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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2015-528988(P2015-528988A)
(43)【公表日】2015年10月1日
(54)【発明の名称】投射型ディスプレイ用蛍光体式ランプ
(51)【国際特許分類】
F21S 2/00 20060101AFI20150904BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20150904BHJP
F21V 9/16 20060101ALI20150904BHJP
F21Y 101/02 20060101ALN20150904BHJP
【ＦＩ】
F21S2/00 311
G03B21/14 A
F21V9/16 100
F21Y101:02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2015-523092(P2015-523092)
(86)(22)【出願日】2013年6月19日
(85)【翻訳文提出日】2015年3月10日
(86)【国際出願番号】US2013046492
(87)【国際公開番号】WO2014014605
(87)【国際公開日】20140123
(31)【優先権主張番号】61/673,357
(32)【優先日】2012年7月19日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/834,119
(32)【優先日】2013年6月12日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【識別番号】514172622
【氏名又は名称】ウェヴィエン，インコーポレイテッド．
【氏名又は名称原語表記】ＷＡＶＩＥＮ，ＩＮＣ．
(71)【出願人】
【識別番号】315010905
【氏名又は名称】リ，ケネス
【氏名又は名称原語表記】ＬＩ，Ｋｅｎｎｅｔｈ
(71)【出願人】
【識別番号】315010916
【氏名又は名称】稲次 誠二
(74)【代理人】
【識別番号】110000084
【氏名又は名称】特許業務法人アルガ特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100077562
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 登志雄
(74)【代理人】
【識別番号】100096736
【弁理士】
【氏名又は名称】中嶋 俊夫
(74)【代理人】
【識別番号】100117156
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 正樹
(74)【代理人】
【識別番号】100111028
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 博人
(72)【発明者】
【氏名】リ，ケネス
(72)【発明者】
【氏名】稲次 誠二
【テーマコード（参考）】
2K203
3K243
【Ｆターム（参考）】
2K203FA06
2K203FA25
2K203FA32
2K203FA45
2K203FA54
2K203GA04
2K203GA23
2K203GA32
2K203GA36
2K203HA25
2K203HA35
2K203HA74
2K203HA75
2K203HA88
2K203LA02
2K203LA15
2K203LA37
3K243MA01
(57)【要約】
本発明の蛍光体式ランプは、蛍光体材料と励起源を含み、励起源はレーザ及び／又はＬＥＤであることができる。このランプは、高角度光を反射及び再利用して輝度を向上させるための光再利用カラーを含むことが好ましい。励起源がレーザである場合、ビームスプリッターは光再利用カラーの開口を通してレーザビームを蛍光体材料に再度向けることが好ましい。蛍光体材料が発する光は開口を通って出て、ビームスプリッターを通過してランプの出力となる。また、レンズを用いて、光再利用カラー周囲のレーザビームを蛍光体材料に再度向ける。好ましくは、複数の励起レーザを光再利用カラーの回りに配して、これらの出力を蛍光体材料上に、或は対向する壁に向けようにすると、出力は蛍光体材料上に反射される。このようなランプは投射型システムの一部として利用することができる。一実施形態において、この蛍光体材料はカラーホイール上に含まれる。【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蛍光体材料で被覆されたＬＥＤを含む蛍光体式ランプ。
【請求項2】
蛍光体材料に向かう出力を有する励起レーザ源を更に含む、請求項１に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項3】
請求項２に記載の蛍光体式ランプにおいて、
前記蛍光体材料は中心軸に集光させた光を発し、前記ランプは前記中心軸が通過する中心開口を有する光再利用カラーを更に含み、
前記中心軸に対して所定の角度より小さい角度の発光は前記中心開口を通過し、
前記所定の角度より大きい角度の発光は、光再利用のための前記光再利用カラーによって前記蛍光体材料に向けて反射され、前記光再利用カラーは前記蛍光体材料に対して位置する、蛍光体式ランプ。
