KR20100099747A - 광 조합기 - Google Patents

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KR20100099747A
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시몬 마가릴
찰스 엘 브루즈존
데이비드 엠 스니벨리
앤드류 제이 오우더커크
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

광 조합기 및 광 분할기와, 광 조합기 및 광 분할기를 사용하는 방법이 기술된다. 특히, 본 발명은 편광 빔 분할기를 사용하여 상이한 파장 스펙트럼의 광을 각각 조합 및 분할하는 광 조합기 및 분할기에 관한 것이다. 편광 빔 분할기는 입사 광을 상이한 편광 방향을 갖는 투과된 및 반사된 빔으로 효율적으로 분할시키기 위해 반사 편광기를 포함한다. 반사기 및 1/4 파장 지연기가 프리즘 면을 통과하는 광의 편광 상태에 영향을 주기 위해, 편광 빔 분할기의 선택된 프리즘 면을 향하여 위치된다. 반사기는 선택된 파장 범위 밖에 있는 광을 반사시키도록 구성되는 이색 필터일 수 있어서, 상이한 파장 스펙트럼의 광이 상이한 프리즘 면에서 영향받을 수 있다. 각각의 편광 빔 분할기의 표면은 광 이용 효율이 편광 빔 분할기 내의 내부 전반사로 인해 증가되도록 폴리싱될 수 있다. 광 조합기는 프로젝션 디스플레이에 유용한 백색 광일 수 있는 비편광된 다색 광 출력을 생성하기 위해 최대 5가지 비편광된 상이한 유색 광을 조합시킬 수 있다. 광 분할기는 최대 5가지 비편광된 상이한 유색 광 출력을 생성하기 위해 비편광된 다색 광을 분할시킬 수 있다.

Description

광 조합기{LIGHT COMBINER}
본 발명은 일반적으로 광 조합기(light combiner) 및 광 분할기(light splitter)와, 광 조합기 및 광 분할기를 사용하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편광 빔 분할기(polarizing beam splitter)를 사용하여 상이한 파장 스펙트럼의 광을 각각 조합 및 분할하는 광 조합기 및 분할기에 관한 것이다.
이미지를 스크린 상에 투사하기 위해 사용되는 프로젝션 시스템은 조명 광을 생성하기 위해 상이한 파장 스펙트럼을 갖는, 발광 다이오드(light emitting diode, LED)와 같은 다수의 파장 스펙트럼 광원을 사용할 수 있다. 여러 광학 요소들이 LED와 이미지 디스플레이 유닛 사이에 배치되어 LED로부터의 광을 조합하여 이미지 디스플레이 유닛으로 전달한다. 이미지 디스플레이 유닛은 이미지를 광에 부여하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 이미지 디스플레이 유닛은 투과성 또는 반사성 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)에서와 같이 편광을 사용할 수 있다.
이미지를 스크린 상에 투사하기 위해 사용되는 또 다른 프로젝션 시스템은 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)의 디지털 라이트 프로세서(Digital Light Processor, DLP(등록상표)) 디스플레이에 사용되는 어레이와 같은 디지털 마이크로-미러 어레이(digital micro-mirror array)로부터 이미지방식(imagewise)으로 반사되도록 구성되는 백색 광을 사용할 수 있다. DLP(등록상표) 디스플레이에서, 디지털 마이크로-미러 어레이 내의 개별 거울은 투사된 이미지의 개별 픽셀을 나타낸다. 투사된 광학 경로로 입사 광이 지향되도록 해당 거울이 틸팅될 때 디스플레이 픽셀이 조명된다. 광학 경로 내에 배치된 회전 컬러 휠(rotating color wheel)이 디지털 마이크로-미러 어레이로부터의 광의 반사에 맞추어져, 반사된 백색 광이 픽셀에 대응하는 색을 투사하도록 필터링된다. 이어서, 디지털 마이크로-미러 어레이는 그 다음의 원하는 픽셀 색으로 스위칭되고, 전체 투사된 디스플레이가 연속적으로 조명되는 것으로 보일 정도의 신속한 속도로 과정이 계속된다. 이 디지털 마이크로-미러 프로젝션 시스템은 보다 적은 수의 픽셀화된 어레이 구성요소를 필요로 하며, 이는 보다 작은 크기의 프로젝터를 형성할 수 있다.
이미지 휘도는 프로젝션 시스템의 중요한 파라미터이다. 유색 광원의 휘도와, 광을 이미지 디스플레이 유닛으로 수집, 조합, 균질화 및 전달하는 효율 모두가 휘도에 영향을 미친다. 현대의 프로젝터 시스템의 크기가 감소함에 따라, 광원에 의해 생성되는 열을 소형 프로젝터 시스템 내에서 소산될 수 있는 낮은 수준으로 유지함과 동시에 적당한 수준의 출력 휘도를 유지할 필요성이 있다. 광원에 의한 과도한 전력 소비 없이 적당한 수준의 휘도를 갖는 광 출력을 제공하도록 증가된 효율로 다수의 유색 광을 조합하는 광 조합 시스템에 대한 필요성이 있다.
일반적으로, 본 발명은 편광 빔 분할기를 포함하는 광 조합기, 및 광 조합기를 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 편광 빔 분할기를 포함하는 광 분할기, 및 광 분할기를 사용하는 방법에 관한 것이다.
