JP2017143061A - 光波長変換器及びそれを有する照明システム - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した高品質の光源を提供するための光波長変換器、光波長変換器を有する照明システムを提供する。
【解決手段】光波長変換器5は、第一基板51、第一波長変換物質53、及び第二基板52を含んでいる。第一基板は、少なくとも1つの第一セグメント511を有している。第一波長変換物質は、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換するために、第一セグメント内に含まれている。第二波長帯の光は第一セグメントにより反射される。第二基板は第一基板の横に配置され、少なくとも1つの第二セグメント521を有する。第一波長帯の光は第二セグメントを透過する。
【選択図】図3A
【解決手段】光波長変換器5は、第一基板51、第一波長変換物質53、及び第二基板52を含んでいる。第一基板は、少なくとも1つの第一セグメント511を有している。第一波長変換物質は、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換するために、第一セグメント内に含まれている。第二波長帯の光は第一セグメントにより反射される。第二基板は第一基板の横に配置され、少なくとも1つの第二セグメント521を有する。第一波長帯の光は第二セグメントを透過する。
【選択図】図3A
Description
本発明は、光波長変換器に関するものであり、特に、安定した高品質の光源を提供するための光波長変換器に関するものである。本発明は、光波長変換器を有する照明システムに関する。
光波長変換器は、第一の波長を有する光を、第二の波長を有する色光に変換する光変換器である。一般的には、光波長変換器は、スポットライト、自動車のヘッドライト、モニタ、プロジェクター、または他の特別な照明環境に適応される。
従来、光波長変換器は、蛍光体ホイールを有している。レーザ光源は、レーザ光を発し、蛍光体ホイールの蛍光体粉末が励起されると、種々の波長の色光が生成される。また、蛍光体ホイールは、モータ駆動により回転され、種々の色光が順次、時系列的に生成される。高出力動作時には、蛍光体ホイールの波長変換効率が向上し、光電変換及びルーメン出力は増加される。したがって、光波長変換器は、近年の新世代のプロジェクターの光源に使用される。
図1Aは、従来の光波長変換器の構成の概略図である。図1Aに示すように、従来の光波長変換器1は、モータ2によって駆動される。蛍光体粉末4は、従来の光波長変換器1の基板3のセグメント30に塗布される。基板の種類に応じて、従来の光波長変換器は、透過型光波長変換器及び反射型光波長変換器に分類される。図1Bは、従来の透過型光波長変換器の光路の概略図である。図1Cは、従来の反射型光波長変換器の光路の概略図である。
図1Bに示すように、従来の透過型光波長変換器1の基板3はガラス板である。入射光I1は、蛍光体粉末4を励起するために基板3をそのまま透過する。結果として、色光O1が生成される。この状況では、入射光I1の伝搬方向と色光O1の伝搬方向は同一である。図1Cに示すように、従来の反射型光波長変換器1の基板3は、ガラスミラー、光沢のあるアルミニウム板、又は他の適切な高反射板である。蛍光体粉末4は、入射光I2によって励起された後、色光O2は、基板3によって反射される。この状況で、入射光I2の伝搬方向及び色光O2の伝搬方向は、互いに反対である。
図1Bに示すように、従来の透過型光波長変換器1の基板3はガラス板である。入射光I1は、蛍光体粉末4を励起するために基板3をそのまま透過する。結果として、色光O1が生成される。この状況では、入射光I1の伝搬方向と色光O1の伝搬方向は同一である。図1Cに示すように、従来の反射型光波長変換器1の基板3は、ガラスミラー、光沢のあるアルミニウム板、又は他の適切な高反射板である。蛍光体粉末4は、入射光I2によって励起された後、色光O2は、基板3によって反射される。この状況で、入射光I2の伝搬方向及び色光O2の伝搬方向は、互いに反対である。
しかしながら、プロジェクターの輝度に対する需要が増加するとともに、蛍光体粉末を励起するレーザ光の光強度が高くなっている。結果として、従来の透過型光波長変換器の基板は非常に高温になる。この状況で、蛍光体粉末の波長変換効率が低下し、全体的な出力光が悪影響を受ける。これらの理由のために、反射型光波長変換器が市場で主流の製品となっている。
最近では、青色レーザ光及び反射型光波長変換器の連携により、様々な色光を生成するプロジェクターに適用可能となっている。図2は、空洞部を有する従来の光波長変換器の概略図である。図2の光波長変換器1は、青色レーザ光源を有する照明システムに適用される。青色レーザ光源は、青色レーザ光を発することができる。図2に示すように、光波長変換器1の基板3は、青色レーザ光が通過できるように、空洞部31を有している。空洞部31の面積を変えることにより、出力の青色光の割合が調整可能である。
しかしながら、光波長変換器1の回転は、モータ2によって駆動されるので、高い回転速度では、モータ2の振動量を制御することは困難である。ここで、基板3の直径がより大きくなれば、青色レーザスペックル(斑点)と空洞部31との間の不調和が増し、光波長変換器1の回転がより不均衡になる。このような状況では、出力光の強度と彩度が安定せず、出力光の品質が悪化する。
しかしながら、光波長変換器1の回転は、モータ2によって駆動されるので、高い回転速度では、モータ2の振動量を制御することは困難である。ここで、基板3の直径がより大きくなれば、青色レーザスペックル(斑点)と空洞部31との間の不調和が増し、光波長変換器1の回転がより不均衡になる。このような状況では、出力光の強度と彩度が安定せず、出力光の品質が悪化する。
したがって、上記の欠点を克服するために、安定した高品質の光源を提供するための光波長変換器と、上記光波長変換器を有する照明システムを提供する必要がある。
本発明は、従来技術で生じた上述の欠点を克服するために、光波長変換器と、上記光波長変換器を有する照明システムを提供する。