前記蛍光体材料は中心軸に集光させた光を発し、前記ランプは前記中心軸が通過する中心開口を有する光再利用カラーを更に含み、
前記中心軸に対して所定の角度より小さい角度の発光は前記中心開口を通過し、
前記所定の角度より大きい角度の発光は、光再利用のための前記光再利用カラーによって前記蛍光体材料に向けて反射され、前記光再利用カラーは前記蛍光体材料に対して位置する、蛍光体式ランプ。
【請求項4】
蛍光体材料と蛍光体材料に向かう出力を有する励起レーザ源とを含む蛍光体式ランプ。
【請求項5】
請求項４に記載の蛍光体式ランプにおいて、
前記蛍光体材料は中心軸に集光させた光を発し、前記ランプは前記中心軸が通過する中心開口を有する光再利用カラーを更に含み、
前記中心軸に対して所定の角度より小さい角度の発光は前記中心開口を通過し、
前記所定の角度より大きい角度の発光は、光再利用のための前記光再利用カラーによって前記蛍光体材料に向けて反射され、前記光再利用カラーは前記蛍光体材料に対して位置する、蛍光体式ランプ。
前記蛍光体材料は中心軸に集光させた光を発し、前記ランプは前記中心軸が通過する中心開口を有する光再利用カラーを更に含み、
前記中心軸に対して所定の角度より小さい角度の発光は前記中心開口を通過し、
前記所定の角度より大きい角度の発光は、光再利用のための前記光再利用カラーによって前記蛍光体材料に向けて反射され、前記光再利用カラーは前記蛍光体材料に対して位置する、蛍光体式ランプ。
【請求項6】
ビームスプリッターを更に含む請求項５に記載の蛍光体式ランプにおいて、
レーザ出力は前記ビームスプリッターに向けられ、
前記レーザ出力が前記開口を通って前記蛍光体材料に再度向けられるよう、前記ビームスプリッターは位置及び配向され、
前記蛍光体材料が発する、前記開口を通過する光は前記ビームスプリッターを出力光として通過する、蛍光体式ランプ。
レーザ出力は前記ビームスプリッターに向けられ、
前記レーザ出力が前記開口を通って前記蛍光体材料に再度向けられるよう、前記ビームスプリッターは位置及び配向され、
前記蛍光体材料が発する、前記開口を通過する光は前記ビームスプリッターを出力光として通過する、蛍光体式ランプ。
【請求項7】
前記光再利用カラーは球状である、請求項６に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項8】
前記光再利用カラーは放物線形状である、請求項６に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項9】
前記ビームスプリッターと前記蛍光体材料との間に位置する光パイプを更に含む、請求項６に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項10】
前記光パイプは、前記蛍光体材料が発する光を受容するための入力端と、それに対向する出力端を有し、前記出力端の一部は光を反射及び再利用するための反射コーティングを有する、請求項９に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項11】
前記レーザ出力は前記光再利用カラーの外側を通過するように向けられ、前記ランプは、前記レーザ出力を前記蛍光体材料に再度向けるための少なくとも１個のレンズを含む、請求項５に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項12】
前記光再利用カラーの回りに配される複数の励起レーザを含み、各レーザは前記蛍光体材料に向けられた出力を有する、請求項５に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項13】
各励起レーザの前記出力は、前記光再利用カラーの開口を通過して前記蛍光体材料に達する、請求項１２に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項14】
前記光再利用カラーの回りに配される複数の励起レーザを含み、各レーザは前記光再利用カラーの対向する面に向けられた出力を有し、この対向する面は前記出力を前記蛍光体材料に再度向ける、請求項５に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項15】
各励起レーザの前記出力は、前記光再利用カラーの開口を通過して対向する壁に達し、この壁において前記出力は前記蛍光体材料に向け反射される、請求項１４に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項16】
前記出力を前記蛍光体に再度向けるために、前記レーザ出力の経路に少なくとも１個のレンズを含む、請求項４に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項17】
液体担体中に蛍光材料を含む蛍光セルと、前記液体担体を循環させるためのポンプと、前記液体担体を冷却するためのヒートシンクと、前記蛍光材料を発光せしめるための前記蛍光セルに向けた出力を有する励起レーザとを含む、蛍光体式ランプ。
【請求項18】
