。また、この波長変換フィルタモジュールを用いた照明システムは、フィルタホイールの設置を省略することができるとともに、必要な色彩規格を満たすことができる。一実施例において、フィルタ反射素子は、所定色光束の顔料または吸収型ガラス粉末を含むほか、さらに高反射率の粉末を含み、所定色光束の反射率をさらに向上させ、かつ放熱効果を提供することができる。本発明の別の実施例の波長変換フィルタモジュールにおいて、波長変換素子の下に配置された第二フィルタ素子は変換光束の所定色光束を反射し、かつ所定色光束以外の色光束を透過させることが可能であり、また、所定色光束以外の色光束が載置板の開口を経由して波長変換フィルタモジュールから射出され、かつ波長変換フィルタモジュールの外に設置されたフィルタ素子によって除去され、または吸光素子に吸収され、波長変換素子上に配置された第一フィルタ素子は励起光束および所定色光束を透過させ、かつ所定色光束および励起光束以外の色光束を反射するため、波長変換フィルタモジュールは色純度が比較的に高い所定色光束を提供することが可能であり、かつ、この波長変換フィルタモジュールを用いた照明システムはフィルタホイールの設置を省略するとともに、必要な色彩規格を満たすことができる。また、載置板の開口が熱の蓄積を低減させ、放熱効果をさらに向上させることができる。
以上に記載したのは本発明の好ましい実施例であり、本発明の実施範囲がこれに限定されるべきではない。即ち、本発明の請求の範囲および発明の詳細な説明を基に行った簡単な等価変更およびアレンジも本発明の請求範囲内に属する。また、本発明のいずれかの実施例または請求項は必ずしも本発明が開示した目的または利点または特徴を全て満たすとは限らない。また、要約書と発明の名称は特許文献の検索のために用いられるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、本明細書または請求の範囲に言及された「第一」、「第二」などの用語は、素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）を命名するための名称または異なる実施例若しくは範囲を区別するためのものであり、素子の数量の上限または下限を制限するものではない。

Claims

波長変換フィルタモジュールであって、
載置板および波長変換フィルタユニットを含み、
前記載置板は複数の光学領域を有し、かつ移動して前記複数の光学領域に順に励起光束を受けさせ、前記複数の光学領域のうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域であり、
前記波長変換フィルタユニットは前記波長変換フィルタ領域に位置し、かつ、前記載置板上に順に配置されたフィルタ反射素子、波長変換素子および第一フィルタ素子を含み、
前記第一フィルタ素子は前記波長変換フィルタユニットに入射された前記励起光束を透過させ、
前記波長変換素子は前記励起光束を変換光束に変換し、前記変換光束が所定色光束および所定色光束以外の色光束を含み、
前記フィルタ反射素子は前記変換光束中の前記所定色光束を反射し、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を吸収し、
前記第一フィルタ素子は前記変換光束中の前記所定色光束を透過させ、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を反射することを特徴とする、波長変換フィルタモジュール。
前記波長変換素子は一つまたは複数の波長変換層を含み、
前記複数の波長変換層が異なるまたは部分的に重なる励起周波数スペクトルを有することを特徴とする、請求項１に記載の波長変換フィルタモジュール。
前記波長変換素子は第一波長変換層および第二波長変換層を含み、
前記第二波長変換層は前記第一波長変換層と前記フィルタ反射素子との間に位置し、
前記第一波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値が前記第二波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値より小さいことを特徴とする、請求項２に記載の波長変換フィルタモジュール。
前記波長変換フィルタユニットはさらに、前記フィルタ反射素子と前記波長変換素子との間に配置された第二フィルタ素子を含み、
前記第二フィルタ素子は前記所定色光束を反射し、かつ前記所定色光束以外の色光束を透過させることを特徴とする、請求項１に記載の波長変換フィルタモジュール。
前記フィルタ反射素子は反射層および第二フィルタ素子を含み、
前記第二フィルタ素子は前記反射層と前記波長変換素子との間に配置され、
前記第二フィルタ素子は前記所定色光束を反射し、かつ前記所定色光束以外の色光束を透過させることを特徴とする、請求項１に記載の波長変換フィルタモジュール。
前記フィルタ反射素子は、前記所定色光束に対応する顔料または吸収型ガラス粉末を含むことを特徴とする、請求項１に記載の波長変換フィルタモジュール。
波長変換フィルタモジュールであって、
載置板および波長変換フィルタユニットを含み、
前記載置板は複数の光学領域を有し、かつ移動して前記複数の光学領域に順に励起光束を受けさせ、前記複数の光学領域のうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域であり、かつ前記載置板は前記波長変換フィルタ領域と重なる開口を有し、
前記波長変換フィルタユニットは前記波長変換フィルタ領域に位置し、かつ、前記載置板上に順に配置された第二フィルタ素子、波長変換素子および第一フィルタ素子を含み、
前記第一フィルタ素子は前記波長変換フィルタユニットに入射された前記励起光束を透過させ、
前記波長変換素子は前記励起光束を変換光束に変換し、前記変換光束が所定色光束および所定色光束以外の色光束を含み、