本発明は、光波長変換器及び光波長変換器を有する照明システムを提供する。第二基板の配置により、レーザスペックルは、均一で安定的に、光波長変換器を透過し、光波長変換器の均衡のとれた回転が効率的になされる。したがって、光波長変換器は、効果的で正確に制御することができ、青色スペックルの不一致が最小限に抑えられる。この状況で、出力光の強度と彩度がより安定になり、出力光の品質が向上する。
本発明は、光波長変換器及び光波長変換器を有する照明システムを提供する。第一基板の第一セグメントと第二基板の第二セグメントは交互に配置されているため、光波長変換器の均衡のとれた回転になるように最適化される。したがって、光波長変換器の偏差又は振動を生じるという問題が克服され、光出力はより安定となる。
本発明の一態様によれば、光波長変換器が提供される。光波長変換器は、第一基板、第一波長変換物質、及び第二基板を含む。第一基板は、少なくとも1つの第一セグメントを有している。第一波長変換物質は、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換するために、第一セグメント内に含まれている。第二波長帯の光は第一セグメントにより反射される。第二基板は第一基板の横に配置され、少なくとも1つの第二セグメントを有する。少なくとも1つの第一セグメントと少なくとも1つの第二セグメントは交互に配置される。第一波長帯の光は第二セグメントを透過する。
本発明の別の態様によれば、照明システムが提供される。照明システムは、固体発光素子および光波長変換器を含む。固体発光素子は、第一波長帯の光を発する。光波長変換器は、第一基板、第一波長変換物質、及び第二基板を含む。第一基板は、少なくとも1つの第一セグメントを有している。第一波長変換物質は、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換するために、第一セグメント内に含まれている。第二波長帯の光は、第一セグメントにより反射され、第一光路に沿って伝搬される。第二基板は第一基板の横に配置され、少なくとも1つの第二セグメントを有している。少なくとも1つの第一セグメント及び少なくとも1つの第二セグメントが交互に配置される。第一波長帯の光は、第二セグメントを透過し、第二光路に沿って伝搬される。
本発明の上記の内容は、以下の詳細な説明と添付の図面を検討した後、当業者により容易に明らかになるであろう。
本発明を以下の実施形態を参照してより具体的に説明する。本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、例示および説明のみを目的として本明細書に提示されていることに留意すべきである。開示された正確な形態が網羅的であることまたはその形態に限定されることを意図するものではない。
図3Aは、本発明の第一の実施形態に係る光波長変換器の構成を示す図である。図3Bは、図3Aの光波長変換器を備える照明システムのアーキテクチャを示す。光波長変換器5は、照明システム6に適用される。照明システム6は、第一波長帯の光L1を発する固体発光素子61を有する。光波長変換器5の例として、蛍光体ホイールを含むが、それに限定されるものではない。この実施形態では、光波長変換器5は、第一基板51、第二基板52、及び第一波長変換物質53を備える。第一基板51は、少なくとも1つの第一セグメント511を備える。第一波長変換物質53は、第一波長帯の光L1を第二波長帯の光L2に変換するために、第一セグメント511に含まれている。第二波長帯の光L2は、第一セグメント511により反射され、第一光路P1に沿って伝搬される。第二基板52は、第一基板51の横に配置されている。さらに、第二基板52は、少なくとも1つの第二セグメント521を備える。
この実施形態では、第一基板51は複数の第一セグメント511を備え、第二基板52は複数の第二セグメント521を備えている。複数の第一セグメント511及び複数の第二セグメント521は交互に配置される。第一波長帯の光L1は、第二セグメント521を透過可能であり、第二光路P2に沿って伝搬される。すなわち、光波長変換素子5の回転時に、第一波長帯の光L1は、第二セグメント521を透過し、第二光路P2に沿って伝搬され、または第一波長帯の光L1から変換された第二波長帯の光L2は、第一セグメント511によって反射され、第一光路P1に沿って伝搬される。
したがって、第一波長帯光L1及び第二波長帯光L2が交互に投影される。さらに、第二基板52の配置により、レーザスペックルは、均一で安定的に光波長変換器5を透過する。したがって、光波長変換器55は、効果的に正確に制御することができ、青色スペックルの不一致が最小限に抑えられる。この状況で、出力光の強度と彩度がより安定になり、出力光の品質が向上する。
この実施形態では、第一基板51は複数の第一セグメント511を備え、第二基板52は複数の第二セグメント521を備えている。複数の第一セグメント511及び複数の第二セグメント521は交互に配置される。第一波長帯の光L1は、第二セグメント521を透過可能であり、第二光路P2に沿って伝搬される。すなわち、光波長変換素子5の回転時に、第一波長帯の光L1は、第二セグメント521を透過し、第二光路P2に沿って伝搬され、または第一波長帯の光L1から変換された第二波長帯の光L2は、第一セグメント511によって反射され、第一光路P1に沿って伝搬される。
したがって、第一波長帯光L1及び第二波長帯光L2が交互に投影される。さらに、第二基板52の配置により、レーザスペックルは、均一で安定的に光波長変換器5を透過する。したがって、光波長変換器55は、効果的に正確に制御することができ、青色スペックルの不一致が最小限に抑えられる。この状況で、出力光の強度と彩度がより安定になり、出力光の品質が向上する。
この実施形態では、それぞれの第一セグメント511は、2つの隣接する第二セグメント521の間に配置され、又は、それぞれの第二セグメント521は、2つの隣接する第一セグメント511の間に配置される。さらに、第一基板51及び第二基板52は、それぞれ異なる物質で作られている。例えば、第一基板は、アルミニウム板であり、第二基板は、ガラス板である。第一基板51と第二基板52は、ホイール型の本体として組み合わされている。換言すれば、第一基板51の第一セグメント511と第二基板52の第二セグメント521を合わせた全体の中心角は360度である。