前記蛍光セルと前記励起レーザとの間に配置したフィルタを更に含み、前記励起レーザは前記励起レーザ光の波長を前記蛍光セルに伝達し、前記蛍光体が発する前記蛍光を出力方向に反射するよう設計される、請求項１７に記載の蛍光体式ランプ。
【請求項19】
請求項１７に記載の蛍光体式ランプにおいて、
前記蛍光体材料は中心軸に集光させた光を発し、前記ランプは前記中心軸が通過する中心開口を有する光再利用カラーを更に含み、
前記中心軸に対して所定の角度より小さい角度の発光は前記中心開口を通過し、
前記所定の角度より大きい角度の発光は、光再利用のための前記光再利用カラーによって前記蛍光体材料に向けて反射され、前記光再利用カラーは前記蛍光体材料に対して位置する、蛍光体式ランプ。
前記蛍光体材料は中心軸に集光させた光を発し、前記ランプは前記中心軸が通過する中心開口を有する光再利用カラーを更に含み、
前記中心軸に対して所定の角度より小さい角度の発光は前記中心開口を通過し、
前記所定の角度より大きい角度の発光は、光再利用のための前記光再利用カラーによって前記蛍光体材料に向けて反射され、前記光再利用カラーは前記蛍光体材料に対して位置する、蛍光体式ランプ。
【請求項20】
請求項１７に記載の蛍光体式ランプであって、前記蛍光体材料が発する光を受容するための入力端と、それに対向する出力端を有する光パイプを更に含み、前記出力端の一部は光を反射及び再利用するための反射コーティングを有する、蛍光体式ランプ。
【請求項21】
請求項４に記載の蛍光体式ランプ、該ランプからの光出力を受容するためのカラーホイール、前記カラーホイールの出力を受容するためのリレーレンズ、前記リレーレンズの出力を受容するためのプロジェクションエンジン及び出力プロジェクションレンズを有するプロジェクタシステム。
【請求項22】
光源、前記光源からの光出力を受容するためのカラーホイール、前記カラーホイールの出力を受容するためのリレーレンズ、前記リレーレンズの出力を受容するためのプロジェクションエンジン及び出力プロジェクションレンズを有し、前記カラーホイールは蛍光性材料で被覆されている、プロジェクタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２０１２年７月１９日出願の米国特許仮出願第６１／６７３，３５７号及び２０１３年６月１２日出願の米国特許仮出願第６１／８３４，１１９号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【0002】
投射型ディスプレイに用いられる光源は多種知られており、公知の光源としてはアークランプ、ＬＥＤ、蛍光体が利用されている。長寿命と省エネルギーの観点からＬＥＤ光源が望ましい。白色ＬＥＤは赤、緑、青の各ＬＥＤの組合せよりも単純で安価であることから、投射型ディスプレイに特に利用される。しかしながら、プロジェクタの出力はＬＥＤの輝度によって制限される。輝度を向上するために、利用されないＬＥＤの出力の一部を再利用して当該ＬＥＤに戻すことにより、プロジェクタの輝度を高めることが提案されている。
【0003】
レーザによって励起され得る蛍光体材料は、蛍光体粉末の取り扱い方法により一般に３種に分類される。蛍光体粉末は、ガラス、金属等の基板の表面に素材をコートして薄層を形成できるよう、蛍光体粉末を接着剤やエポキシ等の有機材料で結着してなる。この場合、蛍光体の十分な熱低下と、レーザビームによる接着剤の焼けに注意が必要である。
【0004】
セラミック蛍光体は、蛍光体粉末をガラス等の無機材料で結着してなり、通常固体として用いられる。セラミック蛍光体は、薄いセラミック蛍光体シートに形成でき、接着剤を使用しないため、より高出力レーザのより高温に耐えられる。
【0005】
液状蛍光体は、蛍光体粉末を液体に懸濁してセルに入れられる。この蛍光体は流動可能であり、熱が素早く逃げるため、システムにおける粉末の取り扱い性が向上する。
【0006】
図１に投射型ディスプレイで用いるための他の光源としての、蛍光体式光源を示す。図１においては、蛍光体材料１０がヒートシンク１２上に設置される。レーザ１４の出力は蛍光体１０の表面に向けられて、蛍光体材料を励起し、光ビーム１６を発光する。蛍光体輝尽光源においては、光の再利用も行われる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の蛍光体式ランプは蛍光体材料と励起源を含み、該励起源はレーザ及び／又はＬＥＤであることができる。このランプは、高角度の光を反射及び再利用して輝度を向上させるための光再利用カラーを含むことが好ましい。
【0008】
励起源がレーザの場合、レーザ出力ビームはビームスプリッターに向けられ、ビームスプリッターはこのレーザビームを光再利用カラーの開口を通して蛍光体材料に再度向けることが好ましい。蛍光体材料から発せられ開口を通過する光は、ランプの出力として前記ビームスプリッターを通過する。また、光再利用カラー周囲のレーザビームを蛍光体材料に再度向けるためにレンズが用いられる。
【0009】
好ましくは、複数の励起レーザが光再利用カラーの周囲に配置され、これらの出力を蛍光体材料又は対抗する壁に向けることにより、各出力を前記蛍光体材料に反射する。
【0010】