前記第二フィルタ素子は前記変換光束中の前記所定色光束を反射し、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を透過させ、
前記第一フィルタ素子は前記変換光束中の前記所定色光束を透過させ、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を反射することを特徴とする、波長変換フィルタモジュール。
前記波長変換素子は一つまたは複数の波長変換層を含み、
前記複数の波長変換層が異なるまたは部分的に重なる励起周波数スペクトルを有することを特徴とする、請求項７に記載の波長変換フィルタモジュール。
前記波長変換素子は第一波長変換層および第二波長変換層を含み、
前記第二波長変換層は前記第一波長変換層と前記第二フィルタ素子との間に位置し、
前記第一波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値が前記第二波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値より小さいことを特徴とする、請求項８に記載の波長変換フィルタモジュール。
照明システムであって、
励起光源と波長変換フィルタモジュールとを含み、
前記励起光源は励起光束を提供し
前記波長変換フィルタモジュールは前記励起光束の伝達経路上に配置され、かつ、載置板および波長変換フィルタユニットを含み、
前記載置板は複数の光学領域を有し、かつ移動して前記複数の光学領域に順に励起光束を受けさせ、前記複数の光学領域のうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域であり、
前記波長変換フィルタユニットは前記波長変換フィルタ領域に位置し、かつ、前記載置板上に順に配置されたフィルタ反射素子、波長変換素子および第一フィルタ素子を含み、
前記第一フィルタ素子は前記励起光束を透過させ、
前記波長変換素子は前記励起光束を変換光束に変換し、前記変換光束が所定色光束および所定色光束以外の色光束を含み、
前記フィルタ反射素子は前記変換光束中の前記所定色光束を反射し、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を吸収し、
前記第一フィルタ素子は前記変換光束中の前記所定色光束を透過させ、かつ前記変換光束中の前記励起光束以外の色光束を反射することを特徴とする、照明システム。
前記波長変換素子は一つまたは複数の波長変換層を含み、
前記複数の波長変換層が異なるまたは部分的に重なる励起周波数スペクトルを有することを特徴とする、請求項１０に記載の照明システム。
前記波長変換素子は第一波長変換層および第二波長変換層を含み、
前記第二波長変換層は前記第一波長変換層と前記フィルタ反射素子との間に位置し、
前記第一波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値が前記第二波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値より小さいことを特徴とする、請求項１１に記載の照明システム。
前記波長変換フィルタユニットはさらに、前記フィルタ反射素子と前記波長変換素子との間に配置された第二フィルタ素子を含み、
前記第二フィルタ素子は前記所定色光束を反射し、かつ前記所定色光束以外の色光束を透過させることを特徴とする、請求項１０に記載の照明システム。
前記フィルタ反射素子は反射層および第二フィルタ素子を含み、
前記第二フィルタ素子は前記反射層と前記波長変換素子との間に配置され、
前記第二フィルタ素子は前記所定色光束を反射し、かつ前記所定色光束以外の色光束を透過させることを特徴とする、請求項１０に記載の照明システム。
前記フィルタ反射素子は、前記所定色光束に対応する顔料または吸収型ガラス粉末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。
照明システムであって、
励起光源と波長変換フィルタモジュールとを含み、
前記励起光源は励起光束を提供し、
前記波長変換フィルタモジュールは前記励起光束の伝達経路上に配置され、かつ、載置板および波長変換フィルタユニットを含み、
前記載置板は複数の光学領域を有し、かつ移動して前記複数の光学領域に順に励起光束を受けさせ、前記複数の光学領域のうち少なくとも一つが波長変換フィルタ領域であり、かつ前記載置板は前記波長変換フィルタ領域と重なる開口を有し、
前記波長変換フィルタユニットは前記波長変換フィルタ領域に位置し、かつ、前記載置板上に順に配置されたフィルタ反射素子、第二フィルタ素子、波長変換素子および第一フィルタ素子を含み、
前記第一フィルタ素子は前記波長変換フィルタユニットに入射された前記励起光束を透過させ、
前記波長変換素子は前記励起光束を変換光束に変換し、前記変換光束が所定色光束および所定色光束以外の色光束を含み、
前記第二フィルタ素子は前記変換光束中の前記所定色光束を反射し、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を透過させ、
前記第一フィルタ素子は前記変換光束中の前記所定色光束を透過させ、かつ前記変換光束中の前記所定色光束以外の色光束を反射することを特徴とする、照明システム。
前記波長変換素子は一つまたは複数の波長変換層を含み、
前記複数の波長変換層が異なるまたは部分的に重なる励起周波数スペクトルを有することを特徴とする、請求項１６に記載の照明システム。
前記波長変換素子は第一波長変換層および第二波長変換層を含み、
前記第二波長変換層は前記第一波長変換層と前記フィルタ反射素子との間に位置し、
前記第一波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値が前記第二波長変換層の前記励起周波数スペクトルのピーク値より小さいことを特徴とする、請求項１７に記載の照明システム。