ある実施形態では、第一基板51は第一支持部512をさらに備え、第二基板52は第二支持部522をさらに備える。好ましくは、第一支持部512は、第一基板51の質量中心に位置し、第二支持部522は第二基板52の質量中心に位置している。第一支持部512と第二支持部522の位置は限定されないことに留意すべきである。加えて、光波長変換器5は固定要素54をさらに備える。第一支持部512と第二支持部522は、締付手段又は付着手段により、固定要素54に接続され、固着される。したがって、第一基板51と第二基板52は、固定要素54と同軸で回転される。
ある実施形態では、第一基板51は第一支持部512をさらに備え、第二基板52は第二支持部522をさらに備える。好ましくは、第一支持部512は、第一基板51の質量中心に位置し、第二支持部522は第二基板52の質量中心に位置している。第一支持部512と第二支持部522の位置は限定されないことに留意すべきである。加えて、光波長変換器5は固定要素54をさらに備える。第一支持部512と第二支持部522は、締付手段又は付着手段により、固定要素54に接続され、固着される。したがって、第一基板51と第二基板52は、固定要素54と同軸で回転される。
第一基板51の厚さと第二基板52の厚さは、同一であっても、又は異なっていてもよい。さらに、第一基板51の厚さと第二基板52の厚さのどちらも0.1mmと2mmの間の範囲である。第一基板51の厚さと第二基板52の厚さは、第一基板51と第二基板52の回転が安定するように厳選されたものである。
図3Aと図3Bを再び参照のこと。照明システム6は、固体発光素子61と光波長変換器5を備える。固体発光素子61は、第一波長帯の光L1を発するために使用される。光波長変換器5は、第一基板51、第二基板52及び第一波長変換物質53を備える。第一基板51は、少なくとも1つの第一セグメント511を備え、第二基板52は、少なくとも1つの第二セグメント521を備える。第一波長変換物質53は、第二波長帯の光L2に第一波長帯の光L1を変換するために、第一セグメント511に含まれている。第二波長帯の光L2は、第一セグメント511により反射され、第一光路P1に沿って伝搬される。第一波長帯の光L1は、第二基板52(例えばガラス板)の第二セグメント521を透過し、第二光路P2に沿って伝搬される。
この実施形態では、第一基板51の第一セグメント511は、光沢のある金属板又は光沢のない金属板である。第一基板51の表面広がり半角は、0度と80度の間の範囲である。第一基板51の反射率は、波長400nmと700nmの間の波長範囲に対して85%よりも大きい。この実施形態では、第二基板52(第二のセグメント521を含む)は、ガラス板又は拡散ガラス板である。第二基板52の表面広がり半角は、0度と80度の間の範囲である。したがって、第一波長帯の光L1は、均一かつ安定的に、第二基板52を透過する。本発明の教示を維持しながら、多くの修正及び変更がなされ得ることに留意されたい。
この実施形態では、第一基板51の第一セグメント511は、光沢のある金属板又は光沢のない金属板である。第一基板51の表面広がり半角は、0度と80度の間の範囲である。第一基板51の反射率は、波長400nmと700nmの間の波長範囲に対して85%よりも大きい。この実施形態では、第二基板52(第二のセグメント521を含む)は、ガラス板又は拡散ガラス板である。第二基板52の表面広がり半角は、0度と80度の間の範囲である。したがって、第一波長帯の光L1は、均一かつ安定的に、第二基板52を透過する。本発明の教示を維持しながら、多くの修正及び変更がなされ得ることに留意されたい。
ある実施形態では、第一波長帯の光L1は、青色光である。第一波長変換物質53は、第一波長帯の光L1を赤色光Rと緑色光Gに変換する為、少なくとも1つの蛍光体粉末(例えば二種類の蛍光体粉末)を含んでいる。別の実施形態では、第一波長変換物質53は、第一波長帯の光L1を、赤色光R及び緑色光Gの光を混合した黄色光Yに変換するために、一種類の蛍光体物質を含む。つまり、第一波長帯の光L1は、青色光であり、第二波長帯の光L2は赤色光R、緑色光G又は黄色光Yである。
さらに、照明システム6では、第二光路P2沿いの第一波長帯の光L1と第一光路P1沿いの第二波長帯は、第三光路P3沿いの混合光を生成するために混合される。混合光は、さらに投影されるために、光学エンジン7へ送られる。したがって、照明システム6は、三原色の光(すなわち、青色光、赤色光、緑色光)、又は三原色の光と黄色光を投影することが可能である。好ましくは、これらの色光が順次投影される。
さらに、照明システム6では、第二光路P2沿いの第一波長帯の光L1と第一光路P1沿いの第二波長帯は、第三光路P3沿いの混合光を生成するために混合される。混合光は、さらに投影されるために、光学エンジン7へ送られる。したがって、照明システム6は、三原色の光(すなわち、青色光、赤色光、緑色光)、又は三原色の光と黄色光を投影することが可能である。好ましくは、これらの色光が順次投影される。
図4は、図3Bの照明システムの透過スペクトルを概略的に示す。図3A、図3B、及び図4を参照のこと。第一光路P1に沿って、照明システムは、第一ダイクロイックミラー62と第二ダイクロイックミラー63を備える。第一ダイクロイックミラー62は、固体発光素子61と光波長変換器5との間に配置される。第一ダイクロイックミラー62は、図4に示すように、透過スペクトルF1を有する。 透過スペクトルF1は、460nmより長い波長の光が第一ダイクロイックミラー62により反射されるが、460nmより短い波長の光は第一ダイクロイックミラー62を透過することを示す。したがって、第一波長帯の光L1は第一ダイクロイックミラー62を透過し、第二波長帯の光L2は、第一ダイクロイックミラー62により反射される。
第二ダイクロイックミラー63は、第一ダイクロイックミラー62と光学エンジン7との間に配置される。すなわち、第二ダイクロイックミラー63は、第一光路P1と第三光路P3との間に配置され、第二光路P2と第三光路P3との間に配置されている。第二光路P2に沿う第一波長帯の光L1と第一光路P1に沿う第二波長帯の光L2は、第三光路P3に沿う混合光を生成するために混合される。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示すように、透過スペクトルF2を有している。