このようなランプは投射型システムの一部として利用することができる。一実施形態においては、このランプは投射型システムの光源として働く。また、この投射型システムは従来の光源を利用することができ、前記蛍光体材料はカラーのホイール部にコートされ、前記光源によって励起される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】従来技術の蛍光体光源の側断面概略図。
【図2】蛍光体被覆ＬＥＤを利用したハイブリッド光源の側断面概略図。
【図3】光再利用を採用した他のハイブリッド光源の側断面概略図。
【図4】ＬＥＤと蛍光体のレーザ輝尽、及び光再利用を採用した他のハイブリッド光源の側断面概略図。
【図5】ハイブリッド光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図6】ハイブリッド光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図7】本発明に係る光源を利用した投射型システムの側断面概略図。
【図8】本発明に係る光源を利用した他の投射型システムの側断面概略図。
【図9】本発明に係る光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図10】本発明に係る光源の更なる実施形態の側断面概略図。
【図11】本発明に係る光源の更なる実施形態の側断面概略図。
【図12】光パイプを利用した、本発明に係る光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図13】光パイプを利用した、本発明に係る光源の更なる実施形態の側断面概略図。
【図14】光パイプを利用した、本発明に係る光源の更なる実施形態の側断面概略図。
【図15】光パイプを利用した、本発明に係る光源の更なる実施形態の側断面概略図。
【図16】光パイプを利用した、本発明に係る光源の更なる実施形態の側断面概略図。
【図17】本発明に係る光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図18】蛍光体源から光再利用カラーの方向を見た図であって、励起レーザの配置を示す図。
【図19】本発明に係る光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図20】蛍光体源から光再利用カラーの方向を見た図であって、励起レーザの配置を示す図。
【図21】本発明に係る光源の他の実施形態の側断面概略図。
【図22】蛍光体光源方向から見た光再利用カラーの図であって、励起レーザの他の配置を示す図。
【図23A】本発明に係る蛍光体の配置を示す側面概略図。
【図23B】本発明に係る蛍光体の配置を示す側面概略図。
【図23C】本発明に係る蛍光体の配置を示す側面概略図。
【図24】本発明に係る光源の他の実施形態の概略図。
【図32】光源の他の実施形態の概略図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図２に白色光を発する光源の構造を示す。蛍光体材料１８の層は青色ＬＥＤ２０の上に配され、このＬＥＤはヒートシンク２２上に設置される。蛍光体層１８はＬＥＤ２０が発生する青色光によって励起され、赤色光及び緑色光を発する。この蛍光体は通常、蛍光体層の層厚又は堆積した蛍光体の密度を変化させることにより調整され、ＬＥＤからの青色光と蛍光体材料１８からの赤色光と緑色光が総合的に白色光として出力される。
【0013】
図３には、図２に示す青色ＬＥＤ２０と蛍光体材料１８を有する光源の実施形態を示すが、本実施形態には光再利用カラー２４が更に含まれる。光再利用カラー２４は、内側に光を反射する略半球状の外表面２６と、発光軸３０の中心に位置する開口２８を有する。図示するように、ＬＥＤ２０と蛍光体材料１８からの光は軸３０に対して低い発光角度を有し、開口を通過して光源からの出力となる。所定の角度より大きな発光角度を有する発光３２は、光再利用カラー２４の反射表面２６に衝突し、蛍光体材料１８に向かって反射する。図示しない他の実施形態において、光再利用カラー２４は二重放物線形状を取り得る。
【0014】
図４においては、レーザ３４（例えば青色レーザ）が光再利用カラー２４ａに設置される。レーザ３４の出力３６は蛍光体材料１８に向けられ、蛍光体層１８を更に励起する。このレーザ励起により、光源の光出力が増加し、システムの輝度が増加する。２以上のレーザを使用することができ、必要な出力に対応する追加輝度、ＬＥＤの光取り扱い性能、ヒートシンク２２の性能及びシステムの寿命要求を満たすことができる。また、レーザ３４は光再利用カラー２４ａの外部に設置することができ、この場合、出力３６は光再利用カラー２４ａの穴を通して蛍光体材料１８に向けられる。
【0015】
ＬＥＤと蛍光体材料１８を使用する代わりに、図４の実施形態では蛍光体層のみが被覆されたヒートシンクを利用することができる。このような実施形態においては、システムは完全なレーザ輝尽システムとして作動する。
【0016】
図４の他の実施形態においては、システムのコスト低減の観点から光再利用カラー２４ａを使用しない。
【0017】
図５では、蛍光体材料で被覆された青色ＬＥＤを白色光源４０として用いる。この光源の出力は、光パイプ４４の入力端４２に収容される。光パイプは直線状でもテーパー形状であってもよい（図示のごとく）。光パイプ４４の出力端４６はビームスプリッター４８に結合される。励起レーザ１４は、光パイプ４４の中心軸５２に対して約９０°の角度で出力５０がビームスプリッター４８に向けられ、光源４０へ反射されるように位置する。光源４０が発する光５４は、ほぼ軸５２の方向に進み、ビームスプリッター４８を通過し出力光となる。更に、ビームスプリッター４８の出力端５６の一部を反射層５８で被覆し、光源４０へ戻る出力光の一部を反射及び再利用して、出力の輝度を増大することもできる。