일 태양에서, 광 조합기는, 4개의 프리즘 면 및 2개의 단부를 갖는 2개의 프리즘과 2개의 프리즘의 대각 면(diagonal face)들 사이에 배치된 반사 편광기를 포함하는 편광 빔 분할기를 포함한다. 프리즘 면과 단부는 프리즘 내에서 내부 전반사가 일어날 수 있도록 폴리싱될(polished) 수 있다. 반사 편광기는 제1 편광 방향으로 정렬되는 직교 반사 편광기(Cartesian reflective polarizer)일 수 있다. 반사 편광기는 중합체 다층 광학 필름일 수 있다. 광 조합기는 4개의 외부 프리즘 면 중 3개를 향하여 배치되는 1/4 파장 지연기(quarter-wave retarder)들을 포함한다. 1/4 파장 지연기는 제1 편광 방향으로 정렬될 수 있다. 반사기가 1/4 파장 지연기들의 각각을 향하여 배치된다.
다른 태양에서, 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 2가지 광을 조합하기 위해 사용되는 광 조합기는, 각각 광의 제1 및 제2 파장을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터(dichroic filter)인 2개의 반사기를 포함한다. 광 조합기는 거울인 제3 반사기를 포함한다. 다른 태양에서, 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 3가지 광을 조합하기 위해 사용되는 광 조합기는, 각각 광의 제1, 제2 및 제3 파장을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터인 3개의 반사기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 프리즘, 반사 편광기, 1/4 파장 지연기, 반사기 및 이색 필터 중 적어도 일부가 광학 접착제에 의해 함께 접합된다.
또 다른 태양에서, 2가지 또는 3가지 파장 스펙트럼의 광을 조합하는 방법은, 4개의 프리즘 면 중 3개를 향하는, 각각 제1, 제2 및 제3 파장 스펙트럼을 갖는 광을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 이색 필터를 포함하는 편광 빔 분할기를 구비한 광 조합기를 제공하는 단계; 제1, 제2 및 제3 파장 스펙트럼을 갖는 광을 이색 필터를 향해 지향시키는 단계; 및 제4 프리즘 면으로부터 조합된 광을 수광하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 광은 비편광될 수 있고, 조합된 광이 또한 비편광될 수 있다.
다른 태양에서, 다색 광(polychromatic light)을 분할하는 방법은, 4개의 프리즘 면 중 3개를 향하는, 제1, 제2 및 제3 파장 스펙트럼을 갖는 광을 투과시키는 제1, 제2 및 제3 이색 필터를 포함하는 광 조합기를 제공하는 단계; 다색의 조합된 광을 제4 프리즘 면을 향해 지향시키는 단계; 및 제1, 제2 및 제3 이색 필터로부터 제1, 제2 및 제3 파장 스펙트럼을 갖는 광을 수광하는 단계를 포함한다. 다색 광은 비편광될 수 있고, 수광된 광이 또한 비편광될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제3 이색 필터는 거울로 대체되며, 제1 및 제2 파장 스펙트럼 광은 나머지 2개의 이색 필터로부터 수광된다.
일 태양에서, 광 조합기는, 4개의 프리즘 면 및 2개의 단부를 갖는 2개의 프리즘과 2개의 프리즘의 각각의 대각 면들 사이에 배치된 반사 편광기를 각각 포함하는 2개의 편광 빔 분할기를 포함한다. 2개의 편광 빔 분할기는 프리즘 면 중 2개가 서로를 향하도록 위치된다. 프리즘 면과 단부는 각각의 편광 빔 분할기 내에서 내부 전반사가 일어날 수 있도록 폴리싱될 수 있다. 반사 편광기는 제1 편광 방향으로 정렬되는 직교 반사 편광기일 수 있다. 반사 편광기는 중합체 다층 광학 필름일 수 있다. 광 조합기는 6개의 외부 프리즘 면 중 5개를 향하여 배치되는 1/4 파장 지연기들을 포함한다. 1/4 파장 지연기는 제1 편광 방향으로 정렬된다. 반사기가 1/4 파장 지연기들의 각각을 향하여 배치된다.
또 다른 태양에서, 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 2가지 광을 조합시키기 위해 사용되는 광 조합기는, 각각 광의 제1 및 제2 파장을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터인 2개의 반사기; 및 거울인 제3, 제4 및 제5 반사기를 포함한다.
다른 태양에서, 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 3가지 광을 조합시키기 위해 사용되는 광 조합기는, 각각 광의 제1, 제2 및 제3 파장을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터인 3개의 반사기; 및 거울인 제4 및 제5 반사기를 포함한다.
다른 태양에서, 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 4가지 광을 조합시키기 위해 사용되는 광 조합기는, 각각 광의 제1, 제2, 제3 및 제4 파장을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터인 4개의 반사기; 및 거울인 제5 반사기를 포함한다.
또 다른 태양에서, 상이한 파장 스펙트럼을 갖는 5가지 광을 조합시키기 위해 사용되는 광 조합기는, 각각 광의 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 파장을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터인 5개의 반사기를 포함한다.
일 태양에서, 제6 이색 필터 및 추가의 1/4 파장 지연기가 광 조합기의 성능을 개선하기 위해 2개의 프리즘들 사이에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 프리즘, 반사 편광기, 1/4 파장 지연기, 반사기 및 이색 필터 중 적어도 일부가 광학 접착제에 의해 함께 접합된다.
다른 태양에서, 2가지 내지 5가지 파장 스펙트럼의 광을 조합하는 방법은, 2개의 편광 빔 분할기를 구비한 광 조합기를 제공하는 단계로서, 각각 제1 내지 제5 파장 스펙트럼을 갖는 광을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1 내지 제5 이색 필터를 6개의 외부 프리즘 면 중 5개 상에 배치시키는 단계; 제1 내지 제5 파장 스펙트럼을 갖는 광을 이색 필터를 향해 지향시키는 단계; 및 제6 외부 프리즘 면으로부터 조합된 광을 수광하는 단계를 포함한다. 제1 내지 제5 광은 비편광될 수 있고, 조합된 광이 또한 비편광될 수 있다.