透過スペクトルF2は、460nmよりも長い波長の光は第二ダイクロイックミラー63を透過するが、波長460nmより短い波長の光は第二ダイクロイックミラー63で反射されることを示す。したがって、第一波長帯の光L1は第二ダイクロイックミラー63で反射され、第二波長帯の光L2は第二ダイクロイックミラー63を通って透過される。この実施形態では、第一波長帯の光L1は青色光であり、第二波長帯の光L2は460nmより長い波長の可視光である。
第二ダイクロイックミラー63は、第一ダイクロイックミラー62と光学エンジン7との間に配置される。すなわち、第二ダイクロイックミラー63は、第一光路P1と第三光路P3との間に配置され、第二光路P2と第三光路P3との間に配置されている。第二光路P2に沿う第一波長帯の光L1と第一光路P1に沿う第二波長帯の光L2は、第三光路P3に沿う混合光を生成するために混合される。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示すように、透過スペクトルF2を有している。
透過スペクトルF2は、460nmよりも長い波長の光は第二ダイクロイックミラー63を透過するが、波長460nmより短い波長の光は第二ダイクロイックミラー63で反射されることを示す。したがって、第一波長帯の光L1は第二ダイクロイックミラー63で反射され、第二波長帯の光L2は第二ダイクロイックミラー63を通って透過される。この実施形態では、第一波長帯の光L1は青色光であり、第二波長帯の光L2は460nmより長い波長の可視光である。
他の実施形態では、光波長変換器5の第二基板52は、光学的機能又は光学的特性を有している。例えば、第二基板52は、光減衰器又はフィルターである。例えば、第二基板52は、光減衰器又はフィルターであり、固体発光素子61により発せられる第一波長帯の光L1の波長が445nmである場合、第一波長帯の光L1の紫青色は、Rec.709基準に準じて、青の色度座標(0.15,0.06)に調整される。ある他の実施形態では、第二基板52は、1と2の間の範囲の光学密度(OD)を有する光減衰器である。第二基板52としての光減衰器又フィルターの使用については次に説明する。
図5Aは、本発明の第二の実施形態に係る光波長変換器の構成を示す図である。図5Bは、図5Aの光波長変換器を有する照明システムのアーキテクチャを示す。光波長変換器5は、照明システム6に適用される。照明システム6は、第一波長帯の光L1を発する固体発光素子61を有する。光波長変換器5の例として、蛍光体ホイールを含むが、それに限定されるものではない。この実施形態では、光波長変換器5は、第一基板51、第二基板52、第一波長変換物質53、及び第二波長変換物質55を備える。
照明システムは、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64及び第二反射ミラー65をさらに備えている。第一反射ミラー64と第二反射ミラー65は、第二光路P2に沿って順に配置され、光波長変換器5と第二ダイクロイックミラー63との間で第二光路P2に沿って配置されている。第一波長帯の光L1は、第一反射ミラー64と第二反射ミラー65により反射される。光波長変換器5の第一基板51及び第一波長変換物質53の機能は、第一の実施形態と同様であり、重複説明を省略する。
照明システムは、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64及び第二反射ミラー65をさらに備えている。第一反射ミラー64と第二反射ミラー65は、第二光路P2に沿って順に配置され、光波長変換器5と第二ダイクロイックミラー63との間で第二光路P2に沿って配置されている。第一波長帯の光L1は、第一反射ミラー64と第二反射ミラー65により反射される。光波長変換器5の第一基板51及び第一波長変換物質53の機能は、第一の実施形態と同様であり、重複説明を省略する。
この実施形態では、固体発光素子61はレーザ素子であり、固体発光素子61により発せられる第一波長帯の光L1の波長は、445nmである。すなわち、第一波長帯の光L1は紫青色光である。さらに、光波長変換器5は、第二波長変換物質55を備えている。第二波長変換物質55は、第二基板52の第二セグメント521に含まれている。第二波長変換物質55により、第一波長帯の光L1の一部は、第三波長帯光L3に変換される。第三波長帯の光L3の波長は、460nmと520nmの間の範囲にあり、ピーク値が490nm(すなわち、シアン色光)である。
この実施形態では、第二基板52は光減衰器やフィルターであり、固体発光素子61はレーザ素子である。固体発光素子61により発せられる第一波長帯の光L1の波長は、445nmである。さらに、第二波長変換物質55は、シアン蛍光体粉末である。シアン蛍光体粉末が第一波長帯の光L1により励起されると、490nmのピーク値を有する第三波長帯の光L3が生成される。第三波長帯の光L3は、色調整のために使用してもよい。
さらに、この実施形態では、第三波長帯の光L3は第一光路P1に沿って伝搬される。すなわち、460nmより短い波長の色光は、第二基板52を透過する。さらに、照明システム6では、第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2及び第三波長帯の光L3は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。混合光は、さらに投影されるために光学エンジン7へ送られる。あるいは、他の実施形態では、第三波長帯の光L3は、第二光路P2に沿って伝搬されてもよい。
さらに、この実施形態では、第三波長帯の光L3は第一光路P1に沿って伝搬される。すなわち、460nmより短い波長の色光は、第二基板52を透過する。さらに、照明システム6では、第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2及び第三波長帯の光L3は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。混合光は、さらに投影されるために光学エンジン7へ送られる。あるいは、他の実施形態では、第三波長帯の光L3は、第二光路P2に沿って伝搬されてもよい。