【0018】
蛍光体で被覆されたＬＥＤを用いる代わりに、光源４０を蛍光体層で被覆されたヒートシンクとすることができる。有色光を発する蛍光体層を用いることもできる。例えば、緑色蛍光体を用いて緑色光を作り出すことができる。レーザ励起によって、発生する緑色光の輝度が向上する。また、赤色蛍光体を用いることもできる。
【0019】
図６の実施形態においては、ある特定の色の出力の増大のために異なる波長の蛍光体が用いられる。例えば、光源がより緑色光を発するように、波長５４０ｎｍの緑色ＬＥＤ６０が緑色蛍光体層６２と共に用いられる。この緑色蛍光体層は５４０ｎｍ光に対して透過性があるが、紫外光及び／又は青色光は吸収する。また、赤色出力の輝度を増大させたい場合、赤色蛍光体を用いることができる。
【0020】
一般に、どの色のＬＥＤも用いることができ、上述のように透明蛍光体に向けられた励起レーザを用いて輝度を増大することができる。図５及び図６の実施形態のいずれにおいても、選択的な色の輝度を増大することができる。
【0021】
図７は、図２〜６に示される実施形態のいずれかであるレーザ／ＬＥＤ光源６４を用いることができる、通常のＤＬＰプロジェクタシステムの概略図である。光源６４の出力は、カラーホイール６６、光トンネル６８及びリレーレンズ７０を通過して、プロジェクタ７２に至る。このプロジェクタは、通常のプロジェクションエンジン７４、デジタル光プロセッサイメージャ７６及びスクリ−ンにイメージを投影するための出力プロジェクションレンズ７８（図示せず）を有する。ＤＬＰプロジェクションシステムはよく知られている限りにおいては、更なる説明は必要ない。３ＬＣＤやＬＣＯＳを利用した他の投射型システムを用いることもできる。
【0022】
図８にＤＬＰプロジェクションシステムの他の実施形態を示す。図５に示すように、レーザ３４の光の出力はビームスプリッター４８に向けられる。このレーザ光は蛍光体材料１８に向けて反射される。ＬＥＤ２０及び蛍光体材料１８が発する光はレンズ８０により一直線となる。この平行な出力はビームスプリッター４８を通過し光パイプ８２に入り、カラーホイール６６を通過する。カラーホイール６６を通過した後、この出力光はレンズアレイ７０を通過しプロジェクタ７２に入る。プロジェクタにはエンジン７４、ＤＬＰパネル７６及び出力レンズ７８が含まれる。
【0023】
図９にレーザ入力により作動する光源の実施形態を示す。レーザ１４は、半導体材料、ソリッドステート又はガスレーザを含む他のレーザ材料からなるＵＶ又は青色レーザであることができる。レーザ１４の出力８２はレンズ８４を通過し、蛍光体材料１８が被覆されたヒートシンク１２に向かって出力８２が反射されるような角度で選択フィルタ８６に達する。蛍光体材料１８はレーザ照射を吸収し、使用された材料の種類に応じて種々の色の光を発する。例えば、白色、赤色、緑色、青色、他の色等の光が発生する。
【0024】
蛍光体材料１８は、蛍光体が低温に維持されて性能が改善するよう、ヒートシンク１２の表面に取り付けられる。異なる色を発する一種以上の蛍光体材料を得ることができる。ヒートシンク１２には、レーザ光と蛍光体が発する光の全部が出口開口２８に向けられるよう、光再利用カラー２４に対向する反射面が付与されている。
【0025】
蛍光体からの出力は通常ランベルティアンで、高角度の発光が含まれる。高角度発光は反射カラー２４によって反射され蛍光体材料１８に戻る。このカラーはイメージング装置を形成する際に球形とすることができ、高角度蛍光体の発光を蛍光体材料１８に結像する。低角度発光は開口２８から外に出て、コリメートレンズ８０を通過する。続いて、この出力は選択フィルタ８６を通過する。選択フィルタは蛍光体が発する光を伝達し、レーザ光を反射する。出力された平行ビーム８７は光学的集光レンズ８８によって小さなスポットに集光させることもできる。
【0026】
図１０に、放物線形状を有する光再利用カラー２４ｂの他の配置を示す。蛍光体材料１８が発する光であって、軸方向５２に対して所定の角度より大きい光は、カラー２４ｂによって軸方向に垂直な方向に反射され、更に対向する表面により蛍光体材料１８に反射される。
【0027】
図１１に、放物線形状を有する光再利用カラー２４ｃの他の配置を示す。この場合、蛍光体材料１８は、光がヒートシンク１２に向かってヒートシンク１２に垂直に反射されるよう、パラボラリフレクタの焦点に取り付けられる。レフレクタ９０は、平行ビームがパラボラリフレクタ２４ｃに向けて反射され、蛍光体材料１８に再利用されるために集光されるよう、ヒートシンク１２に平行に、或はヒートシンク１２の最表面に取り付けられる。
【0028】
図１２に、テーパー光パイプ又は複合放物面集光器（ＣＰＣ）９２を用いた実施形態を示す。レーザの出力８２は、レーザビームがテーパー光パイプ又はＣＰＣ９２に向けて反射され蛍光体材料１８に達するよう、選択ビームスプリッター４８に向けられる。蛍光体が発する光は光パイプ９２に収容され、選択ビームスプリッター４８を通ってビームスプリッター４８の出口端９４に向かう。選択ビームスプリッター４８は研磨された全六側面を有しており、ビームスプリッターを形成するプリズムの三角面で全内部反射が起こる導波管として機能する。