다른 태양에서, 다색 광을 분할하는 방법은, 각각 제1 내지 제5 파장 스펙트럼을 갖는 광을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1 내지 제5 이색 필터를 6개의 외부 프리즘 면 중 5개 상에 포함하는 광 조합기를 제공하는 단계; 다색 광을 제6 프리즘 면을 향해 지향시키는 단계; 및 제1 내지 제5 이색 필터로부터 제1 내지 제5 파장 스펙트럼을 갖는 광을 수광하는 단계를 포함한다. 다색 광은 비편광될 수 있고, 수광된 광이 또한 비편광될 수 있다. 최대 3개의 이색 필터가 거울로 대체될 수 있으며, 광은 나머지 2개의 이색 필터로부터 수광될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 편광 빔 분할기의 사시도.
도 2는 1/4 파장 지연기를 구비한 편광 빔 분할기의 사시도.
도 3a 내지 도 3d는 광 조합기의 개략적인 평면도.
도 4는 편광 빔 분할기를 도시한 개략적인 평면도.
도 5는 광 분할기의 개략적인 평면도.
도 6a 및 도 6b는 광 조합기의 개략적인 평면도.
도 7a 및 도 7b는 광 조합기의 개략적인 평면도.
도 8은 광 분할기의 개략적인 평면도.
도 9a 내지 도 9c는 광 조합기의 개략적인 평면도.
도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 도면에 사용된 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표시된 다른 도면의 구성요소를 제한하고자 하는 것이 아님을 이해할 것이다.
본 명세서에 기술된 광 조합기는 상이한 파장 스펙트럼 광을 수광하고, 이 상이한 파장 스펙트럼 광을 포함하는 조합된 광 출력을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 조합된 광은 수광된 광의 각각과 동일한 에텐듀(etendue)를 갖는다. 조합된 광은 광의 하나 초과의 파장 스펙트럼을 포함하는 다색의 조합된 광일 수 있다. 일 태양에서, 광의 상이한 파장 스펙트럼의 각각은 상이한 유색 광(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)에 대응하고, 조합된 광 출력은 백색 광이다. 본 명세서에 제공되는 설명을 위해, "유색 광" 및 "파장 스펙트럼 광" 둘 모두는 사람의 눈으로 볼 수 있는 경우에 특정 색에 상관될 수 있는 파장 스펙트럼 범위를 갖는 광을 의미하도록 의도된다. 보다 일반적인 용어 "파장 스펙트럼 광"은, 예를 들어 적외선 광을 비롯한 광의 가시 및 다른 파장 스펙트럼 둘 모두를 지칭한다.
또한, 본 명세서에 제공되는 설명을 위해, 용어 "향하는(facing)"은 한 요소의 표면으로부터의 수직선이 역시 다른 한 요소에 수직한 광학 경로를 따르도록 배치되는 그러한 한 요소를 지칭한다. 다른 요소를 향하는 한 요소는 서로 인접하게 배치되는 요소들을 포함할 수 있다. 다른 요소를 향하는 한 요소는 한 요소에 수직한 광선이 또한 다른 한 요소에도 수직하도록 광학체(optics)에 의해 분리되는 요소들을 추가로 포함한다.
2개 이상의 비편광된 유색 광이 색 조합기로 지향될 때, 각각은 편광 빔 분할기(polarizing beam splitter, PBS) 내의 반사 편광기에 의해 편광에 따라 분할된다. 광은 그것이 PBS에 입사될 때 시준되거나, 수렴하거나, 발산할 수 있다. PBS에 입사되는 수렴 또는 발산 광은 PBS의 면 또는 단부 중 하나를 통해 손실될 수 있다. 그러한 손실을 피하기 위해, PBS의 외부면 전부가 PBS 내에서의 내부 전반사(total internal reflection, TIR)를 가능하게 하도록 폴리싱될 수 있다. TIR을 가능하게 하는 것은 PBS에 입사되는 광의 이용을 개선하여, 일정 범위의 각도 내에서 PBS에 입사되는 광의 실질적으로 전부가 원하는 면을 통해 PBS로부터 출사되도록 재지향된다.
광 조합기에 입사되는 각각의 유색 광의 적어도 하나의 편광 성분이 편광 회전 반사기로 통과한다. 편광 회전 반사기는 광의 전파 방향을 역전시키고, 편광 성분 및 그들의 편광 회전 반사기에서의 배향에 따라, 편광 성분의 크기를 변경시킨다. 편광 회전 반사기는 반사기 및 지연기를 포함한다. 일 실시예에서, 반사기는 반사에 의해 광의 투과를 반사시키는 거울일 수 있다. 일 실시예에서, 반사기는, 광의 하나의 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 이색 필터일 수 있다. 이색 필터는 광의 다른 파장을 그 광을 반사시킴으로써 반사시킬 수 있다. 지연기는 1/8 파장 지연기, 1/4 파장 지연기 등과 같은 임의의 원하는 지연을 제공할 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예에서, 1/4 파장 지연기 및 관련 반사기를 사용하는 것이 이로울 수 있다. 선형 편광된 광은 그것이 광 편광 축에 45°의 각도로 정렬된 1/4 파장 지연기를 통과할 때 원형 편광된 광으로 변경된다. 색 조합기 내의 1/4 파장 지연기/반사기와 반사 편광기로부터의 후속 반사는 광 조합기로부터 효율적인 조합된 광 출력을 형성한다. 대조적으로, 선형 편광된 광은 그것이 다른 지연기를 통해 다른 배향으로 통과할 때 어느 정도까지 s-편광과 p-편광(타원형 또는 선형) 사이의 편광 상태로 변경되고, 조합기의 보다 낮은 효율을 유발할 수 있다.
