JP2012509512A - 偏光変換を行う色合成器 - Google Patents
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Abstract
光学素子、これらの光学素子を使用する色合成器、及びこれらの色合成器を使用する画像プロジェクタを説明する。この光学素子は、異なる波長スペクトル光を受光し、異なる波長スペクトル光を含む合成出力光を生成する色合成器として構成され得る。一態様では、受光された入力光は非偏光であり、合成出力光は所望の状態に偏光される。一態様では、受光された入力光は非偏光であり、合成出力光も非偏光である。光学素子は、光合成器内の波長感受性構成要素を損傷する恐れがある光の経路を最小化するように構成され得る。色合成器を使用する画像プロジェクタは、偏光を反射又は透過することによって動作する撮像モジュールを含んでよい。
【選択図】図6
【選択図】図6
Description
スクリーン上に画像を投影するために使用される投影システムは、種々の色を有する発光ダイオード(LED)などの多色光源を使用して、照射光を生成することができる。光を合成し、LEDから画像表示装置に移動させるために、いくつかの光学素子がLEDと画像表示装置との間に配置される。画像表示装置は、様々な方法を使用して光に画像を与えることができる。例えば、画像表示装置は、透過型又は反射型液晶ディスプレイと同様に偏光を使用してもよい。
画像を画面上に投影するために使用される、更なる他の投影システムは、Texas InstrumentのDigital Light Processor(DLP(登録商標))ディスプレイに使用されるアレイなどのデジタルマイクロミラーアレイから像様反射するように構成される、白色光を使用することができる。DLP(登録商標)ディスプレイでは、デジタルマイクロミラーアレイ内の個々の鏡は、投影される画像の個々のピクセルを表す。入射光が投影される光学経路に方向付けられるように、対応する鏡が傾斜される際、ディスプレイのピクセルは、照明される。光学経路内に設置される回転カラーホイールは、反射される白色光が、フィルタ処理されて、ピクセルに対応する色を投影するように、デジタルマイクロミラーアレイからの光の反射に対して時間調節される。次いで、デジタルマイクロミラーアレイは、次の所望のピクセル色に切り替えられ、プロセスは、投影されるディスプレイ全体が、連続して照明されるように見えるほど高速で継続される。デジタルマイクロミラー投影システムは、より少ないピクセル化されたアレイコンポーネントを必要とし、これは、結果として、より小さな寸法の投影機をもたらすことができる。
画像輝度は、投影システムの重要なパラメータである。色光源の輝度、及び光を収集し、合成し、均質化し、また画像表示装置へと伝送する効率性は、全て輝度に影響を及ぼす。現代のプロジェクタシステムのサイズが小型化するに従い、色光源によって生成される熱を、小さなプロジェクタシステム内に消散可能である低レベルに保ちながら、同時に、適切な出力輝度レベルを維持する必要がある。より効率的に複数の色光を合成して、光源が電力を過度に消費することなく適切な輝度レベルの出力光を供給する光合成光学システムが必要とされている。
本明細書は、概して、光学素子、これらの光学素子を使用する色合成器、及びこれらの色合成器を使用する画像プロジェクタに関する。一態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、第1の反射型偏光子から反射された第2の偏光状態の前記第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、を更に含む。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板と、第2の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、を更に含む。光学素子は、反射体であり、反射体に対して垂直な線が第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射体と、第2の反射型偏光子と前記反射体との間に配置される第3の位相差板と、を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、第1の反射型偏光子から反射された第2の偏光状態の第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、反射体であり、反射体に対して垂直な線が第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射体と、第2の反射型偏光子と反射体との間に配置される位相差板と、を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、第1の反射型偏光子から透過された第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、を更に含む。光学素子は、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、第2の反射体であり、第2の反射体に対して垂直な線が第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射体と、を更に含む。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、第1の反射体と第1の反射型偏光子との間に配置される第4の位相差板及び第2の反射体と第2の反射型偏光子との間に配置される第5の位相差板と、を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、第1及び第2の反射体、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、を更に含む。光学素子は、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、第第2の反射体であり、第2の反射体に対して垂直な線が第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射体と、を更に含む。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、第1の反射体と第1の反射型偏光子との間に配置される第4の位相差板及び第2の反射体と第2の反射型偏光子との間に配置される第5の位相差板と、を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、第1及び第2の反射体、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面に対して垂直な非偏光光線と、非偏光光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、第1の反射体に対向する側に第1の反射型偏光子に対して約90度の角度で配置される、第2の反射型偏光子と、それぞれに対して垂直な線が第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2及び第3の反射体と、を更に含む。光学素子は、第1、第2、及び第3の反射体のそれぞれに近接してそれぞれ配置される第1、第2、及び第3の位相差板を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、並びに位相差板は、第2の偏光状態の非偏光光線を第1の偏光状態の非偏光光線に変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、第1の反射体に対向する側に第1の反射型偏光子に対して約90度の角度で配置される、第2の反射型偏光子と、それぞれに対して垂直な線が第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2及び第3の反射体と、を更に含む。光学素子は、第1、第2、及び第3の反射体のそれぞれに近接してそれぞれ配置される第1、第2、及び第3の位相差板を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が第1の反射型偏光子を約45度の角度で交差するように配置される第1の反射体と、第1の反射型偏光子から透過された第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、第1の反射型偏光子と第2の反射型偏光子との間に配置される1/2波長位相差板と、を更に含む。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第1の1/4位相差板及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第2の1/4位相差板と、を更に含む。光学素子は、反射体と第1の反射型偏光子との間の第4の1/4波長位相差板を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、反射体、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線に変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、第1の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が第1の反射型偏光子を約45度の角度で交差するように配置される第1の反射体と、第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、第1の反射型偏光子と第2の反射型偏光子との間に配置される1/2波長位相差板と、を更に含む。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第1の1/4位相差板及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタと第1の反射型偏光子との間に配置される第2の1/4位相差板と、反射体と第1の反射型偏光子との間の第4の1/4波長位相差板と、を更に含み、第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線に変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、反射体と反射型偏光子との間に配置される位相差板と、を更に含み、反射型偏光子、第1の反射体、及び位相差板は、第2の偏光状態の第1及び第2の光線を第1の偏光状態の第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第2の入力面を有し、第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタと反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、第1の反射体であり、第1の反射体に対して垂直な線が反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、反射型偏光子と反射体との間に配置される第4の位相差板と、を更に含み、反射型偏光子、反射体、及び位相差板は、第1及び第2の光線を合成された非偏光光線に合成するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
更に別の態様では、本開示は、光学素子であって、第1の入力面を有し、第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、第1の光線を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子と、を含む光学素子を提供する。光学素子は、第2の入力面を有し、型偏光子に近接し、前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタに対向して配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタであって、第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタを更に含む。光学素子は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタと反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板と、反射体であり、反射体に対して垂直な線が反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射体と、反射型偏光子と反射体との間に配置される第2の位相差板と、を更に含み、反射型偏光子、反射体、及び位相差板は、第1及び第2の光線を合成された非偏光光線に合成するように配置される。更に別の態様では、本開示は、光学素子を含む色合成器を提供する。更に別の態様では、本開示は、撮像パネル及び色合成器を含むディスプレイシステムを提供する。
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、上記要約は、決して、請求された主題に関する限定として解釈されるべきでなく、主題は、手続処理の間補正することができるような書類名特許請求の範囲によってのみ規定される。
本明細書を通して添付の図面を参照するが、ここで、同様の参照番号は同様の要素を示す。
図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。しかし、所与の図中の構成要素を意味する数字の使用は、同一数字が付けられた別の図中の構成要素を制約するものではないことが理解されよう。
本明細書に記載されている光学素子は、異なる波長スペクトル光を受光し、異なる波長スペクトル光を含む合成出力光を生成する色合成器として構成され得る。一態様では、受光された入力光は非偏光であり、合成出力光は所望の状態に偏光される。一実施形態では、所望されない偏光状態を有する受光された光は再利用され、所望の偏光状態に循環されて、光利用効率を向上させる。一態様では、受光された入力光は非偏光であり、合成出力光も非偏光である。合成光は、1つを超える波長スペクトル光を含む、合成された多色光であってよい。合成光は、受光された光のそれぞれの時系列出力であってよい。一態様では、異なる波長スペクトル光それぞれは、異なる色光(例えば、赤色、緑色、及び青色)に相当し、合成出力光は白色光又は時系列の赤色、緑色、及び青色の光である。本明細書に提供される説明のために、「色光」及び「波長スペクトル光」は、両方とも、人間の目に可視である場合に、特定の色と関連付けられ得る波長スペクトル範囲を有する光を意味することが意図される。より一般的な「波長スペクトル光」という用語は、可視光、及び例えば赤外光などの他の波長スペクトル光の両方を指す。
また、本明細書に提供される説明のために、「所望の偏光状態に位置合わせされる」という用語は、光学素子を通過する光の所望の偏光状態、すなわち、s−偏光、p−偏光、右円偏光、左円偏光など所望の偏光状態に光学素子の通過軸(pass axis)を位置合わせすることに関することを意図する。図を参照して本明細書で説明する一実施形態では、第1の偏光状態に対して位置合わせされた偏光子などの光学素子は、p−偏光状態の光を通過させ、第2の偏光状態(この場合はs−偏光状態)の光を反射又は吸収する、偏光子の配向を意味する。偏光子は、必要に応じて、むしろs−偏光状態の光を通過させ、p−偏光状態の光を反射又は吸収するように位置合わせされ得ることを理解されたい。
また、本明細書に提供される説明のために、「面する」という用語は、1つの要素が、要素の表面からの垂直線が同様にもう一方の要素に対して垂直である光学経路をたどるように配置されることを指す。別の要素に面する、ある要素は、互いに隣接して配置される要素を含み得る。別の要素に面する、ある要素には、ある要素に対して垂直な光線が、もう一方の要素に対しても垂直になるように、光学系によって分離される要素を更に含むことができる。
2つ以上の非偏光の色光が光学素子に方向付けられると、それぞれは1つ以上の反射型偏光子による偏光に従って分かれ得る。以下に説明される一実施形態によると、色光合成システムは、異なる色の非偏光光源から非偏光を受光し、所望の一状態に偏光される合成出力光を生成する。一態様では、2つ、3つ、4つ、又はそれ以上の受光された色光は、それぞれ光学素子内の反射型偏光子による偏光(例えば、s−偏光及びp−偏光、又は右及び左円偏光)に従って分かれる。一偏光状態の受光された光は、所望の偏光状態になるように再利用される。
一態様によると、光学素子は、3つの色光のそれぞれからの光が反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子を備える。反射型偏光子は、マクニール偏光子、ワイヤーグリッド偏光子、多層光学フィルム偏光子、又はコレステリック液晶偏光子のような円偏光子などの任意の既知の反射型偏光子であることができる。一実施形態によると、多層光学フィルム偏光子が、好ましい反射型偏光子であることができる。
多層光学フィルム偏光子は、異なる波長の範囲光と相互作用するのに役立つ、異なる層の「束(packet)」を含んでよい。例えば、一体型の多層光学フィルム偏光子は、フィルムの厚みを通じていくつかの層の束を含んでよく、それぞれの束は、ある偏光状態を反射し他の偏光状態を透過するように、異なる波長範囲(例えば、色)の光と相互作用する。一態様では、多層光学フィルムは、例えば青色光と相互作用するフィルムの第1の面に近接する第1の層の束(すなわち「青色層」)と、例えば緑色光と相互作用する第2の層の束(すなわち「緑色層」)と、例えば赤色光と相互作用するフィルムの第2の面に近接する第3の層の束(すなわち「赤色層」)とを有することができる。典型的には、「青色層」での層間の距離間隔は、より短い(及びより高エネルギーの)青い波長の光と相互作用するために、「赤色層」での層間の距離間隔より著しく小さい。
ポリマー多層光学フィルム偏光子は、上記のフィルム層の束を含むことができる、特に好ましい反射型偏光子であり得る。多くの場合、青色光などのより高エネルギーの波長の光は、フィルムの経時的安定性に悪影響を与える可能性があり、少なくともこの理由のために、反射型偏光子と青色光との相互作用回数を最小限に抑えることが好ましい。更に、フィルムと青色光との相互作用の特質は、悪影響である経時的劣化の程度に影響する。フィルムを通る青色光の透過は、一般に「青色層」(すなわち、薄層)側から入る青色光の反射よりフィルムにとって害が少ない。また、「青色層」側からフィルムに入る青色光の反射は、「赤色層」(すなわち、厚層)側から入る青色光の反射よりフィルムにとって害が少ない。