【0029】
ビームスプリッター４８の出口端９４は、低角度の光は通過可能であるが、高角度の光は反射又は再利用する中心開口９８を有する環状光学リフレクタ９６に覆われている。更に、反射ポーラライザ（図示せず）を出力開口上に設けて、利用されなかった偏光を再利用することもできる。
【0030】
図１３に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態においては、選択ビームスプリッター４８が選択フィルタプレート１００に変更されており、レーザ１４から出力されるビーム８２がテーパー光パイプ又はＣＰＣ９２に向けて反射され蛍光体材料１８に向かう。蛍光体材料１８からの出力光は、光パイプ９２を経由して選択フィルタプレート１００に伝達される。ＣＰＣ又はテーパー光パイプの出力端１０１は、軸に対して所定の角度より小さい角度を有する光のみを通過させるための中心開口１０４を備えた反射コーティング１０２によって被覆される。
【0031】
図１４に複数の蛍光体材料１８ａ及び１８ｂを用いた他の実施形態を示す。蛍光体が存在しない領域Ｍ１は、再利用光が反射してＣＰＣ又はテーパー光パイプ９２の出力端に向くよう、反射表面で被覆することができる。また、光パイプ９２の入力端は部分的にＭ２で示す反射表面で被覆することができる。
【0032】
図１５に光パイプ１０４が逆向テーパー形状を有する他の実施形態を示す。蛍光体材料１８からの高角度発光が蛍光体材料１８に反射されて再利用される。逆テーパー光パイプ１０４の場合、外表面を反射コーティングで被覆して全内部反射を創出する必要がある。
【0033】
図１６に図１５の変形例を示す。この変形例では、逆テーパー光パイプ又はＣＰＣ１０４の出力が、第二のテーパー光パイプ又はＣＰＣ９２への入力となる。このようなシステムにより、出力面の大きさと光の出力角度が調節可能となる。
【0034】
図１５及び１６で用いられるテーパー光パイプ又はＣＰＣは中実でも中空でもよい。中実のＣＰＣを用いれば、外表面を反射コーティングで被覆する必要がある。
【0035】
図１７に、蛍光体材料１８の層がヒートシンク１２の最表面に設けられたレーザ励起蛍光体システムを示す。蛍光体材料１８は、蛍光体粉末を接着剤又は他のバインダーで結着したもの、セラミック蛍光体又は液状蛍光体とすることができる。
【0036】
球状の光再利用カラー２４ａは、蛍光体が発する開口２８を通過しない光が蛍光体自身に反射されるよう、湾曲の中心が実質的に蛍光体材料１８に位置するように設置される。蛍光体が発する光の一部は、光再利用カラー２４ａの開口２８から出て、システムの出力を創出する。開口２８から出ない光の一部は蛍光体材料１８に反射されて再利用されることになる。蛍光体材料に衝突する光の一部は再度放出され、開口２８から出てシステムの出力となる。このような光の一部は、光再利用カラー２４ａによって、再度蛍光体材料に反射される。
【0037】
図１７のシステムは複数の励起レーザ１４を含み、レーザの出力は光再利用カラー２４ａの小さな開口１１１を通過して蛍光体材料１８に向き、レーザビームを無駄なく侵入させることができる。
【0038】
図１８に、レーザ源の配置の一例を示す。このような例においては、６個の開口１１１が光再利用カラー２４ａの周囲に、中心軸「Ｃ」から半径「ｒ」の位置に均等に設けられている。レーザの数は、必要とされる全レーザの出力を提供するために調整することができる。高効率オペレ−ションには、レーザビーム用の開口を光再利用カラーの大きさに対して小さくし、再利用のために取り除く表面の量を最小限とする。
【0039】
図１９に他の配置を示す。蛍光体材料１８が発する光の高角度ビームが光再利用カラーの内面に衝突する際、二種の反射が起きるよう、光再利用カラー２４ｃは放物線形状である。第一の反射ではビームが出力軸に垂直な方向に平行化し、第二の反射ではビームが蛍光体材料１８に向けて集光する。この場合、励起レーザ１４の出力は開口１１１を通り、開口に入るレーザビーム１１４が中心軸５２に垂直な方向に進行するように配向することができる。レーザビーム１１４は、光再利用カラー２４ｃの対向する内壁から反射し、蛍光体材料１８に向けられる。図２０に示すように、開口１１１を設計する際、開口が互いに対向するように設けないことが重要である。蛍光体材料１８を反射性コーティング１２０で覆って、光再利用性を向上させることが好ましい。
【0040】
図２１に蛍光体材料１８を励起するための一以上のレーザ源１４を用いた他の配置を示す。多重レンズ１２２、１２４を用いて蛍光体材料１８が発する光を平行化及び集光する。３個のレーザ源１４を、蛍光体材料１８が発する平行化された光の大部分が通過する領域の外側に設置することにより、レーザ出力８２はミラー１２６で反射されて蛍光体材料１８に向かう。ミラー１２６はレーザビーム８２のサイズに合うよう、小さいことが好ましい。このようにして、光の遮断量が最小となる。
【0041】
図２２に３個のレーザ源１４の配置の一例を示す。３個のレーザ１４と３個の小型ミラー１２６が出力ビームの端部に設けられている。正確な波長を考慮すると、ミラーは二色性コーティングからなることができ、このミラーがレーザビームを反射し、蛍光体材料１８の出力を伝達することにより、システムのブロック損失を低減する。