일 태양에 따르면, 광 조합기는 조합된 광을 생성하기 위해, 캐스케이드형으로(in cascade) 배열된 관련 1/4 파장 지연기 및 반사기를 가진 2개의 PBS를 포함한다. 최대 5개의 상이한 광원으로부터의 광이 2개의 캐스케이드형 PBS의 6개의 외부 프리즘 면 중 5개 내로 지향될 수 있고, 제6 외부 프리즘 면으로부터 조합된 광이 수광된다.
프리즘, 반사 편광기, 1/4 파장 지연기, 거울 및 이색 필터를 비롯한 광 조합기의 구성요소는 적합한 광학 접착제에 의해 함께 접합될 수 있다. 구성요소들을 함께 접합시키도록 사용되는 광학 접착제는 광 조합기에 사용되는 프리즘의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 완전히 함께 접합된 광 조합기는 조립, 취급 및 사용 중의 정렬 안정성을 비롯한 이점들을 제공한다.
전술한 실시예는 도면 및 하기의 그 관련 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 PBS의 사시도이다. PBS(100)는 프리즘(110, 120)의 대각 면들 사이에 배치되는 반사 편광기(190)를 포함한다. 프리즘(110)은 2개의 단부 면(175, 185)과, 그들 사이에 90°각도를 갖는 제1 및 제2 프리즘 면(130, 140)을 포함한다. 프리즘(120)은 2개의 단부 면(170, 180)과, 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제3 및 제4 프리즘 면(150, 160)을 포함한다. 제1 프리즘 면(130)은 제3 프리즘 면(150)에 평행하고, 제2 프리즘 면(140)은 제4 프리즘 면(160)에 평행하다. "제1", "제2", "제3" 및 "제4"로 도 1에 도시된 4개의 프리즘 면을 식별하는 것은 하기의 논의에서 PBS(100)의 설명을 명확하게 하는 역할을 한다. 반사 편광기(190)는 직교 반사 편광기 또는 비-직교 반사 편광기일 수 있다. 비-직교 반사 편광기는 맥네일(MacNeille) 편광기와 같이, 무기 유전체의 순차적 침착에 의해 생성된 것과 같은 다층 무기 필름을 포함할 수 있다. 직교 반사 편광기는 편광 축 방향을 갖고, 와이어-그리드 편광기(wire-grid polarizer)와, 다층 중합체 라미네이트의 압출 및 후속 연신에 의해 생성될 수 있는 것과 같은 중합체 다층 광학 필름 둘 모두를 포함한다. 일 실시예에서, 반사 편광기(190)는 하나의 편광 축이 제1 편광 방향(195)에 평행하고 제2 편광 방향(196)에 수직하도록 정렬된다. 일 실시예에서, 제1 편광 방향(195)은 s-편광 방향일 수 있고, 제2 편광 방향(196)은 p-편광 방향일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 편광 방향(195)은 단부 면(170, 175, 180, 185)의 각각에 수직하다.
직교 반사 편광기 필름은, 완전히 시준되지 않고 중앙 광 빔 축으로부터 발산하거나 비스듬한 입력 광선을 통과시키는 능력을 편광 빔 분할기에 제공한다. 직교 반사 편광기 필름은 유전체 또는 중합체 재료의 다수의 층을 포함하는 중합체 다층 광학 필름을 포함할 수 있다. 유전체 필름의 사용은 낮은 광 감쇠 및 높은 광 통과 효율의 이점을 가질 수 있다. 다층 광학 필름은 미국 특허 제5,962,114호(존자(Jonza) 등) 또는 미국 특허 제6,721,096호(브루존(Bruzzone) 등)에 기술된 것과 같은 중합체 다층 광학 필름을 포함할 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예에 사용된 바와 같은, PBS에 대한 1/4 파장 지연기의 정렬의 사시도이다. 1/4 파장 지연기는 입사 광의 편광 상태를 변경시키도록 사용될 수 있다. PBS 지연기 시스템(200)은 제1 및 제2 프리즘(110, 120)을 구비한 PBS(100)를 포함한다. 1/4 파장 지연기(220)가 제1 및 제2 프리즘 면(130, 140)의 각각을 향하여 배치된다. 반사 편광기(190)는 제1 편광 방향(195)으로 정렬된 직교 반사 편광기 필름이다. 1/4 파장 지연기(220)는 제1 편광 방향(195)에 45°로 정렬된 1/4 파장 편광 방향(295)을 포함한다. 비록 도 2가 제1 편광 방향(195)에 시계 방향으로 45°로 정렬된 편광 방향(295)을 도시하지만, 편광 방향(295)은 그 대신에 제1 편광 방향(195)에 반시계 방향으로 45°로 정렬될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 1/4 파장 편광 방향(295)은 제1 편광 방향(195)에 임의의 각도 배향으로, 예를 들어 반시계 방향으로 90°로부터 시계 방향으로 90°까지 정렬될 수 있다. 전술된 바와 같이 지연기를 대략 +/- 45°로 배향시키는 것이 유리할 수 있는데, 왜냐하면 선형 편광된 광이 편광 방향에 그렇게 정렬된 1/4 파장 지연기를 통과할 때 원형 편광된 광이 생성되기 때문이다. 1/4 파장 지연기의 다른 배향은 거울로부터의 반사 시에, p-편광된 광으로 완전히 변환되지 않은 s-편광된 광, 및 s-편광된 광으로 완전히 변환되지 않은 p-편광된 광을 유발할 수 있어서, 본 설명의 다른 부분에 기술된 광 조합기의 감소된 효율을 초래한다.