第二基板52がフィルターである場合には、第二基板52の透過スペクトルは、図4に示すような透過スペクトルF1に類似している。つまり、460nmより短い波長の光に対する、第二基板52の透過率は少なくとも85%であるが、460nmより長い波長の光に対する、第二基板52の透過率は、1%以下である。第三波長帯の光L3は、第一光路に沿って伝搬され、第一ダイクロイックミラー62により反射され、第二ダイクロイックミラー63を透過する。第一ダイクロイックミラー62は、図4に示される透過スペクトルF1を有している。透過スペクトルF1は、460nmより短い波長の光が第一ダイクロイックミラー62を透過することを示している。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示される透過スペクトルF2を有している。透過スペクトルF2は、460nmよりも長い波長の光が第二ダイクロイックミラー63を透過することを示している。
第二基板52を透過した第一波長帯の光L1の一部は、第二光路P2に沿って伝搬される。第二光路P2に沿って、第一波長帯の光L1は、第一反射ミラー64と第二反射ミラー65により順に反射される。460nmより短い波長の第一波長帯の光L1は、第二ダイクロイックミラー63により反射される。第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2及び第三波長帯の光L3は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。混合光は、さらに投影されるために光学エンジン7へ送られる。したがって、第一波長帯の光L1の紫青色は、Rec.709基準に準じて、青の色度座標に調整される。
図6Aは、本発明の第三の実施形態に係る光波長変換器の構成を示す図である。図6Bは、図6Aの光波長変換器を有する照明システムのアーキテクチャを示す。光波長変換器5は、照明システム6に適用される。照明システム6は、第一波長帯の光L1を発する固体発光素子61を有する。光波長変換器5の例として蛍光体ホイールを含むが、それに限定されるものではない。この実施形態では、光波長変換器5は、第一基板51、第二基板52、第一波長変換物質53、及び第二波長変換物質55を備えている。
照明システムは、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64、及び第二反射ミラー65をさらに備える。固体発光素子61、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64及び第二反射ミラー65の機能は、第二の実施形態と同様であり、重複説明を省略する。第二の実施形態と比較して、第三波長帯の光L3は、第二光路P2に沿って伝搬され、500nmより短い波長の色光は、第二基板52を透過可能である。第二基板52がフィルターである場合には、第二基板52は、図4に示される透過スペクトルF1'を有する。つまり、500nmより短い波長の光に対する第二基板52の透過率は少なくとも85%であるが、500nmより長い波長の光に対する第二基板52の透過率は、1%以下である。第二波長変換物質55が第一波長帯の光L1により励起されると、第三波長帯の光L3が生成される。
第二基板52を透過した、第三波長帯の光L3と第一波長帯の光L1の一部分は、第四波長帯の光L4として組み合わされ、第二光路P2に沿って伝搬される。第四波長帯の光L4は、第一反射ミラー64と第二反射ミラー65により順に反射される。第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2、及び第四波長帯の光L4は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示される透過スペクトルF3を有している。透過スペクトルF3は、500nmより短い波長の光が第二ダイクロイックミラー63により反射されることを示している。
照明システムは、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64、及び第二反射ミラー65をさらに備える。固体発光素子61、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64及び第二反射ミラー65の機能は、第二の実施形態と同様であり、重複説明を省略する。第二の実施形態と比較して、第三波長帯の光L3は、第二光路P2に沿って伝搬され、500nmより短い波長の色光は、第二基板52を透過可能である。第二基板52がフィルターである場合には、第二基板52は、図4に示される透過スペクトルF1'を有する。つまり、500nmより短い波長の光に対する第二基板52の透過率は少なくとも85%であるが、500nmより長い波長の光に対する第二基板52の透過率は、1%以下である。第二波長変換物質55が第一波長帯の光L1により励起されると、第三波長帯の光L3が生成される。
第二基板52を透過した、第三波長帯の光L3と第一波長帯の光L1の一部分は、第四波長帯の光L4として組み合わされ、第二光路P2に沿って伝搬される。第四波長帯の光L4は、第一反射ミラー64と第二反射ミラー65により順に反射される。第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2、及び第四波長帯の光L4は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示される透過スペクトルF3を有している。透過スペクトルF3は、500nmより短い波長の光が第二ダイクロイックミラー63により反射されることを示している。