反射型偏光子は、2つのプリズムの対角面の間に配置することができるか、又は薄膜などの自立フィルムであることができる。いくつかの実施形態では、光学素子の光利用効率は、反射型偏光子が、例えば偏光ビームスプリッタ(PBS)など2つのプリズム間に配置されると向上する。この実施形態では、PBSを通過する光のうち本来なら光路から失われることになる光の一部がプリズム面からの内部全反射(TIR)を受けて光学経路と再結合する。少なくともこの理由のために、反射型偏光子が2つのプリズムの対角面間に配置される光学素子を目的として以下の説明をするが、薄膜として使用されてもPBSは同じように機能できることを理解されたい。一態様では、PBSへの入光がTIRを受けるように、PBSプリズムの全ての外面をよく研磨する。この方法では、光はPBS内に収容され、光は部分的に均質化される。
一態様によると、色選択性ダイクロイックフィルタなどの波長選択性フィルタは、異なる有色光源のそれぞれからの入力光の経路に配置される。色選択性ダイクロイックフィルタそれぞれは、入力光線がほぼ垂直な入射角でフィルタを横切って、s−偏光及びp−偏光の分割を最小化し、また色偏移を最小化するように、配置される。各色選択性ダイクロイックフィルタは、近接する入力光源の波長スペクトルを有する光を透過し、他の入力光源の少なくとも1つの波長スペクトルを有する光を反射するように、選択される。いくつかの実施形態では、色選択性ダイクロイックフィルタそれぞれは、近接する入力光源の波長スペクトルを有する光を透過し、他の入力光源全ての波長スペクトルを有する光を反射するように、選択される。一態様では、色選択性ダイクロイックフィルタそれぞれは、各色選択性ダイクロイックフィルタの表面に対してほぼ垂直な入力光線が反射型偏光子を約45度の交差角で横切るように、反射型偏光子に対して配置される。色選択性ダイクロイックフィルタの表面に対して垂直とは、線が色選択性ダイクロイックフィルタの表面に対して垂直に通ることを意味し、ほぼ垂直とは、垂直から約20度未満、又は好ましくは垂直から約10度未満変動することを意味する。一実施形態では、反射型偏光子との交差角は、約25〜65度、35〜55度、40〜50度、43〜47度、又は44.5〜45.5度の範囲である。
一態様では、所望でない偏光状態の入力光は、入力光が反射され、位相差板を2回通過することによって偏光状態が変化する、位相差板及び色選択性ダイクロイックフィルタに方向付けられることにより所望の偏光状態に変換される。一実施形態では、位相差板は、1つの光源からの光がPBSのプリズム面に入る前に色選択性ダイクロイックフィルタ及び位相差板を通過するように、各入力光からプリズム面までの光路内に配置される。所望でない偏光状態を有する光は、少なくとも第2の色選択性ダイクロイックフィルタから反射する前後に、少なくとも第2の位相差板を2回通過することにより変換されて、所望の偏光状態に変化する。
一実施形態では、位相差板は、色選択性ダイクロイックフィルタと反射型偏光子との間に配置される。色選択性ダイクロイックフィルタと位相差板と光源の配向との特定の組み合わせは全て協働して、色合成器として構成されたときに単一の偏光状態の合成光を効率的に生成する、より小さく、よりコンパクトな光学素子を可能にする。一態様によると、位相差板は、偏光状態の反射型偏光子に対しておよそ45度に位置合わせされた1/4波長位相差板である。一態様では、位置合わせは、偏光状態の反射型偏光子に対して35〜55度、40〜50度、43〜47度、又は44.5〜45.5度であってよい。
一態様では、第1の色光は非偏光の青色光を含み、第2の色光は非偏光の緑色光を含み、第3の色光は非偏光の赤色光を含み、色光合成器は、この赤色光と青色光と緑色光とを合成して、偏光白色光を生成する。一態様では、第1の色光は非偏光の青色光を含み、第2の色光は非偏光の緑色光を含み、第3の色光は非偏光の赤色光を含み、色光合成器は、この赤色光と緑色光と青色光とを合成して、時系列化偏光の赤色、緑色及び青色光を生成する。一態様では、第一、第二及び第三の色光のそれぞれは、別個の光源に配置される。別の態様では、3つの色光のうちの1つを超えるものが、光源の1つに合成される。更に別の態様では、3つを超える色光が光学素子で合成されて、合成光が生成される。
一態様によると、反射型偏光フィルムは多層光学フィルムを含む。一実施形態では、PBSは、p−偏光の第2の色光、並びにs−偏光の第1及び第3の色光を含む第1の合成出力光を生成する。別の実施形態では、PBSは、p−偏光の第1及び第3の色光、並びにs−偏光の第2の色光を生成する。第1の合成出力光は、第2の色光がフィルタを通過するときに第2の色光の偏光を選択的に変化させる色選択性積層リターデーションフィルタを通過することができる。このような色選択性積層リターデーションフィルタは、例えば、ColorLink Inc,Boulder,COから入手可能である。このフィルタは、同じ偏光(例えば、s−偏光)を有するように合成された第1、第2、及び第3の色光を含む第2の合成出力光を生成する。第2の合成出力は、偏光を変調して画像を生成する透過型又は反射型表示機構の照明に有用である。
光線としては、PBSに入るときに、コリメート可能な、収束可能な、又は発散可能な光線が挙げられる。PBSに入る収束光又は発散光は、PBSの面又は末端部のうちの1つによって損失される可能性がある。かかる損失を回避するために、プリズムに基づくPBSの外面の全ては、PBS内での内部全反射(TIR)を可能にするために、研磨することができる。TIRを可能にすることによって、PBSに入る光の利用が改善され、その結果、角度範囲内のPBSに入る光の実質的に全てが、所望の面を通ってPBSを出るように方向付け直される。
各色光の偏光成分は、偏光回転反射体まで通過することができる。偏光回転反射体は、偏光回転反射体内に配置される位相差板のタイプ及び配向に応じて、光の伝搬方向を屈折させ、偏光成分の大きさを変化させる。偏光回転反射体は、色選択性ダイクロイックフィルタ及び位相差板などの波長選択性鏡を含むことができる。1/8波長位相差板及び1/4波長位相差板などの位相差板は、任意の所望のレターデーションを提供することができる。本明細書に記載される実施形態では、1/4波長位相差板及び関連ダイクロイック反射体を使用することが有利である。直線偏光は、光偏光軸に対して45度の角度に位置合わせされた1/4波長位相差板を通過する際、円偏光に変化される。続く色合成器内での反射型偏光子及び1/4波長位相差板/反射体からの反射は、結果として、色合成器からの有効な合成された出力光をもたらす。対照的に、直線偏光は、他の位相差板及び配向を通過する際、s−偏光とp−偏光との間の途中の偏光状態(楕円形又は直線形のいずれか)に変化され、結果として、合成器のより低い効率をもたらす可能性がある。偏光回転反射体は、一般に色選択性ダイクロイックフィルタ及び位相差板を備える。近接する光源に対する位相差板及び色選択性ダイクロイックフィルタの位置は、偏光成分それぞれの所望の経路によって異なり、図を参照しながら他の個所で記載される。一態様では、反射型偏光子は、コレステリック液晶偏光子などの円偏光子であることができる。この態様によると、偏光回転反射体は、関連する任意の位相差板を伴わない色選択性ダイクロイックフィルタを備えることができる。
プリズム、反射型偏光子、1/4波長位相差板、鏡、フィルタ又は他の構成要素などの光学素子の構成要素は、好適な光学接着剤によって共に固着することができる。構成要素を共に固着するために使用される光学接着剤は、光学素子で使用されるプリズムの屈折率以下の屈折率を有する。完全に共に固着された光学素子は、組み立て中、取り扱い中、及び使用中に位置合わせ安定性などの利点を提供する。いくつかの実施形態では、2つの近接するプリズムは、光学接着剤を使用して共に固着されてよい。いくつかの実施形態では、一体型の光学構成要素は、他の個所で記載するように、例えば2つの近接する三角プリズムの光学系を組み込んだ1つの三角プリズムなどの、2つの近接するプリズムの光学系を組み込んでよい。
上述される実施形態は、図面及びそれらの以下の付随の説明を参照することによって、より容易に理解することができる。
図1は、PBSの斜視図である。PBS 100は、プリズム110及び120の対角面間に配置され、反射型偏光子190を含む。プリズム110は、2つの端面175、185と、間に90度の角度を有する第1及び第2のプリズム面130、140とを含む。プリズム120は、2つの端面170、180と、間に90度の角度を有する第3及び第4のプリズム面150、160とを含む。第1のプリズム面130は、第3のプリズム面150に対して平行であり、第2のプリズム面140は、第4のプリズム面160に対して平行である。「第1」、「第2」、「第3」及び「第4」で図1に示される4つのプリズム面の識別番号は、続くPBS 100の説明を明確化するためだけに用いられる。第1の反射型偏光子190は、デカルト反射型偏光子であっても、非デカルト反射型偏光子であってもよい。非デカルト反射型偏光子には、マクニール偏光子など、無機誘電体の逐次堆積によって生成されるものなどの多層無機フィルムを挙げることができる。デカルト反射型偏光子は、偏光軸状態を有し、これには、ワイヤーグリッド偏光子、及び多層ポリマー積層体を押出成形し、続いて延伸することによって形成することができるものなどのポリマー多層光学フィルムの両方が挙げられる。一実施形態では、反射型偏光子190は、1つの偏光軸が、第1の偏光状態195に対して平行であり、第2の偏光状態196に対して垂直になるように位置合わせされる。一実施形態では、第1の偏光状態195は、s−偏光状態であってよく、第2の偏光状態196は、p−偏光状態であってよい。別の実施形態では、第1の偏光状態195は、p−偏光状態であってよく、第2の偏光状態196は、s−偏光状態であってよい。図1に示されるように、第1の偏光状態195は、端面170、175、180、185のそれぞれに対して垂直である。
デカルト反射型偏光子フィルムは、完全にコリメートされていない、中心光ビーム軸から発散又は歪曲している入力光線を高効率で通過させる能力を有する、偏光ビームスプリッタを提供する。デカルト反射型偏光子フィルムは、誘電体又はポリマー材料の多層を含むポリマー多層光学フィルムを含むことができる。誘電体フィルムを使用することによって、光の減衰が低く、光を通過させる効率が高いという利点を有することができる。多層光学フィルムは、米国特許第5,962,114号(Jonzaら)又は同第6,721,096号(Bruzzoneら)に記載されるものなどのポリマー多層光学フィルムを含むことができる。
図2は、いくつかの実施形態で使用される、PBSに対する1/4波長位相差板の位置合わせの斜視図である。1/4波長位相差板は、入射光の偏光状態を変化させるために使用することができる。PBS位相差板システム200は、第1のプリズム110及び第2のプリズム120を有する、PBS 100を含む。1/4波長位相差板220は、第1のプリズム面130に隣接して配置される。反射型偏光子190は、例えば、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた、デカルト反射型偏光子フィルムである。1/4位相差板220は、第1の偏光状態195に対して45度に位置合わせされ得る1/4波長偏光状態295を含む。図2は、第1の偏光状態195に対して時計方向に45度に位置合わせされた偏光状態295を示すが、偏光状態295は、代わりに第1の偏光状態195に対して反時計方向に45度に位置合わせされてよい。いくつかの実施形態では、1/4波長偏光状態295は、第1の偏光状態195に対して、任意の度数の配向、例えば、反時計方向に90度から時計方向に90度に位置合わせされることができる。記載されるように位相差板を約+/−45度で配向することが有利である可能性があるが、それは、直線偏光が、偏光状態に対してそのように位置合わせされた1/4波長位相差板を通過する際に、円偏光がもたらされるためである。1/4波長位相差板の他の配向は、鏡からの反射を受けて、p−偏光に完全に変換されていないs−偏光、及びs−偏光に完全に変換されていないp−偏光をもたらす可能性があり、結果として、本明細書の他の個所に記載される光学素子の効率が低減する。
図3は、研磨されたPBS 300内の光線の経路の平面図を示す。一実施形態によると、プリズム110及び120の、第1、第2、第3及び第4のプリズム面130、140、150、160は、研磨された外表面である。別の実施形態によると、PBS 100の外面の全て(端面を含む、図示せず)は、研磨された面であり、これは、研磨されたPBS 300内に斜光線のTIRをもたらす。研磨された外表面は、プリズム110及び120の屈折率「n2」未満の屈折率「n1」を有する物質と接触している。TIRは、特に、研磨されたPBS 300内に方向付けられる光が、中心軸に沿ってコリメートされていない、すなわち、入射光が、収束光又は発散光のいずれかである場合、研磨されたPBS 300における光利用を改善する。少なくともいくつかの光は、第3のプリズム面150を通って出るまで、内部全反射によって研磨されたPBS 300内に閉じ込められる。場合によっては、実質的に全ての光が、第3のプリズム面150を通って出るまで、内部全反射によって研磨されたPBS 300内に閉じ込められる。
図3に示されるように、光線L0は、角度範囲θ1内で第1のプリズム面130に入る。研磨されたPBS 300内の光線L1は、プリズム面140、160及び端面(図示せず)でTIR条件が満たされるように、角度範囲θ2で伝搬する。光線「AB」、「AC」、及び「AD」は、第3のプリズム面150を通って出る前に異なる入射角で反射型偏光子190を横断する、研磨されたPBS 300を通る光の多くの経路のうちの3つを表す。また、光線「AB」及び「AD」は両方とも、出る前に、それぞれプリズム面160及び140でTIRを受ける。研磨されたPBS 300の端面でも反射を生じさせることができるように、角度θ1及びθ2の範囲は、円錐角であってもよいことを理解されたい。一実施形態では、反射型偏光子190は、広範囲の入射角にわたり、異なる偏光の光を効率的に分割するように選択される。ポリマー多層光学フィルムは、広範囲の入射角にわたり、光を分割するために、特によく適している。マクニール偏光子及びワイヤーグリッド偏光子を含む他の反射型偏光子を使用することができるが、偏光の分割にそれ程効率的ではない。マクニール偏光子は、典型的には偏光選択表面に対して45度であるか又はPBSの入力面に垂直である設計角と実質的に異なる入射角では光を効率的に透過しない。マクニール偏光子を使用する効率的な偏光分割は、垂直よりも約6又は7度低い入射角に制限することができるが、それはp−偏光状態の有意な反射がいくらか大きい角度で生じ得、s−偏光の有意な透過もいくらか大きい角度で生じ得るからである。両方の効果は、マクニール偏光子の分割効率を低減し得る。ワイヤーグリッド偏光子を使用して偏光を効率的に分割するには、典型的に、ワイヤの一方の側に隣接する空隙が必要であり、ワイヤーグリッド偏光子が、より高い屈折率の媒体に埋没される際、効率が低下する。偏光の分割に使用されるワイヤーグリッド偏光子は、例えば、国際公開第2008/1002541号に示されている。
一態様では、図4は、第1のPBS 100及び第2のPBS 100’を含む色合成器400として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器400は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1及び第2の光源440、450から発せられる各偏光状態の光線の経路が、色合成器400の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図4に示される。第1のPBS 100は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のプリズム110、120の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた反射型偏光子190を含む。第2のPBS 100’は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のプリズム110’、120’の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた反射型偏光子190’を含む。反射体460は、プリズム面140’に近接して配置され、位相差板220は、反射体460と反射型偏光子190’との間に配置される。
第1及び第2の波長選択性フィルタ410、420は、第1のプリズム面130に面して配置される。第1及び第2の波長選択性フィルタ410、420のそれぞれは、第1及び第2の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された、色選択性ダイクロイックフィルタであり得る。一態様では、反射型偏光子190は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように、第1及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタ410、420に近接して配置される青色層を含む。
位相差板220は、第1及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタ410、420のそれぞれに面して配置される。位相差板220、色選択性ダイクロイックフィルタ(410、420)、反射型偏光子(190、190’)、及び反射体460は協働して、他の個所で記載されるように、一偏光状態の光を第1のPBS 100の第3のプリズム面150及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’に透過し、他の偏光状態の光を再利用する。以下の一実施形態では、色合成器400内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。
別の態様によると、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)が、光源を偏光ビームスプリッタから隔てる間隔を与え、更にいくらかの光のコリメーションをもたらすように、第1及び第2の光源440、450のそれぞれに設けられてもよい。光トンネルは、直線側面若しくは湾曲側面を有してよく、又はレンズシステムで置換することができる。各用途の具体的詳細により、異なる手法が好ましい場合があり、当業者は、特定の用途に最適な手法を選択することにおいて、困難に直面することはないであろう。