도 3a는 광 조합기의 평면도이다. 도 3a에서, 광 조합기(300)는 프리즘(110, 120)의 대각 면들 사이에 배치된 반사 편광기(190)를 구비한 PBS(100)를 포함한다. 프리즘(110)은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제1 및 제2 프리즘 면(130, 140)을 포함한다. 프리즘(120)은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제3 및 제4 프리즘 면(150, 160)을 포함한다. 반사 편광기(190)는 제1 편광 방향(195)(이 도면에서, 페이지에 수직함)으로 정렬된 직교 반사 편광기일 수 있다. 반사 편광기(190)는 그 대신에 비-직교 편광기일 수 있다.
광 조합기(300)는 제1, 제2 및 제3 프리즘 면(130, 140, 150)을 향하여 배치되는 1/4 파장 지연기(220)를 포함한다. 1/4 파장 지연기(220)는 제1 편광 방향(195)에 45° 각도로 정렬된다. 광학적 투과성 재료(340)가 각각의 1/4 파장 지연기(220)와 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치된다. 광학적 투과성 재료(340)는 프리즘(110, 120)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 광학적 투과성 재료(340)는 공기이다. 다른 실시예에서, 광학적 투과성 재료(340)는 1/4 파장 지연기(220)를 그들 각각의 프리즘 면에 접합시키는 광학 접착제이다.
광 조합기(300)는 도시된 바와 같이 1/4 파장 지연기(220)를 향하여 배치되는 제1, 제2 및 제3 반사기(310, 320, 330)를 포함한다. 반사기(310, 320, 330)의 각각은 도 3a에 도시된 바와 같이 인접한 1/4 파장 지연기(220)로부터 분리될 수 있다. 또한, 반사기(310, 320, 330)의 각각은 인접한 1/4 파장 지연기(220)와 직접 접촉할 수 있다. 대안적으로, 반사기(310, 320, 330)의 각각은 광학 접착제에 의해 인접한 1/4 파장 지연기(220)에 접착될 수 있다. 광학 접착제는 경화성 접착제일 수 있다. 광학 접착제는 또한 감압 접착제일 수 있다.
광 조합기(300)는 2색 조합기일 수 있다. 이 실시예에서, 반사기(310, 320, 330) 중 2개는, 각각 제1 및 제2 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1 및 제2 이색 필터이다. 제3 반사기는 거울이다. 거울이란 광의 실질적으로 모든 색을 반사시키도록 선택되는 정반사기(specular reflector)를 의미한다. 제1 및 제2 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 가질 수 있지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
도 3a에 도시된 일 실시예에서, 광 조합기(300)는 3색 조합기이다. 이 실시예에서, 반사기(310, 320, 330)는, 각각 제1, 제2 및 제3 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2 및 제3 이색 필터이다. 일 태양에서, 제1, 제2 및 제3 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다. 이 실시예의 광 조합기(300)를 사용하는 방법은 제1 색을 갖는 제1 광(350)을 제1 이색 필터(310)를 향해 지향시키는 단계, 제2 색을 갖는 제2 광(360)을 제2 이색 필터(320)를 향해 지향시키는 단계, 제3 색을 갖는 제3 광(370)을 제3 이색 필터(330)를 향해 지향시키는 단계, 및 PBS(100)의 제4 면으로부터 조합된 광(380)을 수광하는 단계를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 광(350, 360, 370)의 각각의 경로가 도 3b 내지 도 3d를 참조하여 추가로 기술된다.
일 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 광(350, 360, 370)의 각각은 비편광된 광일 수 있고, 조합된 광(380)은 비편광된다. 다른 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 광(350, 360, 370)의 각각은 적색, 녹색 및 청색 비편광된 광일 수 있고, 조합된 광(380)은 비편광된 백색 광일 수 있다. 제1, 제2 및 제3 광(350, 360, 370)의 각각은 발광 다이오드(LED) 광원으로부터의 광을 포함할 수 있다. 다양한 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드, 유기 LED(OLED) 및 비-고체 광원, 예를 들어 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프가 사용될 수 있다. LED 광원은 다른 광원에 비해, 경제적인 작동, 긴 수명, 견고성, 효율적인 광 생성 및 개선된 스펙트럼 출력을 비롯한 이점들을 가질 수 있다.