【0042】
図２３に蛍光体材料の種々の配置を示す。（ａ）では蛍光体粉体／接着剤１８ａ又はセラミック蛍光体１８ｂがヒートシンク１２の表面に設けられ、（ｂ）では液体に懸濁させた蛍光体が容器１８ｃに入れられ、（ｃ）ではホイール１３０上の蛍光体１８ｄがモータ１３２で回転されて、蛍光体材料の表面積を増大させる。これにより、実際の面積は減少し、全体的な粉体取扱い性能を向上させる。
【0043】
図２４に蛍光セル１４０を用いたランプシステムの実施形態を示す。このシステムは液体と蛍光材料を含み、光源１４２によりエネルギーが供給される。光源１４２は好ましくはレーザであり、その波長は液体内の蛍光材料に吸収されるよう選択される。セル１４０はガラス又は他の透明材料からなる。この蛍光材料は種々の色の蛍光体、種々の色の染料又は他の蛍光材料（例えば、蛍光体粉末）とすることができる。蛍光材料は、液体に溶解可能、懸濁可能又はコロイド形成可能である。ある種の色についての要求から、数種の蛍光材料を混合して用いることができる。フィルタ１５６は、励起波長のレーザ光を伝達するように設計され、蛍光体が発する蛍光を出力方向に反射する。
【0044】
一例において、入力光源１４２は青色レーザである。液体はグリコール又はシリコーンオイルで、蛍光体がその中に懸濁している。蛍光体セル１４０は２枚の平板ガラスから構成され、入口１４４と出口１４６がセル１４０の対向する端部に配されるように形成される。セル１４０の厚さは、レーザ光の一部が吸収され、それが伝達されることにより、特定の応用のために必要な光学スペクトルを提供するように調整することができる。
【0045】
蛍光体セル１４０内の液体はチュービング１４８とポンプ１５０によって連続的に循環される。チュービングの第一セクション１４８ａは、リザーバ１５２をポンプ１５０に結合する。チュービングの第二セクション１４８ｂは、このポンプをセル１４０の入口１４４に結合させる。チュービングの第三セクション１４８ｃは、セル１４０の出口１４６と冷却器１５４とを結合する。そして、チュービングの第四セクション１４８ｄは、冷却器１５２からリザーバ１５０に液体を戻す。尚、「チュービング」とは加圧下で液体を循環させるための適切なパイプ又は他の管のいずれをも広く意味すると解釈されたい。
【0046】
蛍光体は使用に伴って劣化し、発光効率は時間と共に減少する。このような理由で、リザーバ１５２は、リザーバ１５２が取り外し及び交換可能なように、チュービングの第一セクション１４８ａとチュービングの第四セクション１８４ｄに継手又はコネクタ（図示せず）で結合されることが好ましい。リザーバ１５２は液体と蛍光体懸濁物を含むカートリッジであることが好ましく、このカートリッジは出力を元の値に戻すために必要な場合に交換することができる。チュービングセクション１４８ａと１４８ｄからカートリッジを外した際、カートリッジは入力端部と出力端部が自動的に閉じられて液体の逸出を防ぐ構造を取ることが好ましい。所望であれば、冷却器１５４をカートリッジの一部とすることもできる。この場合、冷却器１５４の入口とリザーバ１５２の出口の間に継手を設ける。
【0047】
リザーバ１５２の液体収容量及びそれに含まれる蛍光体の量は望ましい有効寿命を提供するよう設計することができる。種々のサイズの交換可能なカートリッジが入手可能であり、ユーザーは、有効寿命に応じて選択することができる。
【0048】
図２４のシステムは球状、楕円形状又は他の湾曲した光再利用カラー２４であって、中心部に出口開口２８を有する光再利用カラーを利用する。この光再利用カラーは、中心軸に対して所定の角度より小さい発光角度の光を放出するために、且つこのような角度より大きい発光角度の光を反射・再利用するために利用される。
【0049】
光再利用カラーは光の出力発散を制限するので、システムのエタンデュが低減される。再利用光の一部は開口２８を通って出るため、出力の輝度は向上する。使用する液体と蛍光材料の種類によっては、再利用光が十分に散乱されて光の一部を出力に再度向けるよう、光学ディフューザを蛍光セルの前後に付加することができる。これら任意のディフューザは本発明の他の実施形態と共に使用することができる。
【0050】
更に他の実施形態においては、蛍光体材料に加えて、ガラス粉、ガラスビーズ等のパッシブ拡散性粉末の懸濁液を青色レーザ光の散乱に用いることができ、吸収されなかった青色レーザ光の一部がレーザビームとしてではなく、青色散乱光として出力させる。この散乱青色レーザ光は、プロジェクションエンジン用の蛍光体からの他の色の光と合成されることになる。これにより、制御された量の青色レーザ光がプロジェクションエンジン用の非コヒーレントな青色光として使用可能となる。
【0051】
図２５に入口１４４ａと出口１４６ａを有する蛍光セル１４０を含む光源の他の実施形態を示す。図２５において、セル１４０はヒートシンク１２上に存在するか、或はヒートシンク１２に付加されている。このセルは図２４の冷却器１５４に代えて、或は冷却器１５４の機能補強のために用いられる。反射性コーティング又はミラー１５６が蛍光セル１４０の裏面に設けられ、蛍光の出力が光再利用カラー２４（使用されていれば）に向けられる。図２５において光源１４２は、レーザ光を蛍光セル１４０に向ける角度で配置される選択フィルタ１５８に光を向ける。この選択フィルタ１５０により、蛍光セル１４０が発する光１６０がフィルタ１５０を通過できる。