第二基板52は、光減衰器やフィルターであるので、第三波長帯の光L3の一部(例えば、500nm未満の波長である第三波長帯の光L3')は、第一光路P1に沿って第一ダイクロイックミラー62に伝搬されることもある。すなわち、第一ダイクロイックミラー62は、図4に示される透過スペクトルF1'を有している。したがって、500nmより短い波長である第一波長帯の光L1及び第三波長帯の光L3は、第一ダイクロイックミラー62を透過し、それにより、500nmより短い波長である第三波長帯の光L3'は、第一波長帯の光L1と混合するための第一光路P1に沿って伝搬されない。
この実施形態では、第二波長変換物質55は、第二基板52の第二セグメント521に含まれている。第二波長変換物質55により第一波長帯の光L1は、第三波長帯の光L3に変換される。第三波長帯の光L3は、第一光路P1と第二光路P2に沿って伝搬される。第三光路P3において、第一波長帯の光L1と第三波長帯の光L3は、それぞれ混合され、それにより、第一波長帯の光L1の色が調整される。すなわち、第一波長帯の光L1の紫青色は、純粋な青色に近くなるように調整される。また、第三波長帯の光L3は第二基板52を透過可能であるので、第二波長変換物質55は、第二基板52の第二セグメント521の第一表面S1又は第二基板52の第二セグメント521の第二表面S2(例えば、裏面)上に塗布される。
図7Aは、本発明の第四の実施形態に係る光波長変換器の構成を示す図である。図7Bは、図7Aの光波長変換器を有する照明システムのアーキテクチャを示す。光波長変換器5は、照明システム6に適用される。照明システム6は、第一波長帯の光L1を発する固体発光素子61を有する。光波長変換器5の例として、蛍光体ホイールを含むが、それに限定されるものではない。照明システムは、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64、及び第二反射ミラー65をさらに備える。
固体発光素子61、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64、及び第二反射ミラー65の機能は、第二の実施形態と同様であり、重複説明を省略する。この実施形態では、光波長変換器5は第一基板51、第二基板52、第一波長変換物質53、及び第三波長変換物質56を備える。第三波長変換物質56は、第二基板52の第二セグメントの第二表面S2上に塗布されている。第三波長変換物質56により、第一波長光L1は第四波長光L4に変換される。第四波長光L4は、470nmと530nmの間の範囲の波長の緑色光である。
固体発光素子61、第一ダイクロイックミラー62、第二ダイクロイックミラー63、第一反射ミラー64、及び第二反射ミラー65の機能は、第二の実施形態と同様であり、重複説明を省略する。この実施形態では、光波長変換器5は第一基板51、第二基板52、第一波長変換物質53、及び第三波長変換物質56を備える。第三波長変換物質56は、第二基板52の第二セグメントの第二表面S2上に塗布されている。第三波長変換物質56により、第一波長光L1は第四波長光L4に変換される。第四波長光L4は、470nmと530nmの間の範囲の波長の緑色光である。
第四波長光L4(緑色光)は、シアン光の一部が含まれているので、第二基板52の透過スペクトルは、図4に示される、透過スペクトルF1と透過スペクトルF3の組み合わせである。すなわち、460nmより短い波長、及び500nmよりも長い波長の光に対する第二基板52の透過率は、少なくとも85%であるが、460nmと500nmの間の範囲内の波長の光に対する第二基板52の透過率は、1%以下である。
したがって、第四波長帯の光L4の一部(例えば、500nmと530nmの間の範囲の波長を有する第四波長帯の光L4')は、第二基板52によって反射され、470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4の一部は、第二基板52を透過し、第一光路P1に伝搬される。第一ダイクロイックミラー62は、図4に示される透過スペクトルF1を有する。
波長470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4の一部は、第一ダイクロイックミラー62により反射され、その後、第二ダイクロイックミラー63を透過する。第二光路P2に沿っている第一波長帯の光L1と第一光路P1に沿っている第二波長帯の光L2は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。第三波長変換物質56は、第二基板52の第二セグメント521の第二表面S2(例えば裏面)上に塗布されることが好ましい。
したがって、第四波長帯の光L4の一部(例えば、500nmと530nmの間の範囲の波長を有する第四波長帯の光L4')は、第二基板52によって反射され、470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4の一部は、第二基板52を透過し、第一光路P1に伝搬される。第一ダイクロイックミラー62は、図4に示される透過スペクトルF1を有する。
波長470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4の一部は、第一ダイクロイックミラー62により反射され、その後、第二ダイクロイックミラー63を透過する。第二光路P2に沿っている第一波長帯の光L1と第一光路P1に沿っている第二波長帯の光L2は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。第三波長変換物質56は、第二基板52の第二セグメント521の第二表面S2(例えば裏面)上に塗布されることが好ましい。
特に、第一波長帯の光L1は、第三波長変換物質56により、第四波長帯の光L4に変換された後、470nmと500nmの間の範囲である第四波長帯の光L4の一部は、第二基板52を透過し、第一光路P1に伝搬され、第四波長帯の光L4の残りの部分(すなわち、500nmと530nmの間の範囲である第四波長帯の光L4') は、第二基板52によって反射され、第二光路P2に沿って伝搬される。