オプションのインテグレータ(図示せず)が、合成出力光の均一性を向上させるように、色合成器400又は本明細書に記載の任意の色合成器の出力(第3及び第4のプリズム面150、160’)に提供されてもよい。一態様によると、各光源(440、450)は、1つ以上の発光ダイオード(LED)を備える。様々な光源、例えば、レーザー、半導体レーザー、有機LED(OLED)、並びに適切な集光器及び反射体を備えた超高圧(UHP)、ハロゲンランプ又はキセノンランプなどの非固体状態の光源を使用することができる。本発明で有用な光源、光トンネル、レンズ及び光インテグレータは、例えば、米国特許出願公開第2008/0285129号に更に記載されており、この開示は、その全体が本明細書に含まれる。
ここで図4を参照して第1の色光441の経路について説明すると、非偏光の第1の色光441は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第1の色光442として、及び第2のPBS 10’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第1の色光445として出る。
第1の光源440は、非偏光の第1の色光441を第1の色選択性ダイクロイックフィルタ410、1/4波長位相差板220を通して入射させ、この色光は第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光442とs−偏光の第1の色光443とに分かれる。P−偏光の第1の色光442は、反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第1の色光442として第1のPBS 100を出る。
S−偏光の第1の色光443は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出て、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、反射型偏光子190’から反射する。次に、s−偏光の第1色光443は、第2プリズム面140’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光444に変化する。円偏光444は、反射体460から反射して、円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光445に変化する。P−偏光の第1の色光445は、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、変化せずに反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第1の色光445として第2のPBS 100’を出る。
ここで図4を参照して第2の色光451の経路について説明すると、非偏光の第2の色光451は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第2の色光452として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第2の色光455として出る。
第2の光源450からの非偏光の第2の色光451は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ420、1/4波長位相差板220を通過し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第2の色光452とs−偏光の第2の色光453とに分かれる。P−偏光の第2の色光452は、反射型偏光子190を通過し、p−偏光の第2の色光452として第3のプリズム面150を通って第1のPBS 100を出る。
S−偏光の第2の色光453は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出て、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、反射型偏光子190’から反射する。次に、s−偏光の第2の色光453は、第2プリズム面140’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光454に変化する。円偏光454は、反射体460から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光455に変化する。P−偏光の第2の色光455は、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、変化せずに反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第2の色光445として第2のPBS 100’を出る。
一実施形態では、第1の色光441は緑色光であり、第2の色光451はマゼンタ色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ410は、赤色及び青色(すなわち、マゼンタ色)光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ420は、緑色光を反射しマゼンタ色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、反射型偏光子190、190’のそれぞれにより、第1の偏光状態の第2の色光451の青色成分は1回透過され、第2の偏光状態の第2の色光451の青色成分は1回反射される。1回の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190の配向に起因する。
一態様では、図5は、色合成器500として構成された光学素子の平面概略図であり、図4に示される色合成器400と類似の方法で機能する。図5では、図4の色合成器400の第1のPBS 100及び第2のPBS 100’の第1及び第3のプリズム(110、110’)は、1つの一体型プリズム110”に結合されている。色合成器500は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源(540、550、560)から発せられる各偏光の光線の経路が、色合成器500の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図5に示される。色合成器500は、他の個所で記載されるように、第2及び第4のプリズム(120、120’)と一体型プリズム110”との対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた第1及び第2の反射型偏光子(190、190’)を含む。
一態様では、第1及び第2の反射型偏光子190、190’は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、第1の反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように、第1、第2、及び第3の光源(540、550、560)に近接して配置される青色層を含み、第2の反射型偏光子190’は、第1の反射型偏光子190’に近接して配置される青色層を含む。
位相差板220は、反射体570と第2の反射型偏光子190’との間に配置される。位相差板220、反射体570、並びに第1及び第2の反射型偏光子190、190’は協働して、他の個所で記載されるように、一偏光状態の光を第3プリズム面150及び第4プリズム面160’を通って透過させ、他の偏光状態の光を再利用する。以下の一実施形態では、色合成器500内の位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。
別の態様によると、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)は、図4を参照して他の個所で記載されるように、第1、第2、及び第3の光源(540、550、560)のそれぞれに設けられてよく、この開示は図5にも等しく適用される。場合によっては、第1、第2、及び第3の光源(540、550、560)は、他の個所で記載されるように別個の色のLED光源であってよく、独立した光トンネル(図示せず)又は連結された光トンネル430のいずれかを含んでよい。場合によっては、第1、第2、及び第3の光源(540、550、560)は、代わりに白色光などの合成色光源(図示せず)であってよい。
ここで図5を参照して第1の色光541の経路について説明すると、非偏光の第1の色光541は、第3のプリズム面150をp−偏光の第1の色光542として、及び第4のプリズム面160’をp−偏光の第1の色光545として出る。
第1の光源540からの非偏光の第1の色光541は、第1のプリズム面130に入り、第1の反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光542とs−偏光の第1の色光543とに分かれる。P−偏光の第1の色光542は、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第1の色光542として出る。
S−偏光の第1の色光543は、第1の反射型偏光子190から反射し、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130を通って出る。S−偏光の第1の色光543は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光544に変化し、反射体570から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光545に変化する。P−偏光の第1の色光545は、第1のプリズム面130を通って入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第1の色光545として出る。
第2の色光551及び第3の色光561の経路は、前述の第1の色光541の経路と同一であることが図5でわかる。したがって、非偏光の第2の色光551は、第4のプリズム面160’をp−偏光の第2の色光555として、及び第3のプリズム面150をp−偏光の第2の色光552として出る。また、非偏光の第3の色光561は、第4のプリズム面160’をp−偏光の第3の色光565として、及び第3のプリズム面150をp−偏光の第2の色光562として出る。
第2の光源550からの非偏光の第2の色光551は、第1のプリズム面130に入り、第1の反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第2の色光552とs−偏光の第2の色光553とに分かれる。P−偏光の第2の色光552は、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第2の色光552として出る。
S−偏光の第2の色光553は、第1の反射型偏光子190から反射し、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130を通って出る。S−偏光の第2の色光553は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光554に変化し、反射体570から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光555に変化する。P−偏光の第2の色光555は、第1のプリズム面130を通って入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第2の色光555として出る。
第3の光源560からの非偏光の第3の色光561は、第1のプリズム面130に入り、第1の反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第3の色光562とs−偏光の第3の色光563とに分かれる。P−偏光の第3の色光562は、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第3の色光562として出る。
S−偏光の第3の色光563は、第1の反射型偏光子190から反射し、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130を通って出る。S−偏光の第3の色光563は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光564に変化し、反射体570から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第3の色光565に変化する。P−偏光の第3の色光565は、第1のプリズム面130を通って入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第3の色光565として出る。
一実施形態では、第1の色光541は赤色光であり、第2の色光551は緑色光であり、第3の色光561はマゼンタ色光である。この実施形態によると、反射型偏光子190、190’のそれぞれにより、第1の偏光状態の第3の色光551の青色成分が1回透過され、第2の偏光状態の第2の色光551の青色成分が1回反射される。1回の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190、190’の配向に起因する。場合によっては、第1、第2、及び第3の光源(540、550、560)は、白色光などの合成色光源(図示せず)である。
一態様では、図6は、第1のPBS 100及び第2のPBS 100’を含む色合成器600として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器600は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源650、660、670から発せられる各偏光の光線の経路が、色合成器600の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図6に示される。第1のPBS 100及び第2のPBS 100’は、他の個所で記載されるように第1及び第2のプリズム110、120及び110’、120’の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた第1及び第2の反射型偏光子190、190’を含む。一実施形態では、第2のPBS 100’の第2のプリズム120’及び第1のPBS 100の第2のプリズム120は、例えば、3面が第2の反射型偏光子190’、第1の反射型偏光子190、並びに第4のプリズム面160’及び第3のプリズム面150で囲まれたプリズムなどの、一体型の光学構成要素(図示せず)であってよい。
第1の波長選択性フィルタ610は、第1のPBS 100の第1のプリズム面130に面して配置される。第2及び第3の波長選択性フィルタ(620、630)は、第2のPBS 100’の第2のプリズム面140’に面して配置される。第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ610、620、630のそれぞれは、第1、第2、及び第3の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された色選択性ダイクロイックフィルタであり得る。一態様では、第1の反射型偏光子190及び第2の反射型偏光子190’は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、第1の反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ610に近接して配置される青色層を含み、第2の反射型偏光子190’は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ620及び第3の色選択性ダイクロイックフィルタ630の両方に近接して配置される青色層を含む。
広帯域鏡640を備える偏光回転反射体は、第1のPBS 100の第2のプリズム面140に面して配置される。偏光回転反射体は、第2のプリズム面140と広帯域鏡640との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡640及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を離れる光の偏光状態を変換し、変換された偏光状態の光を第1のPBS 100に戻すように方向付け直す働きをする。
広帯域鏡680を備える偏光回転反射体は、第2のPBS 100’の第1のプリズム面130’に面して配置される。偏光回転反射体は、第1プリズム面130’と広帯域鏡680との間に配置された位相差板220を更に備える。広帯域鏡680及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を離れる光の偏光状態を変換し、変換された偏光状態の光を第2のPBS 100’に戻すように方向付け直す働きをする。
位相差板220は、第1、第2、及び第3の色選択性フィルタ(610、620、630)のそれぞれに面して配置される。場合によっては、図6に示されるように、位相差板220は、第1のPBS 100の第1のプリズム面130及び第2のPBS 100’の第2のプリズム面140’に及ぶ一体型の位相差板220であってよい。場合によっては、別個の位相差板220を各色選択性フィルタ(610、620、630)に近接して配置してよい。位相差板220、色選択性フィルタ(610、620、630)、反射体(640、680)、並びに第1及び第2の反射型偏光子190、190’は協働して、他の個所で記載されるように、一偏光状態の光を第1のPBS 100の第3プリズム面150及び第2のPBS 100’の第4プリズム面160’を通って透過させ、他の偏光状態の光を再利用する以下の一実施形態では、色合成器600内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。
別の態様によると、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)は、図4を参照して他の個所で記載されるように、第1、第2、及び第3の光源650、660、670のそれぞれに設けられてよく、この開示は図6にも等しく適用される。
ここで図6を参照して第1の色光651の経路について説明すると、非偏光の第1の色光651は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第1の色光652として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第1の色光659として出る。
第1の光源650からの非偏光の第1の色光651は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ610、1/4波長位相差板220を通過し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光652とs−偏光の第1の色光653とに分かれる。P−偏光の第1の色光652は、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第1の色光652として第1のPBS 100を出る。