이제 도 3b를 참조하면, 제1 광(350)이 비편광된 실시예에 대해 광 조합기(300)를 통한 제1 광(350)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(351), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(355)을 포함하는 비편광된 광이 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제1 광(350)은 제1 이색 필터(310), 1/4 파장 지연기(220)를 통해 지향되어, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 광(350)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어(intercept), 제1 편광 방향을 갖는 광선(352) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(351)으로 분할된다. 제2 편광 방향을 갖는 광선(351)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제1 편광 방향을 갖는 광선(352)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제3 이색 필터로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 방향을 갖는 광선(354)으로서 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 광선(354)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제2 이색 필터(320)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 방향을 갖는 광선(355)으로서 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(355)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
이제 도 3c를 참조하면, 제2 광(360)이 비편광된 실시예에 대해 광 조합기(300)를 통한 제2 광(360)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(365), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(362)을 포함하는 비편광된 광이 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제2 광(360)은 제2 이색 필터(320), 1/4 파장 지연기(220)를 통해 지향되어, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제2 광(360)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(362) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(361)으로 분할된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(362)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제2 편광 방향을 갖는 광선(361)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, PBS(100)의 제1 프리즘 면(130)으로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제3 이색 필터(330)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 방향을 갖는 광선(363)으로서 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 광선(363)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제1 이색 필터(310)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 방향을 갖는 광선(365)으로서 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제2 편광 상태를 갖는 광선(365)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
이제 도 3d를 참조하면, 제3 광(370)이 비편광된 실시예에 대해 광 조합기(300)를 통한 제3 광(370)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(375), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(373)을 포함하는 비편광된 광이 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제3 광(370)은 제3 이색 필터(330), 1/4 파장 지연기(220)를 통해 지향되어, 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제3 광(370)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(372) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(371)으로 분할된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(372)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제3 프리즘 면(150)으로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제1 이색 필터(310)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(374)으로서 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제2 편광 방향을 갖는 광선(374)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제2 편광 방향을 갖는 광선(371)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제2 이색 필터(320)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 방향을 갖는 광선(373)으로서 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(373)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
도 4는 폴리싱된 PBS(400) 내의 광선의 경로를 도시한다. 일 실시예에 따르면, 프리즘(110, 120)의 제1, 제2, 제3 및 제4 프리즘 면(130, 140, 150, 160)은 프리즘(110, 120)의 굴절률 "n2"보다 작은 굴절률 "n1"을 갖는 재료와 접촉하는 폴리싱된 외부 표면이다. 다른 실시예에 따르면, PBS(400)의 외부 면 전부(도시 안된 단부 면을 포함함)는 PBS(400) 내에 경사진 광선의 TIR을 제공하는 폴리싱된 면이다. 폴리싱된 외부 표면은 프리즘(110, 120)의 굴절률 "n2"보다 작은 굴절률 "n1"을 갖는 재료와 접촉한다. TIR은 특히 PBS 내로 지향된 광이 중앙 축을 따라 시준되지 않을 때, 즉 입사 광이 수렴하거나 발산할 때, PBS(400) 내의 광 이용을 개선시킨다. 적어도 일부 광은 그것이 제3 프리즘 면(150)을 통해 출사될 때까지 내부 전반사에 의해 PBS(400) 내에 갇힌다. 몇몇 경우에서, 광의 실질적으로 전부는 그것이 제3 프리즘 면(150)을 통해 출사될 때까지 내부 전반사에 의해 PBS(400) 내에 갇힌다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광선 L0가 각도 θ1의 범위 내에서 제1 프리즘 면(130)에 입사된다. PBS(400) 내의 광선 L1이 스넬의 법칙(Snell's law)이 프리즘 면(140, 160)과 단부 면(도시 안됨)에서 충족되도록 각도 θ2의 범위 내에서 전파된다. 광선 "AB", "AC" 및 "AD"는 제3 프리즘 면(150)을 통해 출사되기 전에 상이한 입사각으로 반사 편광기(190)와 교차하는, PBS(400)를 통한 많은 광 경로 중 3가지를 나타낸다. 광선 "AB" 및 "AD" 둘 모두는 또한 출사 전에 각각 프리즘 면(140, 160)에서 TIR을 겪는다. 각도 θ1 및 θ2의 범위는 PBS(400)의 단부 면에서 반사가 또한 일어날 수 있도록 하는 소정의 원추각(a cone of angles)일 수 있음을 이해하여야 한다. 일 실시예에서, 반사 편광기(190)는 상이한 편광의 광을 넓은 범위의 입사각에 걸쳐 효율적으로 분할시키도록 선택된다. 광을 넓은 범위의 입사각에 걸쳐 분할시키는 데에 중합체 다층 광학 필름이 특히 적합하다. 맥네일 편광기 및 와이어-그리드 편광기를 비롯한 다른 반사 편광기가 사용될 수 있지만, 편광된 광을 분할시키기에 덜 효율적이다. 맥네일 편광기는 큰 입사각에서 광을 효율적으로 투과시키지 못한다. 맥네일 편광기를 사용하는 편광된 광의 효율적 분할은 법선으로부터 약 6 또는 7도 미만의 입사각으로 제한될 수 있는데, 왜냐하면 보다 큰 각도에서는 양쪽 편광 상태의 현저한 반사가 일어나기 때문이다. 와이어-그리드 편광기를 사용하는 편광된 광의 효율적 분할은 전형적으로 와이어의 일측에 인접한 공기 갭을 필요로 하고, 와이어-그리드 편광기가 보다 높은 굴절률의 매질 내에 침지될 때 효율이 저하된다.
도 5는 본 발명의 일 태양에 따른 광 분할기(500)의 개략적인 평면도이다. 광 분할기(500)는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 광 조합기와 동일한 구성요소를 사용하지만, 반대로 기능하는데, 즉 조합된 광(580)은 제4 프리즘 면(160)을 향해 지향되어, 각각 제1, 제2 및 제3 색을 갖는 제1, 제2 및 제3 수광된 광(550, 560, 570)으로 분할된다. 도 5에서, 광 분할기(500)는 프리즘(110, 120)의 대각 면들 사이에 배치된 반사 편광기(190)를 구비한 PBS(100)를 포함한다. 프리즘(110)은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제1 및 제2 프리즘 면(130, 140)을 포함한다. 프리즘(120)은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제3 및 제4 프리즘 면(150, 160)을 포함한다. 반사 편광기(190)는 제1 편광 방향(195)(이 도면에서, 페이지에 수직함)으로 정렬된 직교 반사 편광기, 또는 비-직교 편광기일 수 있지만, 직교 반사 편광기가 바람직하다.