第二光路P2に沿って、第一波長帯の光L1と第四波長帯の光L4'は、それぞれ第一反射ミラー64と第二反射ミラー65によって反射される。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示される透過スペクトルF2を有する。透過スペクトルF2は、460nmより長い波長の光が第二ダイクロイックミラー63を透過するが、460nmより短い波長の光が第二ダイクロイックミラー63により反射されることを示している。したがって、第四波長帯の光L4'は、第二ダイクロイックミラー63を透過し、第三光路P3に沿って伝搬されない。
すなわち、第三波長変換物質56は、第二基板52の第二セグメント521の第二表面S2上に塗布される。第三波長変換物質56により、第一波長帯の光L1は、第四波長帯の光L4に変換される。第四波長帯の光L4は、波長470nmと530nmの間の範囲の波長の緑色光である。波長470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4の一部は第一光路P1により伝搬される。第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2、及び波長470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。したがって、第一波長帯の光L1の色が調整される。すなわち、第一波長帯の光L1の紫青色は、純粋な青色に近くなるように調整される。
第二光路P2に沿って、第一波長帯の光L1と第四波長帯の光L4'は、それぞれ第一反射ミラー64と第二反射ミラー65によって反射される。第二ダイクロイックミラー63は、図4に示される透過スペクトルF2を有する。透過スペクトルF2は、460nmより長い波長の光が第二ダイクロイックミラー63を透過するが、460nmより短い波長の光が第二ダイクロイックミラー63により反射されることを示している。したがって、第四波長帯の光L4'は、第二ダイクロイックミラー63を透過し、第三光路P3に沿って伝搬されない。
すなわち、第三波長変換物質56は、第二基板52の第二セグメント521の第二表面S2上に塗布される。第三波長変換物質56により、第一波長帯の光L1は、第四波長帯の光L4に変換される。第四波長帯の光L4は、波長470nmと530nmの間の範囲の波長の緑色光である。波長470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4の一部は第一光路P1により伝搬される。第一波長帯の光L1、第二波長帯の光L2、及び波長470nmと500nmの間の範囲の第四波長帯の光L4は、第三光路P3に沿って、混合光を生成するために混合される。したがって、第一波長帯の光L1の色が調整される。すなわち、第一波長帯の光L1の紫青色は、純粋な青色に近くなるように調整される。
上記説明から、本発明は光波長変換器と光波長変換器を有する照明システムを提供するものである。第二基板の配置により、レーザスペックルは均一で安定的に光波長変換器を透過する。したがって、光波長変換器は、効果的で正確に制御することができ、青色スペックルの不一致が最小限に抑えられる。この状況で、出力光の強度と彩度がより安定になり、出力光の品質が向上する。さらに、第一基板の第一セグメントと第二基板の第二セグメントが交互に配置されているため、光波長変換器の均衡のとれた回転になるように最適化される。
したがって、光波長変換器の偏差又は振動を生じるという問題が克服され、光出力はより安定となる。また、さらなる波長変換物質は、第二基板の第二セグメントに含まれていてもよい。波長変換物質は、第一波長帯の光によって励起されると、第三波長帯の光が生成される。第一波長帯の光と第三波長帯の光が混合されたり又はそれぞれ組み合わせられる。さらに、固体発光素子は、光学エンジンの様々な要求を満たすために、純粋ではない色光を発することもできる。
したがって、光波長変換器の偏差又は振動を生じるという問題が克服され、光出力はより安定となる。また、さらなる波長変換物質は、第二基板の第二セグメントに含まれていてもよい。波長変換物質は、第一波長帯の光によって励起されると、第三波長帯の光が生成される。第一波長帯の光と第三波長帯の光が混合されたり又はそれぞれ組み合わせられる。さらに、固体発光素子は、光学エンジンの様々な要求を満たすために、純粋ではない色光を発することもできる。
本発明は、現在、最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定される必要はないことが理解されるべきである。それどころか、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる、様々な修正および類似の構成を包含することが意図される。すべてのそのような修正および類似の構造を包含するように最も広い解釈を与えられるべきである。
Claims (21)
- 少なくとも1つの第一セグメントを有する第一基板と、
前記第一セグメントに含まれ、第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換する第一波長変換物質と、
前記第一基板の横に配置され、少なくとも1つの第二セグメントを有している第二基板を備え、
前記第二波長帯の光は前記第一セグメントにより反射され、
少なくとも1つの前記第一セグメントと少なくとも1つの前記第二セグメントは交互に配置され、
前記第一波長帯の光は前記第二セグメントを透過する
ことを特徴とする光波長変換器。
- 前記第一基板と前記第二基板は、それぞれ異なる物質で作られ、
前記第一基板と前記第二基板は、ホイール型の本体として組み合わされ、
前記第一基板の前記第一セグメントと前記第二基板の前記第二セグメントの全体の中心角は、360度であることを特徴とする、請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第一基板は、第一支持部をさらに備え、
前記第二基板は、第二支持部をさらに備え、
前記第一支持部は、前記第一基板の質量中心に位置され、
前記第二支持部は、前記第二基板の質量中心に位置されることを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記光波長変換器は、固定要素をさらに備え、
前記第一支持部と前記第二支持部は、前記固定要素に接続され、固着されることを特徴とする請求項3に記載の光波長変換器。