S−偏光の第1の色光653は、第1の反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光654に変化し、広帯域鏡640から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光655に変化する。P−偏光の第1の色光655は、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通って第1のPBS 100を出て、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を出る。P−偏光の第1の色光655は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光656に変化し、広帯域鏡680から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第1の色光657に変化し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’から反射し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’を出る。S−偏光の第1の色光657は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光658に変化し、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ620又は第3の色選択性ダイクロイックフィルタ630のいずれかから反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光659になり、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第1の色光659として第2のPBS 100’を出る。
ここで図6を参照して第2の色光661の経路について説明すると、非偏光の第2の色光661は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第2の色光669として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第2の色光662として出る。
第2の光源660からの非偏光の第2の色光661は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ620、1/4波長位相差板220を通過し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第2の色光662とs−偏光の第2の色光663とに分かれる。P−偏光の第2の色光662は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第2の色光662として第2のPBS 100’を出る。
S−偏光の第2の色光663は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光664に変化し、広帯域鏡680から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光665に変化し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出る。P−偏光の第2の色光665は、第4のプリズム面160を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光666に変化する。円偏光666は、広帯域鏡640から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第2の色光667に変化し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100を出る。S−偏光の第2の色光667は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光668に変化し、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ610から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光669に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入る。P−偏光の第2の色光669は、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第2の色光669として第1のPBS 100を出る。
ここで図6を参照して第3の色光671の経路について説明すると、非偏光の第3の色光671は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第3の色光679として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第3の色光675として出る。図6に示されるように、色合成器600を通る第3の色光671の経路と第2の色光661の経路とが類似することが理解されるであろう。
第2の光源670からの非偏光の第3の色光671は、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ630、1/4波長位相差板220を通過し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第3の色光672とs−偏光の第3の色光673とに分かれる。P−偏光の第3の色光672は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第3の色光672として第2のPBS 100’を出る。
S−偏光の第3の色光673は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光674に変化し、広帯域鏡680から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第3の色光675に変化し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出る。P−偏光の第3の色光675は、第4のプリズム面160を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光676に変化する。円偏光676は、広帯域鏡640から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第3の色光677に変化し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100を出る。S−偏光の第3の色光677は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光678に変化し、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ610から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第3の色光679に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入る。P−偏光の第3の色光679は、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第3の色光679として第1のPBS 100を出る。
一実施形態では、第1の色光651は緑色光であり、第2の色光661は青色光であり、第3の色光671は赤色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ610は、赤色光及び青色光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ620は、緑色光及び赤色光を反射し青色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ630は、青色光及び緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、第1の偏光状態の青色の第2の色光661は、反射型偏光子190、190’のそれぞれを通って2回透過され、第2の偏光状態の青色の第2の色光661は、反射型偏光子190、190’のそれぞれにより1回反射される。1回の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190、190’の配向に起因する。
一実施形態では、第4の色光(図示せず)も色合成器600に入射させることができる。この実施形態では、偏光回転反射体は、上記の広帯域鏡640の代わりとなる第4の色選択性ダイクロイックフィルタ、任意の光トンネル、並びに第1、第2、及び第3の光源650、660、670と同様の方法で配置される第4の光源、任意の光トンネル430、並びに図6に示される色選択性ダイクロイックフィルタ610、620、630を備える。第4の色選択性ダイクロイックフィルタは、第1、第2、及び第3の色光651、661、671を反射し、第4の色光(図示せず)を透過する。この実施形態では、第4の色光はまた、第1のPBS 100の第3のプリズム面150及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光状態で通過する。
一態様では、図7は、第1のPBS 100及び第2のPBS 100’を含む色合成器700として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器700は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源740、750、760から発せられる各偏光の光線の経路が、色合成器700の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図7に示される。第1のPBS 100及び第2のPBS 100’は、他の個所で記載されるように第1及び第2のプリズム110、120及び110’、120’の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた第1及び第2の反射型偏光子190、190’を含む。
第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ710、720、730は、第2のPBS 100’の第2のプリズム面140’に面して配置される。第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ710、720、730のそれぞれは、第1、第2、及び第3の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された色選択性ダイクロイックフィルタであり得る。一態様では、第1及び第2の反射型偏光子190、190’は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、第2の反射型偏光子190’は、他の個所で記載されるように、第1、第2、及び第3の色選択性ダイクロイックフィルタ(710、720、730)に近接して配置される青色層を含み、第1の反射型偏光子190は、対向する第2の反射型偏光子190’に面して配置される青色層を含む。
広帯域鏡(740、750、790)を備える第1、第2、及び第3の偏光回転反射体は、それぞれ第1のPBS 100の第2及び第1のプリズム面140、130、並びに第2のPBS 100’の第1のプリズム面130’に面して配置される。各偏光回転反射体は、それぞれのプリズム面と広帯域鏡との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡740、750、790及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のPBS 100、100’を出て再び入る光の偏光状態を変換する働きをする。
位相差板220、色選択性フィルタ(710、720、730)、広帯域鏡(740、750、790)、並びに第1及び第2の反射型偏光子190、190’は協働して、他の個所で記載されるように、一偏光状態の光を第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’及び第1のPBS 100の第3のプリズム面150を通って透過させ、他の偏光状態の光を再利用する。以下の一実施形態では、色合成器700内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。
別の態様によると、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)は、図4を参照して他の個所で記載されるように、第1、第2、及び第3の光源740、750、760のそれぞれに設けられてよく、この開示は図7にも等しく適用される。
ここで図7を参照して第1の色光761の経路について説明すると、非偏光の第1の色光761は、第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第1の色光762として、及び第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第1の色光769として出る。
第1の光源760からの非偏光の第1の色光761は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ710、1/4波長位相差板220を通過し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第1の色光762とs−偏光の第1の色光763とに分かれる。P−偏光の第1の色光762は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第1の色光762として第2のPBS 100’を出る。
S−偏光の第1の色光763は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光の第1の色光764に変化し、第3の広帯域鏡790から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光765に変化し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入る。P−偏光の第1の色光765は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出て、第4のプリズム面160を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出る。P−偏光の第1の色光765は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光766に変化し、第1の広帯域鏡740から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第1の色光767に変化する。S−偏光の第1の色光767は、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光768に変化する。円偏光768は、第2の広帯域鏡750から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光769に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第1の色光769として第1のPBS 100を出る。
ここで図7を参照して第2の色光771の経路について説明すると、非偏光の第2の色光771は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第2の色光779として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第2の色光772として出る。図7に示されるように、色合成器600を通る第1の色光761の経路と、第2の色光771の経路と、第3の色光781の経路とが類似することが理解されるであろう。
第2の光源770からの非偏光の第2の色光771は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ720、1/4波長位相差板220を通過し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第2の色光772とs−偏光の第2の色光773とに分かれる。P−偏光の第2の色光772は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第2の色光772として第2のPBS 100’を出る。
S−偏光の第2の色光773は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光の第2の色光774に変化し、第3の広帯域鏡790から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光775に変化し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入る。P−偏光の第2の色光775は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出て、第4のプリズム面160を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出る。P−偏光の第2の色光775は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光776に変化し、第1の広帯域鏡740から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第2の色光777に変化する。S−偏光の第2の色光777は、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光778に変化する。円偏光778は、第2の広帯域鏡750から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光779に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第2の色光779として第1のPBS 100を出る。