【0052】
図２６に、真直ぐな光パイプ１７０に出力が収容される蛍光セル１４０を用いた光再利用システムを示す。光パイプの出口端１７２には開口１７６を有する反射表面１７４が含まれ、開口の中心は中心軸と一致することにより、低角度に光ビーム１８０が光パイプ１７０を出て行き、同時に残りの光が反射して入力端１７８向かい再利用される。この反射光は散乱され再度方向付けられることから、輝度が向上する。
【0054】
図２８に、光再利用カラー２４と光源１４２、更に図２５と同様の選択フィルタ１５８を用いた光再利用システムを示す。セル１４０はヒートシンク１２に載置される。リフレクタ１８２はセル１４０とヒートシンク１２との間に位置する。ディフューザに代わりに、このリフレクタには光再利用の機構を向上させるための散乱表面を設けることができる。入力光源１４２はセル１４０の出力側に設けることができ、選択フィルタ１５８によりセル１４０に向けて反射された光と合流する。セル１４０が発する出力光１８４は開口２８から出て、選択フィルタ１５０を通過し、システムの出力となる。
【0056】
図３０に図２９の変形例を示す。この変形例では、選択フィルタ１５８に代えてプリズムからなるビームスプリッター１９０を用いる。この場合、選択ビームスプリッターは、固体ビームスプリッター六面体（立方体又は異なる大きさの面を有する直線構成の立体であることができる）の中に存在する。この六面体の全面は、立方体内の光が一部の面において全反射されるよう、光学的に仕上げがなされている。図示のように、真直ぐ又は図示のようにテーパー形状であってもよい光パイプ１７０の端部とセル１４０と、及びビームスプリッター１９０とのそれぞれの間にはギャップが設けられていることが好ましい。
【0057】
図３１に図７と同様の投射型システムを示すが、光源が蛍光セル１４０である点が異なる。蛍光セル１４０及び光再利用カラー２４の大きさは、光再利用光源のエタンデュがプロジェクションエンジン７２のエタンデュに一致するよう選択される。蛍光セル１４０固有のエタンデュと投射型システムのエタンデュとの比は光再利用システムのゲインを決定する。光源（セル１４０）は白色光を発することが好ましい。
【0058】
図３２に、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の３種の異なる色をＸキューブプリズム１９２を用いて組合せ、単一出力とした光源を示す。出力１９４はプロジェクションエンジン又は点光アプリケーションのための光源として利用される。
【0059】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載してきたが、当業者にとって種々の変形例も明らかであろう。このような変形例や改変例の全てが、添付の請求の範囲に定義される発明の範囲に包含されると解釈されたい。
【符号の説明】
【0060】
１０、１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｄ 蛍光体材料１２、２２ ヒートシンク
１４、３４ レーザ
１６ 光ビーム
１８ｃ 容器
２０ 青色ＬＥＤ
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 光再利用カラー
２６ 外表面
２８、１１１、１７６ 開口
３０ 発光軸
３２ 発光
３６、５０、８２、１９４ 出力
４０、１４２ 光源
４２、１７８ 入力端
４４、８２、１０４、１７０、１７０ａ 光パイプ
４６、５６、１０１ 出力端
４８、１９０ ビームスプリッター
５２ 中心軸
５４、１６０ 光
５８ 反射層
６０ 緑色ＬＥＤ
６２ 緑色蛍光体層
６４ ＬＥＤ光源
６６ カラーホイール
６８ 光トンネル
７０ リレーレンズ
７２ プロジェクタ
７４ プロジェクションエンジン
７６ デジタル光プロセッサイメージャ
７８ 出力プロジェクションレンズ
８０、８４ レンズ
８６、１５８ 選択フィルタ
８７ 平行ビーム
８８ 光学的集光レンズ
９０ レフレクタ
９２ 複合放物面集光器（ＣＰＣ）
９４、１７２ 出口端
９６ 環状光学リフレクタ
９８、１０４ 中心開口
１００ 選択フィルタプレート
１０２ 反射コーティング
１１４ レーザビーム
１２０ 反射性コーティング
１２２、１２４ 多重レンズ
１２６ ミラー
１３０ ホイール
１３２ モータ
１４０ 蛍光セル
１４４、１４４ａ、１７８ａ 入口
１４６、１４６ａ、１７２ａ 出口
１４８ チュービング
１４８ａ チュービングの第一セクション
１４８ｂ チュービングの第二セクション
１４８ｃ チュービングの第三セクション
１４８ｄ チュービングの第四セクション
１５０ ポンプ
１５２ リザーバ
１５４ 冷却器
１５６ フィルタ
１７４ 反射表面
１８２ リフレクタ
１８４ 出力光
１９２ Ｘキューブプリズム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23A】
【図23B】
【図23C】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【国際調査報告】