광 분할기(500)는 또한 제1, 제2 및 제3 프리즘 면(130, 140, 150)을 향하여 배치되는 1/4 파장 지연기(220)를 포함한다. 1/4 파장 지연기(220)는 다른 부분에 기술된 바와 같이, 제1 편광 방향(195)에 45° 각도로 정렬된다. 광학적 투과성 재료(340)가 각각의 1/4 파장 지연기(220)와 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치된다. 광학적 투과성 재료(340)는 프리즘(110, 120)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 일 태양에서, 광학적 투과성 재료(340)는 공기일 수 있다. 일 태양에서, 광학적 투과성 재료(340)는 1/4 파장 지연기(220)를 그들 각각의 프리즘 면에 접합시키는 광학 접착제일 수 있다.
광 분할기(500)는 도시된 바와 같이 1/4 파장 지연기(220)를 향하여 배치되는 제1, 제2 및 제3 반사기(310, 320, 330)를 포함한다. 일 태양에서, 반사기(310, 320, 330)는 도 3a에 도시된 바와 같이 인접한 1/4 파장 지연기(220)로부터 분리될 수 있다. 일 태양에서, 반사기(310, 320, 330)는 인접한 1/4 파장 지연기(220)와 직접 접촉할 수 있다. 일 태양에서, 반사기(310, 320, 330)는 광학 접착제에 의해 인접한 1/4 파장 지연기(220)에 접착될 수 있다.
일 실시예에서, 광 분할기(500)는 2색 분할기이다. 이 실시예에서, 반사기(310, 320, 330) 중 2개는, 각각 제1 및 제2 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1 및 제2 이색 필터이다. 제3 반사기는 거울이다. 거울이란 광의 실질적으로 모든 색을 반사시키도록 선택되는 정반사기를 의미한다. 일 태양에서, 제1 및 제2 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 광 분할기(500)는 3색 분할기이다. 이 실시예에서, 반사기(310, 320, 330)는, 각각 제1, 제2 및 제3 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2 및 제3 이색 필터이다. 일 태양에서, 제1, 제2 및 제3 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다. 이 실시예의 광 분할기(500)를 사용하는 방법은 조합된 광(580)을 PBS(100)의 제4 프리즘 면(160)을 향해 지향시키는 단계, 이색 필터(310)로부터 제1 색을 갖는 제1 광(550)을 수광하는 단계, 제2 이색 필터(320)로부터 제2 색을 갖는 제2 광(560)을 수광하는 단계, 및 제3 이색 필터(330)로부터 제3 색을 갖는 제3 광(570)을 수광하는 단계를 포함한다. 조합된 광, 제1 수광된 광, 제2 수광된 광 및 제3 수광된 광(580, 550, 560, 570)의 각각의 광학 경로는 도 3b 내지 도 3d의 설명을 따르지만, 모든 광선의 방향은 역전된다.
일 실시예에서, 조합된 광(580)은 비편광된 광일 수 있고, 제1, 제2 및 제3 광(550, 560, 570)의 각각은 비편광된 광이다. 일 실시예에서, 조합된 광(580)은 비편광된 백색 광일 수 있고, 제1, 제2 및 제3 광(550, 560, 570)의 각각은 적색, 녹색 및 청색 비편광된 광이다. 일 태양에 따르면, 조합된 광(580)은 발광 다이오드(LED) 광원으로부터의 광을 포함한다. 다양한 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드, 유기 LED(OLED) 및 비-고체 광원, 예를 들어 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프가 사용될 수 있다. LED 광원은 다른 광원에 비해, 경제적인 작동, 긴 수명, 견고성, 효율적인 광 생성 및 개선된 스펙트럼 출력을 비롯한 이점들을 가질 수 있다.
도 6a는 일 실시예에 따른 PBS(100) 및 제2 PBS(100')를 포함하는 광 조합기(600)의 평면도이다. PBS(100)는 프리즘(110, 120)의 대각 면들 사이에 배치되는 반사 편광기(190)를 포함한다. 프리즘(110)은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제1 및 제2 프리즘 면(130, 140)을 포함한다. 프리즘(120)은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제3 및 제4 프리즘 면(150, 160)을 포함한다. 제2 PBS(100')는 프리즘(110', 120')의 대각 면들 사이에 배치되는 반사 편광기(190')를 포함한다. 프리즘(110')은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제5 및 제6 프리즘 면(140', 130')을 포함한다. 프리즘(120')은 그들 사이에 90° 각도를 갖는 제7 및 제8 프리즘 면(160', 150')을 포함한다. 반사 편광기(190, 190')는 제1 편광 방향(195)(이 도면에서, 페이지에 수직함)으로 정렬된 직교 반사 편광기일 수 있다. 반사 편광기(190, 190')는 비-직교 편광기일 수 있지만, 직교 반사 편광기가 바람직하다. 제2 PBS(100')는 제4 프리즘 면(160)이 제5 프리즘 면(140')을 향하도록 PBS(100)에 인접하게 배치된다. 제4 프리즘 면(160)과 제5 프리즘 면(140')은 갭에 의해 분리될 수 있거나, 광학 접착제를 사용하여 서로 접착될 수 있다. 사용되는 경우에, 광학 접착제는 프리즘 면에서의 TIR을 가능하게 하도록 다른 부분에서 제공된 굴절률 관계를 충족시켜야 한다.