ここで図7を参照して第3の色光781の経路について説明すると、非偏光の第3の色光781は、第1のPBS 100の第3のプリズム面150をp−偏光の第3の色光789として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第3の色光782として出る。
第3の光源780からの非偏光の第3の色光781は、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ730、1/4波長位相差板220を通過し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第3の色光782とs−偏光の第3の色光783とに分かれる。P−偏光の第3の色光782は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第3の色光782として第2のPBS 100’を出る。
S−偏光の第3の色光783は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光の第3の色光784に変化し、第3の広帯域鏡790から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第3の色光785に変化し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入る。P−偏光の第3の色光785は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出て、第4のプリズム面160を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出る。P−偏光の第3の色光785は、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光786に変化し、第1の広帯域鏡740から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第3の色光787に変化する。S−偏光の第3の色光787は、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光788に変化する。円偏光788は、第2の広帯域鏡750から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第3の色光789に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってp−偏光の第3の色光789として第1のPBS 100を出る。
一実施形態では、第1の色光761は緑色光であり、第2の色光771は青色光であり、第3の色光781は赤色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ710は、赤色光及び青色光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ720は、緑色光及び赤色光を反射し青色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ730は、青色光及び緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、第1の偏光状態の青色の第2の色光771は、第2の反射型偏光子190’を通って2回、第1の反射型偏光子190を通って2回透過され、第2の偏光状態の青色の第2の色光751は、第2の反射型偏光子190’及び第1の反射型偏光子190のそれぞれにより1回反射される。各反射型偏光子からの1回の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190、190’の配向に起因する。
一態様では、図8は、PBS 100と、PBS 100の第3のプリズム面150に近接する反射プリズム120’とを含む色合成器800として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器800は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1及び第2の光源860、870から発せられる各偏光状態の光線の経路が、色合成器800の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図8に示される。PBS 100は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のプリズム110、120の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた反射型偏光子190を含む。反射プリズム120’は、他の個所で記載されるように、PBS 100を出る光の一部を方向付け直す。反射プリズム120’は、間に90度の角度を有する第5プリズム面150’、第6プリズム面160’、及び広帯域鏡840を有する対角プリズム面とを含む。広帯域鏡840はまた、他の個所に記載の薄膜反射型偏光子に類似の薄膜であってもよく、反射プリズム120’を必要としない。一実施形態では、反射プリズム120’及び第2のプリズム120は、例えば、3面が広帯域鏡840、反射型偏光子190、並びに第3及び第6のプリズム面150、160’で囲まれたプリズムなど一体型の光学構成要素(図示せず)であってよい。
第1及び第2の波長選択性フィルタ810、820は、第1のプリズム面130に面して配置される。第1及び第2の波長選択性フィルタ810、820のそれぞれは、第1及び第2の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された、色選択性ダイクロイックフィルタであり得る。一態様では、反射型偏光子190は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように、第1及び第2の色選択性ダイクロイックフィルタ810、820に近接して配置される青色層を含む。
広帯域鏡850を備える偏光回転反射体は、PBS 100の第2のプリズム面140に面して配置される。偏光回転反射体は、第2のプリズム面140と広帯域鏡850との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡850及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を離れる光の偏光状態を変換し、変換された偏光状態の光をPBS 100に戻すように方向付け直す働きをする。
位相差板220、色選択性ダイクロイックフィルタ(810、820)、広帯域鏡(840、850)、及び反射型偏光子190は協働して、他の個所で記載されるように、一偏光状態の光を第4及び第6のプリズム面160、160’を通って透過させ、他の偏光状態の光を再利用する。以下の一実施形態では、色合成器800内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。別の態様によると、他の個所で記載されるように、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)が第1及び第2の光源860、870のそれぞれに設けられてよい。
ここで図8を参照して第1の色光861の経路について説明すると、非偏光の第1の色光861は、第4のプリズム面160をp−偏光の第1の色光865として、及び第6のプリズム面160’をp−偏光の第1の色光862として出る。
第1の光源860は、非偏光の第1の色光861を第1の色選択性ダイクロイックフィルタ810を通して入射させ、この色光は第1のプリズム面130を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光862とs−偏光の第1の色光863とに分かれる。P−偏光の第1の色光862は、反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出て、第5のプリズム面150’を通って反射プリズム120’に入り、広帯域鏡840から反射し、第6のプリズム面160’を通ってp−偏光の第1の色光862として反射プリズム120’を出る。
S−偏光の第1の色光863は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光864に変化する。円偏光864は、広帯域鏡850から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光865に変化する。P−偏光の第1の色光865は、第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、変化せずに反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第1の色光865としてPBS 100を出る。
ここで図8を参照して第2の色光871の経路について説明すると、非偏光の第2の色光871は、第4のプリズム面160をp−偏光の第2の色光875として、及び第6のプリズム面160’をp−偏光の第2の色光872として出る。
第2の光源870からの非偏光の第2の色光871は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ820を通過し、第1のプリズム面130を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第2の色光872とs−偏光の第2の色光873とに分かれる。P−偏光の第2の色光872は、反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出て、第5のプリズム面120’を通って反射プリズム120’に入り、広帯域鏡840から反射し、第6のプリズム面160’を通ってp−偏光の第2の色光862として反射プリズム120’を出る。
S−偏光の第2の色光873は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光874に変化する。円偏光874は、広帯域鏡850から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光875に変化する。P−偏光の第2の色光875は、第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、変化せずに反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第2の色光875としてPBS 100を出る。
一実施形態では、第1の色光861は緑色光であり、第2の色光871はマゼンタ色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ810は、赤色及び青色(すなわち、マゼンタ色)光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ820は、緑色光を反射しマゼンタ色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、反射型偏光子190により、第1の偏光状態の第2の色光871の青色成分は2回透過され、第2の偏光状態の第2の色光871の青色成分は1回反射される。1回の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190の配向に起因する。
一態様では、図9は、第1のPBS 100及び第2のPBS 100’を含む色合成器900として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器900は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源940、960、970から発せられる各偏光の光線の経路が、色合成器900の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図9に示される。第1のPBS 100及び第2のPBS 100’は、他の個所で記載されるように第1及び第2のプリズム110、120及び110’、120’の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた第1及び第2の反射型偏光子190、190’を含む。
第1の波長選択性フィルタ910は、第1のPBS 100の第2のプリズム面140に面して配置される。第2及び第3の波長選択性フィルタ920、930は、第2のPBS 100’の第1のプリズム面130’に面して配置される。第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ910、920、930のそれぞれは、第1、第2、及び第3の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された色選択性ダイクロイックフィルタであり得る。
位相差板220は、第1、第2、及び第3の色選択性フィルタ(910、920、930)のそれぞれに面して配置される。場合によっては、図9に示されるように、位相差板220は、例えば第2のPBS 100’の第1のプリズム面130’に及ぶ一体型位相差板220であってよい。場合によっては、別個の位相差板220を各色選択性フィルタ(910、920、930)に近接して配置してよい。
一態様では、第1及び第2の反射型偏光子190、190’は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、第2の反射型偏光子190’は、他の個所で記載されるように、第2及び第3の色選択性ダイクロイックフィルタ(920、930)に近接して配置される青色層を含み、第1の反射型偏光子190は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ910に面して配置される青色層を含む。
広帯域鏡950を備える偏光回転反射体は、第2のPBS 100’の第2のプリズム面140’に面して配置される。偏光回転反射体は、第2のプリズム面140’と広帯域鏡との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡950及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第2のPBS 100’を出て再び入る光の偏光状態を変換する働きをする。
位相差板220、色選択性フィルタ(910、920、930)、広帯域鏡950、並びに第1及び第2の反射型偏光子190、190’は協働して、他の個所で記載されるように、一偏光状態の光を第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’及び第1のPBS 100の第4のプリズム面160を通って透過させ、他の偏光状態の光を再利用する。以下の一実施形態では、色合成器900内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。
別の態様によると、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)は、図4を参照して他の個所で記載されるように、第1、第2、及び第3の光源940、960、970のそれぞれに設けられてよく、この開示は図9にも等しく適用される。
色合成器900は、第1のPBS 100と第2のPBS 100’との間に配置される1/2波長位相差板225を更に含む。1/2波長位相差板225は第1及び第2の偏光子190、190’と協働して、1/2波長位相差板を通過する光の偏光状態を変換し、またこの1/2波長位相差板は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される。
ここで図9を参照して第1の色光941の経路について説明すると、非偏光の第1の色光941は第1のPBS 100の第4のプリズム面160をp−偏光の第1の色光942として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第1の色光948として出る。
第1の光源940からの非偏光の第1の色光941は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ910、1/4波長位相差板220を通過し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光942とs−偏光の第1の色光943とに分かれる。P−偏光の第1の色光942は、第1の反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第1の色光942として第1のPBS 100を出る。
S−偏光の第1の色光943は第1の反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100を出て、1/2波長位相差板を通過してp−偏光の第1の色光944に変化し、第3のプリズム面150を通って第2のPBS 100’に入る。P−偏光の第1の色光944は第2の反射型偏光子190’を通過し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 190’を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光945に変化し、第2又は第3の色選択性ダイクロイックフィルタ920、930のいずれかから反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過した後にs−偏光の第1の色光946になる。S−偏光の第1の色光は、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’から反射し、第2のPBS 100’の第2のプリズム面140’を通過し、1/4波長位相差板220を通過して円偏光947に変化する。円偏光947は広帯域鏡950から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過した後にp−偏光の第1の色光948になり、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第1の色光948として第2のPBS 100’を出る。
ここで図9を参照して第2の色光961の経路について説明すると、非偏光の第1の色光961は第1のPBS 100の第4のプリズム面160をp−偏光の第2の色光965として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第2の色光968として出る。図9に示されるように、色合成器900を通る第2の色光961の経路と第3の色光971の経路とが類似することが理解されるであろう。