- 前記第一基板は、複数の前記第一セグメントを備え、
前記第二基板は、複数の前記第二セグメントを備え、
複数の前記第一セグメントと複数の前記第二セグメントは、交互に配置され、
前記第一セグメントは、それぞれ隣接する2つの前記第二セグメントとの間に配置され、又は、前記第二セグメントは、それぞれ隣接する2つの前記第一セグメントの間に配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第一基板の厚さと前記第二基板の厚さは、同一であっても又は異なっていてもよく、
前記第一基板の厚さと前記第二基板の厚さは、それぞれ0.1mmと2mmの間の範囲である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第一基板は、光沢のある金属板又は、光沢のない金属板であり、
前記第一基板の表面広がり半角は、0と80度の間の範囲であり、
前記第一基板の反射率は、400nmと700nmの間の波長範囲に対して、85%より大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第二基板は、光学密度が1と2の間の範囲を有する光減衰器である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第二基板は、フィルターであり、
前記第二基板の透過率は、460nmより短い波長に対して、少なくとも85%であり、
前記第二基板の透過率は、460nmより長い波長に対して、1%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第二基板は、フィルターであり、
前記第二基板の透過率は、500nmより短い波長に対して、少なくとも85%であり、
前記第二基板の透過率は、500nmより長い波長に対して、1%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第二基板は、フィルターであり、
前記第二基板の透過率は、460nmより短くて、50nmより長い波長に対して、少なくとも85%であり、
前記第二基板の透過率は、460nmと500nmの間の波長に対して、1%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記光波長変換器は、第二波長変換物質をさらに備え、
前記第二波長変換物質は、前記第二基板の前記第二セグメントに含まれ、前記第一波長帯の光を第三波長帯の光に変換するものであり、
前記第三波長帯の光は、460nmと520nmの間の波長を有し、ピーク値が490nmであるシアン色光である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 前記第二波長変換物質は、前記第二セグメントの第一表面又は第二表面に塗布される
ことを特徴とする請求項12に記載の光波長変換器。
- 前記光波長変換器は、第三波長変換物質を備え、
前記第三波長変換物質は、前記第二セグメントの第一表面又は第二表面に塗布され、前記第一波長帯の光を第四波長帯の光に変換し、
前記第四波長帯の光は、470nmと530nmの間の波長を有する緑色である
ことを特徴とする請求項1に記載の光波長変換器。
- 470nmと500nmの間の波長を有する前記第四波長帯の光の一部は、前記第一波長帯の光と混合される
ことを特徴とする請求項14に記載の光波長変換器。
- 第一波長帯の光を発する固体発光素子と、光波長変換器を備える照明システムであって、
前記光波長変換器は、
少なくとも1つの第一セグメントを有する第一基板と、
前記第一セグメントに含まれ、前記第一波長帯の光を第二波長帯の光に変換する、第一波長変換物質と、
前記第一基板の横に配置され、少なくとも1つの第二セグメントを有している第二基板を備え、
前記第二波長帯の光は、前記第一セグメントにより反射され、第一光路に沿って伝搬され、
少なくとも1つの前記第一セグメントと少なくとも1つの前記第二セグメントは、交互に配置され、
前記第一波長帯の光は、前記第二セグメントを透過し、第二光路に沿って伝搬される
ことを特徴とする照明システム。
- 前記第二光路に沿う前記第一波長帯の光と、前記第一光路に沿う前記第二波長帯の光は、第三光路に沿う混合光を生成するために混合され、
前記混合光は、光学エンジンに向けられる
ことを特徴とする請求項16に記載の照明システム。
- 前記照明システムは、
前記固体発光素子と前記光波長変換器の間に配置される第一ダイクロイックミラーと、
前記第一ダイクロイックミラーと前記光学エンジンの間に配置される第二ダイクロイックミラーをさらに備え
前記第一波長帯の光は、前記第一ダイクロイックミラーを透過し、前記第二波長の光は、前記第一ダイクロイックミラーにより反射され、
前記第一波長帯の光は、前記第二ダイクロイックミラーにより反射され、前記第二波長帯の光は、前記第二ダイクロイックミラーを透過し、
前記第二光路に沿う前記第一波長帯の光と、前記第一光路に沿う前記第二波長帯の光は、第三光路に沿う混合光を生成するために混合される
ことを特徴とする請求項17に記載の照明システム。
- 460nmより長い波長の光は、前記第一ダイクロイックミラーにより反射され、460nmより短い波長の光は、前記第一ダイクロイックミラーを透過し、
460nmより長い波長の光は、前記第二ダイクロイックミラーを透過し、
460nmより短い波長の光は、前記第二ダイクロイックミラーにより反射される
ことを特徴とする請求項18に記載の照明システム。
- 第一波長の光は、青い光であり、
第二波長の光は460nmより長い波長を有する色光である
ことを特徴とする請求項19に記載の照明システム。
- 前記照明システムは、第一反射ミラーと第二反射ミラーをさらに備え、
前記第一反射ミラーと前記第二反射ミラーは、前記第二光路に沿って、前記光波長変換器と第二ダイクロイックミラーの間に配置され、
第一波長帯の光は、前記第一反射ミラーと前記第二反射ミラーにより反射される
ことを特徴とする請求項18に記載の照明システム。
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