第2の光源960からの非偏光の第2の色光961は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ920、1/4波長位相差板220を通過し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第2の色光962とs−偏光の第2の色光966とに分かれる。P−偏光の第2の色光962は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出て、1/2波長位相差板225を通過する際にs−偏光の第2の光963に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出る。S−偏光の第2の色光963は、1/4波長位相差板220を通過し、円偏光964に変化し、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ910から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過し、p−偏光の第2の色光965になる。P−偏光の第2の色光965は、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第2の色光965として第1のPBS 100を出る。
S−偏光の第2の色光966は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過して円偏光967に変化し、広帯域鏡950から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過してp−偏光の第2の色光968に変化し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入る。P−偏光の第2の色光968は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第2の色光968として第2のPBS 100’を出る。
ここで図9を参照して第3の色光971の経路について説明すると、非偏光の第3の色光971は第1のPBS 100の第4のプリズム面160をp−偏光の第3の色光975として、及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光の第3の色光978として出る。
第3の光源970からの非偏光の第3の色光971は、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ930、1/4波長位相差板220を通過し、第1のプリズム面130’を通って第2のPBS 100’に入り、第2の反射型偏光子190’を横切り、p−偏光の第3の色光972とs−偏光の第3の色光976とに分かれる。P−偏光の第3の色光972は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第3のプリズム面150’を通って第2のPBS 100’を出て、1/2波長位相差板225を通過する際にs−偏光の第3の光973に変化し、第1のプリズム面130を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100を出る。S−偏光の第3の色光973は、1/4波長位相差板220を通過し、円偏光974に変化し、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ910から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過し、p−偏光の第3の色光975になる。P−偏光の第3の色光975は、第2のプリズム面140を通って第1のPBS 100に入り、第1の反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第3の色光975として第1のPBS 100を出る。
S−偏光の第3の色光976は、第2の反射型偏光子190’から反射し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’を出て、1/4波長位相差板220を通過して円偏光977に変化し、広帯域鏡950から反射して円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過してp−偏光の第3の色光978に変化し、第2のプリズム面140’を通って第2のPBS 100’に入る。P−偏光の第3の色光978は、第2の反射型偏光子190’を通過し、第4のプリズム面160’を通ってp−偏光の第3の色光978として第2のPBS 100’を出る。
一実施形態では、第1の光源940は緑色光を発し、第2の光源960は青色光960を発し、第3の色光源970は赤色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ910は、赤色光及び青色光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ920は、緑色光及び赤色光を反射し青色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ930は、青色光及び緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、p−偏光状態の第2の光源960からの青色光は、第2の反射型偏光子190’を通って2回及び第1の反射型偏光子190を通って1回透過され、s−偏光状態の第2の光源960からの青色光は、第2の反射型偏光子190’によって1回及び第1の反射型偏光子190から1回反射される。反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190、190’の配向に起因する。
一実施形態では、第4の色光(図示せず)も色合成器600に入射させることができる。この実施形態では、偏光回転反射体は、上記の広帯域鏡950の代わりとなる第4の色選択性ダイクロイックフィルタ、任意の光トンネル、並びに第1、第2、及び第3の光源(940、960、970)と同様の方法で配置される第4の光源、任意の光トンネル430、並びに図9に示される色選択性ダイクロイックフィルタ(910、920、930)を備える。第4の色選択性ダイクロイックフィルタは、第1、第2、及び第3の色光(941、961、971)を反射し、第4の色光(図示せず)を透過する。この実施形態では、第4の色光はまた、第1のPBS 100の第4のプリズム面160及び第2のPBS 100’の第4のプリズム面160’をp−偏光状態で通過する。
一態様では、図10は、PBS 100を含む色合成器1000として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器1000は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源(1050、1060、1070)から発せられる各偏光状態の光線の経路が、色合成器1000の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図10に示される。PBS 100は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のプリズム110、120の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた反射型偏光子190を含む。
第1の波長選択性フィルタ1010は、第2のプリズム面140に面して配置され、第2及び第3の波長選択性フィルタ1020、1030は第1のプリズム面130に面して配置される。第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ(1010、1020、1030)のそれぞれは、第1、第2、及び第3の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された、色選択性ダイクロイックフィルタであることができる。一態様では、反射型偏光子190は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように第1、第2、及び第3の色選択性ダイクロイックフィルタ(1010、1020、1030)に近接して配置される青色層を含む。
位相差板220は、第1、第2、及び第3の色選択性フィルタ(1010、1020、1030)のそれぞれに面して配置される。場合によっては、図10に示されるように、位相差板220は、例えば第1のPBS 100の第1のプリズム面130に及ぶ一体型位相差板220であってよい。場合によっては、別個の位相差板220を各色選択性フィルタ(1010、1020、1030)に近接して配置してよい。
広帯域鏡1040を備える偏光回転反射体は、PBS 100の第3のプリズム面150に面して配置される。偏光回転反射体は、第3のプリズム面150と広帯域鏡1040との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡1040及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を離れる光の偏光状態を変換し、変換された偏光状態の光をPBS 100に戻すように方向付け直す働きをする。
位相差板220、色選択性ダイクロイックフィルタ(1010、1020、1030)、広帯域鏡1040、及び反射型偏光子190は協働して、他の個所で記載されるように、第4のプリズム面160を通って合成光として2つの直交偏光状態の光を透過する。以下の一実施形態では、色合成器1000内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。別の態様によると、他の個所で記載されるように、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)が、第1、第2、及び第3の光源(1050、1060、1070)のそれぞれに設けられてよい。
ここで図10を参照して第1の色光1051の経路について説明すると、非偏光の第1の色光1051は、第4のプリズム面160をp−偏光の第1の色光1052として、及びs−偏光の第1の色光1057として出る。
第1の光源1050は、非偏光の第1の色光1051を第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1010及び1/4波長位相差板220を通して入射させ、この色光は第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光1052とs−偏光の第1の色光1053とに分かれる。P−偏光の第1の色光1052は、反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第1の色光1052としてPBS 100を出る。
S−偏光の第1の色光1053は、反射型偏光子190から反射し、第1のプリズム面130を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1054に変化する。円偏光1054は、第2又は第3の色選択性ダイクロイックフィルタ(1020、1030)のいずれかから反射されて円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光1055に変化する。P−偏光の第1の色光1055は、第1のプリズム面130を通ってPBS 100に入り、変化せずに反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1056に変化する。円偏光1056は、広帯域鏡1040から反射されて円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第1の色光1057に再び変化し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190から反射し、第4のプリズム面160を通ってs−偏光の第1の色光1057としてPBS 100を出る。
ここで図10を参照して第2の色光1061の経路について説明すると、非偏光の第2の色光1061は、p−偏光の第2の色光1065として、及びs−偏光の第2の色光1067として第4のプリズム面160を出る。
第2の光源1060からの非偏光の第2の色光1061は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ1020を通過し、第1のプリズム面130を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第2の色光1062とs−偏光の第2の色光1063とに分かれる。P−偏光の第2の色光1062は、反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1066に変化し、広帯域鏡1040から反射する際に円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第2の色光1067になる。S−偏光の第2の色光1067は、第3のプリズム面150を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190から反射し、第4のプリズム面160を通ってs−偏光の第2の色光1067としてPBS 100を出る。
S−偏光の第2の色光1063は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1064に変化する。円偏光1064は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1010から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第2の色光1065に変化する。P−偏光の第2の色光1065は、第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、変化せずに反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第2の色光1065としてPBS 100を出る。
ここで図10を参照して第3の色光1071の経路について説明すると、非偏光の第1の色光1071は、第1のPBS 100の第4のプリズム面160をp−偏光の第3の色光1075として、及びs−偏光の第3の色光1077として出る。図10に示されるように、色合成器1000を通る第2の色光1061の経路と第3の色光1071の経路とが類似することが理解されるであろう。
第3の光源1070からの非偏光の第3の色光1071は、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ1030を通過し、第1のプリズム面130を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第3の色光1072とs−偏光の第3の色光1073とに分かれる。P−偏光の第3の色光1072は、反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1076に変化し、広帯域鏡1040から反射する際に円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第3の色光1077になる。S−偏光の第3の色光1077は、第3のプリズム面150を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190から反射し、第4のプリズム面160を通ってs−偏光の第3の色光1077としてPBS 100を出る。
S−偏光の第3の色光1073は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1074に変化する。円偏光1074は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1010から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第3の色光1075に変化する。P−偏光の第3の色光1075は、第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、変化せずに反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第3の色光1075としてPBS 100を出る。
一実施形態では、第1の色光1051は緑色光であり、第2の色光1061は青色光であり、第3の色光1071は赤色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1010は、赤色及び青色(すなわち、マゼンダ色)光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ1020は、緑色光及び赤色光を反射し青色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ1030は、緑色光及び青色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、反射型偏光子190により、第1の偏光状態の青色の第2の色光1061は2回透過され、第2の偏光状態の青色の第2の色光1061は2回反射される。第1の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190の配向に起因する。
一態様では、図11は、PBS 100を含む色合成器1100として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器1100は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源(1160、1170、1180)から発せられる各偏光状態の光線の経路が、色合成器1100の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図11に示される。PBS 100は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のプリズム110、120の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた反射型偏光子190を含む。
第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ(1110、1120、1130)は、第1のプリズム面130に面して配置される。第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ(1110、1120、1130)のそれぞれは、第1、第2、及び第3の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された、色選択性ダイクロイックフィルタであることができる。一態様では、反射型偏光子190は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように第1、第2、及び第3の色選択性ダイクロイックフィルタ(1110、1120、1130)に近接して配置される青色層を含む。
位相差板220は、第1、第2、及び第3の色選択性フィルタ(1110、1120、1130)のそれぞれに面して配置される。場合によっては、図11に示されるように、位相差板220は、例えば第1のPBS 100の第1のプリズム面130に及ぶ一体型位相差板220であってよい。場合によっては、別個の位相差板220を各色選択性フィルタ(1110、1120、1130)に近接して配置してよい。
広帯域鏡1140、1150を備える偏光回転反射体は、それぞれPBS 100の第2及び第3のプリズム面(140、150)に面して配置される。偏光回転反射体は、それぞれのプリズム面と広帯域鏡との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡1140、1150、及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、PBS 100を離れる光の偏光状態を変換し、変換された偏光状態の光をPBS 100に戻すように方向付け直す働きをする。
位相差板220、色選択性ダイクロイックフィルタ(1110、1120、1130)、広帯域鏡(1140、1150)、及び反射型偏光子190は協働して、他の個所で記載されるように、第4のプリズム面160を通って合成光として2つの直交偏光状態の光を透過する。以下の一実施形態では、色合成器1100内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。別の態様によると、他の個所で記載されるように、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)が、第1、第2、及び第3の光源(1160、1170、1180)のそれぞれに設けられてよい。
ここで図11を参照して第1の色光1161の経路について説明すると、非偏光の第1の色光1161は、第4のプリズム面160をp−偏光の第1の色光1165として、及びs−偏光の第1の色光1167として出る。図11に示されるように、色合成器1100を通る第2の色光1171の経路と第3の色光1181の経路とが類似することが理解されるであろう。簡略化のために、色合成器1100を通る第1の色光1161の経路についてのみ以下に記載する。
第1の光源1160からの非偏光の第1の色光1161は、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1110を通過し、第1のプリズム面130を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光1162とs−偏光の第1の色光1163とに分かれる。P−偏光の第1の色光1162は、反射型偏光子190を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1166に変化し、広帯域鏡1140から反射する際に円偏光の方向を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第1の色光1167になる。S−偏光の第1の色光1167は、第3のプリズム面150を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190から反射し、第4のプリズム面160を通ってs−偏光の第1の色光1167としてPBS 100を出る。
S−偏光の第1の色光1163は、反射型偏光子190から反射し、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1164に変化する。円偏光1164は、広帯域鏡1150から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光1165に変化する。P−偏光の第1の色光1165は、第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、変化せずに反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第1の色光1165としてPBS 100を出る。
一実施形態では、第1の色光1161は緑色光であり、第2の色光1171は青色光であり、第3の色光1181は赤色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1110は、赤色及び青色(すなわち、マゼンダ色)光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ1120は、緑色光及び赤色光を反射し青色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ1130は、緑色光及び青色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックフィルタである。この実施形態によると、反射型偏光子190により、第1の偏光状態の青色の第2の色光1161は2回透過され、第2の偏光状態の青色の第2の色光1161は2回反射される。第1の反射は、好ましくは青色層からの前面反射であり、他の個所で記載されるように、これは反射型偏光子190の配向に起因する。
一実施形態では、第4の色光(図示せず)も色合成器600に入射させることができる。この実施形態では、偏光回転反射体は、第1、第2、及び第3の光源(1160、1170、1180)、任意の光トンネル430、並びに図11に示される色選択性ダイクロイックフィルタ(1110、1120、1130)と同様の方法で配置される、上記の広帯域鏡1140、1150の代わりとなる第4の色選択性ダイクロイックフィルタ、任意の光トンネル、及び第4の光源を備える。第4の色選択性ダイクロイックフィルタは、第1、第2、及び第3の色光(1160、1170、1180)を反射し、第4の色光(図示せず)を透過する。この実施形態では、第4の色光はまた、第1のPBS 100の第4のプリズム面160を通過する。
一態様では、図12は、PBS 100を含む色合成器1200として構成された光学素子の平面概略図である。色合成器1200は、他の個所で記載されるように様々な光源と共に使用することができる。第1、第2、及び第3の光源(1250、1260、1270)から発せられる各偏光状態の光線の経路が、色合成器1200の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図12に示される。PBS 100は、他の個所で記載されるように、第1及び第2のプリズム110、120の対角面間に配置され、第1の偏光状態195に対して位置合わせされた反射型偏光子190を含む。
第1の波長選択性フィルタ1210は、反射型偏光子190に近接し、第1及び第2のプリズム面(130、140)に面して配置され、第2及び第3の波長選択性フィルタ1220、1230は、第4のプリズム面160に面して配置される。第1、第2、及び第3の波長選択性フィルタ(1210、1220、1230)のそれぞれは、第1、第2、及び第3の波長スペクトル光をそれぞれ透過し、他の波長スペクトル光を反射するように選択された、色選択性ダイクロイックフィルタであることができる。一態様では、反射型偏光子190は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。一実施形態では、反射型偏光子190は、他の個所で記載されるように、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1210に近接して配置される青色層を含む。
位相差板220は、第2及び第3の色選択性フィルタ(1220、1230)のそれぞれに面して配置される。場合によっては、図12に示されるように、位相差板220は、例えば第1のPBS 100の第4のプリズム面160に及ぶ一体型位相差板220であってよい。場合によっては、別個の位相差板220を各色選択性フィルタ(1220、1230)に近接して配置してよい。
広帯域鏡1240を備える偏光回転反射体は、PBS 100の第2のプリズム面140に面して配置される。偏光回転反射体は、第2のプリズム面140と広帯域鏡1240との間に配置される位相差板220を更に備える。広帯域鏡1240及び位相差板220は、他の個所で記載されるように、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を離れる光の偏光状態を変換し、変換された偏光状態の光をPBS 100に戻すように方向付け直す働きをする。
位相差板220、色選択性ダイクロイックフィルタ(1210、1220、1230)、広帯域鏡1240、及び反射型偏光子190は協働して、他の個所で記載されるように、第3のプリズム面150を通って合成光として2つの直交偏光状態の光を透過する。以下の一実施形態では、色合成器1200内の各位相差板220は、第1の偏光状態195に対して約45度に配向される1/4波長位相差板である。別の態様によると、他の個所で記載されるように、任意の光トンネル430又はレンズのアセンブリ(図示せず)が、第1、第2、及び第3の光源(1250、1260、1270)のそれぞれに設けられてよい。
ここで図12を参照して第1の色光1251の経路について説明すると、非偏光の第1の色光1251は、第3のプリズム面150をp−偏光の第1の色光1252として、及びs−偏光の第1の色光1257として出る。
第1の光源1250は、非偏光の第1の色光1251を第1のプリズム面130、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1210を通ってPBS 100に入射させ、この色光は反射型偏光子190を横切り、p−偏光の第1の色光1252とs−偏光の第1の色光1253とに分かれる。P−偏光の第1の色光1252は、反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってp−偏光の第1の色光1252としてPBS 100を出る。
S−偏光の第1の色光1253は、反射型偏光子190から反射し、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1210を通過し、第2のプリズム面140を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1254に変化する。円偏光1254は、広帯域鏡1240から反射して円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にp−偏光の第1の色光1255に変化する。P−偏光の第1の色光1255は、第2のプリズム面140を通ってPBS 100に入り、変化せずに第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1210及び反射型偏光子190を通過し、第4のプリズム面160を通ってPBS 100を出て、1/4波長位相差板220を通過する際に円偏光1256に変化する。円偏光1256は、第2又は第3の色選択性ダイクロイックフィルタ(1220、1230)のいずれかから反射されて円偏光の状態を変化させ、1/4波長位相差板220を通過する際にs−偏光の第1の色光1257に再び変化し、第4のプリズム面160を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190から反射し、第3のプリズム面150を通ってs−偏光の第1の色光1257としてPBS 100を出る。
ここで図12を参照して第2の色光1261の経路について説明すると、非偏光の第2の色光1261は、変化せずに非偏光の第2の色光1261として第3のプリズム面150を出る。図12に示されるように、色合成器1200を通る第2の色光1261の経路と第3の色光1271の経路とが類似することが理解されるであろう。簡略化のために、色合成器1200を通る第2の色光1261の経路についてのみ以下に記載する。
第2の光源1260からの非偏光の第2の色光1261は、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ1220を通過し、第4のプリズム面160を通ってPBS 100に入り、反射型偏光子190を横切る。S−偏光状態の第2の色光1261は、反射型偏光子190から反射され、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出る。P−偏光状態の第2の色光1261は、反射型偏光子190を通って透過され、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1210から反射し、もう一度反射型偏光子を通過し、第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出る。したがって、s−偏光状態及びp−偏光状態の両方の第2の色光1261が第3のプリズム面150を通ってPBS 100を出ることが観察される。
一実施形態では、第一色光1251は青色光であり、第二色光1261は緑色光であり、第三色光1271は赤色光である。この実施形態によると、第1の色選択性ダイクロイックフィルタ1210は、赤色光及び緑色光を反射し青色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第2の色選択性ダイクロイックフィルタ1220は、青色光及び赤色光を反射し緑色光を透過するダイクロイックフィルタであり、第3の色選択性ダイクロイックフィルタ1230は、緑色光及び青色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックフィルタである。
色光合成システムにおける光源は、同時係属中の米国特許出願公開第2008/0285129号に記載のように、連続して励起することができる。一態様によると、時系列は、色光合成光学システムから合成出力光を受光する投影システム内の透過型又は反射型撮像装置と同期される。一態様によると、時系列は、投影画像のちらつきの出現を回避し、また投影されたビデオ画像における色割れのようなモーションアーチファクトの出現を回避するのに十分に速い速度で繰り返される。
図13は、3色光合成システム1302を含むプロジェクタ1300を図示する。3色光合成システム1302は、出力領域1304で合成出力光をもたらす。一実施形態では、出力領域1304における合成出力光は偏光される。出力領域1304における合成出力光は、光エンジン光学系1306を通ってプロジェクタ光学系1308へと通過する。
光エンジン光学系1306は、レンズ1322、1324及び反射体1326を含む。プロジェクタ光学系1308は、レンズ1328、PBS 1330、及び投影レンズ1332を含む。1つ以上の投影レンズ1332は、投影される画像1312の焦点を調整するために、PBS 1330に対して可動であってよい。反射撮像装置1310は、プロジェクタ光学系内の光の偏光状態を調節し、その結果、PBS 1330を通過し投影レンズに入る光の強度が調節されて、投影画像1312を生成する。制御回路1314は、反射撮像装置1310の動作を光源1316、1318及び1620の順序と同期させるように、反射撮像装置1310並びに光源1316、1618及び1320に連結されている。一態様では、出力領域1304における合成光の第1の部分は、プロジェクタ光学系1308を通して方向付けられ、合成出力光の第2部分は、出力領域1304を通して色合成器1302の中に戻って再利用されることができる。合成光の第2の部分は、例えば、鏡、反射型偏光子、反射LCD及などからの反射によってリサイクルされて色合成器に戻ることができる。図13に図示した構成は代表的なものであり、本開示の光合成光学システムは、他の投影システムにも使用することができる。一代替態様によると、透過型撮像装置を使用することができる。
一態様によると、上記のような色光合成光学システムは3色(白)出力を生成する。反射型偏光子フィルムを有する偏光ビームスプリッタの偏光特性(s−偏光の反射及びp−偏光の透過)は、広範囲の光源光の入射角に関して低い感度を有するので、本光学システムは高性能である。追加的なコリメーション構成要素を使用して、色合成器における光源からの光のコリメーションを改善することができる。ある程度のコリメーションがないと、入射角(AOI)、TIRの損失、又はTIRのフラストレーションのためのエバネッセント結合増加、並びに/あるいはPBSにおける偏波識別及びPBSにおける機能の劣化に応じたダイクロイック反射性の変動に関連する有意な光の損失が生じる。本開示において、偏光ビームスプリッタは、内部全反射に含まれ所望の表面を通ってのみ放射される光を保持するためのライトパイプとして機能する。
好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない形態及び詳細の変更を行えることが、当業者であれば理解できるであろう。
指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される特性となる大きさ、量、及び物理特性を示す全ての数字は、「約」という用語によって修飾されることを理解されたい。それ故に、別の指示がない限り、本明細書及び添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。
本願で引用した全ての参照文献及び刊行物は、本開示と直接的に相反する範囲を除いて、その全てが引用によって本開示に明白に組み込まれる。本明細書において特定の実施形態が例示及び説明されてきたが、多様な代替及び/又は同等の実施が、本開示の範囲から逸脱することなく、図示され説明された特定の実施形態と置き換えられ得ることは、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書で説明された特定の実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。したがって、本開示が「特許請求の範囲」及びその同等物によってのみ限定されることが意図される。
Claims (43)
- 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
前記第1の反射型偏光子から反射された第2の偏光状態の前記第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板と、
前記第2の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、
反射体であり、当該反射体に対して垂直な線が前記第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射体と、
前記第2の反射型偏光子と前記反射体との間に配置される第3の位相差板と、を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 前記第1、前記第2、及び前記第3の位相差板のうちの少なくとも2つが一体型位相差板である、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第1の光線が第1の色の非偏光を含み、前記第2の光線が前記第1の色の非偏光とは異なる第2の色の非偏光を含む、請求項1に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第1の光線及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
前記第1の反射型偏光子から反射された第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、
反射体であり、当該反射体に対して垂直な線が前記第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射体と、
前記第2の反射型偏光子と前記反射体との間に配置される位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 前記第1の光線が第1の色の非偏光を含み、前記第2の光線が第2の色の非偏光を含む、請求項4に記載の光学素子。
- 前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切ることができる第3の光線を更に含み、前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が第2の偏光状態の前記第1、前記第2、及び前記第3の光線を第1の偏光状態の前記第1、前記第2、及び前記第3の光線にそれぞれ変換するように配置される、請求項4に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
前記第1の反射型偏光子から透過された第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、
第2の反射体であり、当該第2の反射体に対して垂直な線が前記第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射体と、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板及び前記第2の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、
前記第1の反射体と前記第1の反射型偏光子との間に配置される第4の位相差板及び前記第2の反射体と前記第2の反射型偏光子との間に配置される第5の位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記第1及び第2の反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、
第2の反射体であり、当該第2の反射体に対して垂直な線が前記第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射体と、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板及び前記第2の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、
前記第1の反射体と前記第1の反射型偏光子との間に配置される第4の位相差板及び前記第2の反射体と前記第2の反射型偏光子との間に配置される第5の位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記第1及び第2の反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第3の入力面を有し、前記第3の入力面に対して垂直な第3の光線を透過するように配置される第3の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第3の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第2の反射型偏光子との間に配置される第3の位相差板と、
を更に備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記第1及び第2の反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1、前記第2、及び前記第3の光線を第1の偏光状態の前記第1、前記第2、及び前記第3の光線にそれぞれ変換するように配置される、請求項7又は請求項8に記載の光学素子。 - 前記第1、前記第2、及び前記第3の位相差板のうちの少なくとも2つが一体型位相差板である、請求項9に記載の光学素子。
- 記第1の光線が第1の色の非偏光を含み、前記第2の光線が第2の色の非偏光を含み、前記第3の光線が第3の色の非偏光を含む、請求項9に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第1の入力面に対して垂直な非偏光光線と、
前記非偏光光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、
前記第1の反射体に対向する側に前記第1の反射型偏光子に対して約90度の角度で配置される、第2の反射型偏光子と、
それぞれに対して垂直な線が前記第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2及び第3の反射体と、
前記第1、第2、及び第3の反射体のそれぞれに近接してそれぞれ配置される第1、第2、及び第3の位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記非偏光光線を第1の偏光状態の前記非偏光光線に変換するように配置される、光学素子。 - 前記非偏光光線が白色光を含む、請求項12に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、
前記第1の反射体に対向する側に前記第1の反射型偏光子に対して約90度の角度で配置される、第2の反射型偏光子と、
それぞれに対して垂直な線が前記第2の反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第2及び第3の反射体と、
前記第1、第2、及び第3の反射体のそれぞれに近接してそれぞれ配置される第1、第2、及び第3の位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第3の入力面を有し、前記第3の入力面に対して垂直な第3の光線を透過するように配置される第3の色選択性ダイクロイックフィルタを更に備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記第1及び第2の反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1、前記第2、及び前記第3の光線を第1の偏光状態の前記第1、前記第2、及び前記第3の光線にそれぞれ変換するように配置される、請求項14に記載の光学素子。 - 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で交差するように配置される第1の反射体と、
前記第1の反射型偏光子から透過された第1及び第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、
前記第1の反射型偏光子と前記第2の反射型偏光子との間に配置される1/2波長位相差板と、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第1の1/4位相差板及び前記第2の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第2の1/4位相差板と、
前記反射体と前記第1の反射型偏光子との間の第4の1/4波長位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線に変換するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第3の入力面を有し、前記第3の入力面に対して垂直な第3の光線を透過するように配置される第3の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第3の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第2の反射型偏光子との間に配置される第3の1/4位相差板と、
を更に備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1、第2、及び第3の光線を第1の偏光状態の前記第1、第2、及び第3の光線に変換するように配置される、請求項16に記載の光学素子。 - 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記第1の反射型偏光子を約45度の角度で交差するように配置される第1の反射体と、
前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される第2の反射型偏光子と、
前記第1の反射型偏光子と前記第2の反射型偏光子との間に配置される1/2波長位相差板と、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第1の1/4位相差板及び前記第2の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第2の1/4位相差板と、
前記反射体と前記第1の反射型偏光子との間の第4の1/4波長位相差板と、
を備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第3の入力面を有し、前記第3の入力面に対して垂直な第3の光線を透過するように配置される第3の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第3の色選択性ダイクロイックフィルタと前記第1の反射型偏光子との間に配置される第3の1/4位相差板と、
を更に備え、
前記第1及び第2の反射型偏光子、前記反射体、並びに前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1、第2、及び第3の光線を第1の偏光状態の前記第1、第2、及び第3の光線にそれぞれ変換するように配置される、請求項16に記載の光学素子。 - 前記1/4波長位相差板の少なくとも2つが一体型位相差板である、請求項16又は請求項18に記載の光学素子。
- 前記1/2波長位相差板が前記第1の光線をほぼ垂直方向に横切るように配置される、請求項16又は請求項18に記載の光学素子。
- 各光線が異なる色光を含む、請求項16又は請求項18に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、
前記反射体と前記反射型偏光子との間に配置される位相差板と、
を備え、
前記反射型偏光子、前記第1の反射体、及び前記位相差板が、第2の偏光状態の前記第1及び第2の光線を第1の偏光状態の前記第1及び第2の光線にそれぞれ変換するように配置される、光学素子。 - 前記第2の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線が前記第1の反射体から反射し、前記第1の偏光状態の前記第1及び前記第2の光線が第2の反射体から反射する、請求項23に記載の光学素子。
- 前記第1の光線が第1の色の非偏光を含み、前記第2の光線が前記第1の色の非偏光の光とは異なる第2の色の非偏光を含む、請求項23に記載の光学素子。
- 光学素子であって、偏光ビームスプリッタ(PBS)を形成する第1及び第2のプリズムと、前記第1のプリズムの第1の面に近接して配置される前記第1及び第2のダイクロイックフィルタと、前記第1のプリズムの第2の面に近接して配置される前記第1の鏡と、を更に含み、前記反射型偏光子が前記PBSの第1の対角面に配置される、請求項23に記載の光学素子。
- 前記第2の反射体が第3のプリズムの第2の対角面に配置される、請求項26に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第2の入力面を有し、前記第2の入力面に対して垂直な第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線及び前記第2の光線を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子と、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板及び前記第2の色選択性ダイクロイックフィルタと前記反射型偏光子との間に配置される第2の位相差板と、
第1の反射体であり、当該第1の反射体に対して垂直な線が前記反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される第1の反射体と、
前記反射型偏光子と前記反射体との間に配置される第4の位相差板と、
を備え、
前記反射型偏光子、前記反射体、及び前記位相差板が、前記第1及び前記第2の光線を合成された非偏光光線に合成するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第3の入力面を有し、前記第3の入力面に対して垂直な第3の光線を透過するように配置される第3の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第3の色選択性ダイクロイックフィルタと前記反射型偏光子との間に配置される第3の位相差板と、
を更に備え、
前記反射型偏光子、前記反射体、及び前記位相差板が、前記第1、前記第2、及び前記第3の光線を合成された非偏光光線に合成するように配置される、請求項28に記載の光学素子。 - 前記第1、前記第2、及び前記第3の位相差板のうちの少なくとも2つが一体型位相差板である、請求項29に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
第2の反射体に対して垂直な線が前記反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される前記第2の反射体と、
前記反射型偏光子と前記第2の反射体との間に配置される第5の位相差板と、
を更に備える、請求項28又は請求項29に記載の光学素子。 - 光学素子であって、
第1の入力面を有し、前記第1の入力面に対して垂直な第1の光線を透過するように配置される第1の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の光線を約45度の角度で横切るように配置される反射型偏光子と、
第2の入力面を有し、前記反射型偏光子に近接し、前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタに対向して配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタであって、第2の光線を透過するように配置される第2の色選択性ダイクロイックフィルタと、
前記第1の色選択性ダイクロイックフィルタと前記反射型偏光子との間に配置される第1の位相差板と、
反射体であり、当該反射体に対して垂直な線が前記反射型偏光子を約45度の角度で横切るように配置される反射体と、
前記反射型偏光子と前記反射体との間に配置される第2の位相差板と、を備え、
前記反射型偏光子、前記反射体、及び前記位相差板が、前記第1及び前記第2の光線を合成された非偏光光線に合成するように配置される、光学素子。 - 光学素子であって、
第3の入力面を有し、前記第3の入力面に対して垂直な第3の光線を透過するように配置される第3の色選択性ダイクロイックフィルタを更に備え、
前記反射型偏光子が前記第2の光線を約45度の角度で横切り、
更に前記反射型偏光子、前記反射体、及び前記位相差板が、前記第1、前記第2、及び前記第3の光線を合成された非偏光光線に合成するように配置される、請求項32に記載の光学素子。 - 前記第1及び前記第3の位相差板が一体型位相差板である、請求項33に記載の光学素子。
- 前記第1の光線が第1の色の非偏光を含み、前記第2の光線が第2の色の非偏光を含み、前記第3の光線が第3の色の非偏光を含む、請求項33に記載の光学素子。
- 各反射体が広帯域鏡を備える、請求項1、4、7、8、12、14、16、18、23、28、又は32のいずれか一項に記載の光学素子。
- 各反射型偏光子が、前記第1の偏光状態に対して位置合わせされており、各位相差板が前記第1の偏光状態に対して約45度の角度に位置合わせされた1/4波長位相差板を備える、請求項1、4、7、8、12、14、16、18、23、28、又は32のいずれか一項に記載の光学素子。
- 各光線が、収束又は発散光線を含む、請求項1、4、7、8、12、14、16、18、23、28、又は32のいずれか一項に記載の光学素子。
- 光学素子であって、
偏光ビームスプリッタ(PBS)を形成する第1及び第2のプリズムを更に備え、前記反射型偏光子が前記PBSの第1の対角面に配置される、請求項28又は請求項32に記載の光学素子。 - 光学素子であって、
第1の偏光ビームスプリッタ(PBS)を形成する第1及び第2のプリズムであって、前記第1の反射型偏光子が前記第1のPBSの第1の対角面に配置される、第1及び第2のプリズムと、
第2のPBSを形成する第3及び第4のプリズムであって、前記第2の反射型偏光子が前記第2のPBSの第2の対角面に配置される、第3及び第4のプリズムと、
を更に含む、請求項1、4、7、8、12、14、16、18、又は23のいずれか一項に記載の光学素子。 - 各反射型偏光子がポリマー多層光学フィルムを備える、請求項1、4、7、8、12、14、16、18、23、28、又は32のいずれか一項に記載の光学素子。
- 請求項1、4、7、8、12、14、16、18、23、28、又は32のいずれか一項に記載の光学素子を備える、色合成器。
- 撮像パネル及び請求項42に記載の色合成器を備える、ディスプレイシステム。
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