광 조합기(600)는 제1, 제2, 제3, 제6 및 제7 프리즘 면(130, 140, 150, 130', 160')을 향하여 배치되는 1/4 파장 지연기(220)를 포함한다. 1/4 파장 지연기(220)는 다른 부분에 기술된 바와 같이, 제1 편광 방향(195)에 45° 각도로 정렬된다. 광학적 투과성 재료(340)가 각각의 1/4 파장 지연기(220)와 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치된다. 광학적 투과성 재료(340)는 프리즘(110, 120, 110', 120')의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 일 태양에서, 광학적 투과성 재료(340)는 공기일 수 있다. 다른 태양에서, 광학적 투과성 재료(340)는 1/4 파장 지연기(220)를 그들 각각의 프리즘 면에 접합시키는 광학 접착제일 수 있다.
광 조합기(600)는 도시된 바와 같이 1/4 파장 지연기(220)를 향하여 배치되는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 반사기(610, 620, 630, 640, 660)를 포함한다. 일 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660)는 도 6a에 도시된 바와 같이 인접한 1/4 파장 지연기(220)로부터 분리될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660)는 인접한 1/4 파장 지연기(220)와 직접 접촉할 수 있다. 일 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 650)는 광학 접착제에 의해 인접한 1/4 파장 지연기(220)에 접착될 수 있다.
일 실시예에서, 광 조합기(600)는 2색 조합기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660) 중 2개는, 각각 제1 및 제2 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1 및 제2 이색 필터이다. 나머지 3개의 반사기는 거울이다. 일 태양에서, 광의 제1 및 제2 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 광 조합기(600)는 3색 조합기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660) 중 3개는, 각각 제1, 제2 및 제3 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2 및 제3 이색 필터이다. 나머지 2개의 반사기는 거울이다. 일 태양에서, 광의 제1, 제2 및 제3 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 광 조합기(600)는 4색 조합기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660) 중 4개는, 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2, 제3 및 제4 이색 필터이다. 나머지 반사기는 거울이다. 일 태양에서, 광의 제1, 제2, 제3 및 제4 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
도 6a에 도시된 일 실시예에서, 광 조합기(600)는 5색 조합기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660)는, 각각 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 이색 필터이다. 일 태양에서, 광의 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다. 이 실시예의 광 조합기(600)를 사용하는 방법은 제1 색을 갖는 제1 광(670)을 제1 이색 필터(610)를 향해 지향시키는 단계, 제2 색을 갖는 제2 광(692)을 제2 이색 필터(620)를 향해 지향시키는 단계, 제3 색을 갖는 제3 광(694)을 제3 이색 필터(630)를 향해 지향시키는 단계, 제4 색을 갖는 제4 광(696)을 제4 이색 필터(640)를 향해 지향시키는 단계, 제5 색을 갖는 제5 광(698)을 제5 이색 필터(660)를 향해 지향시키는 단계, 및 제2 PBS(100')의 제7 면으로부터 조합된 광(680)을 수광하는 단계를 포함한다. 제1 광(670)의 광학 경로가 도 6b를 참조하여 기술된다. 간결함을 위해서, 제2, 제3, 제4 및 제5 광(692, 694, 696, 698)의 광학 경로는 포함되지 않지만, 도 6b에 대해 기술된 절차를 따름으로써 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광(670, 692, 694, 696, 698)의 각각은 비편광된 광일 수 있고, 조합된 광(680)은 비편광된다. 일 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광(670, 692, 694, 696, 698)의 각각은 적색, 녹색, 청색, 황색 및 청록색 비편광된 광일 수 있고, 조합된 광(680)은 비편광된 백색 광일 수 있다. 일 태양에 따르면, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 광(670, 692, 694, 696, 698)의 각각은 발광 다이오드(LED) 광원으로부터의 광을 포함할 수 있다. 다양한 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드, 유기 LED(OLED) 및 비-고체 광원, 예를 들어 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프가 사용될 수 있다. LED 광원은 다른 광원에 비해, 경제적인 작동, 긴 수명, 견고성, 효율적인 광 생성 및 개선된 스펙트럼 출력을 비롯한 이점들을 가질 수 있다.
이제 도 6b를 참조하면, 제1 광(670)이 비편광된 실시예에 대해 광 조합기(600)를 통한 제1 광(670)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(676), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(678)을 포함하는 비편광된 광이 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
제1 광(670)은 제1 이색 필터(610), 1/4 파장 지연기(220)를 통해 지향되어, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 광(670)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(672) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(671)으로 분할된다.
제2 편광 방향을 갖는 광선(671)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사되어, 제2 PBS(100')의 제5 프리즘 면(140')에 입사된다. 광선(671)은 제2 편광 방향을 갖는 광선(677)으로서 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제4 이색 필터(640)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(678)으로서 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(678)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
제1 편광 방향을 갖는 광선(672)은 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제3 이색 필터(630)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(673)으로서 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 광선(673)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제2 이색 필터(620)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(674)으로서 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(674)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사되어, 제5 프리즘 면(140')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(674)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제5 이색 필터(660)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(675)으로서 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(675)은 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제2 편광 방향을 갖는 광선(676)으로서 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다.
일 실시예에서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 광 조합기(600)의 작동은 제4 및 제5 반사기(640, 660)를 통해 제2 PBS(100')에 입사하는 광선의 광학 경로를 변경함으로써 개선될 수 있다. 제6 이색 필터 및 추가의 1/4 파장 지연기가 광학 경로를 변경시키기 위해 PBS(100)와 제2 PBS(100') 사이에 위치될 수 있다. 이 실시예는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 아래에 추가로 기술된다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 조합기(700)를 통한 제2 광(692)의 광학 경로의 개략적인 평면도이다. 광 조합기(700)는 제4 프리즘 면(160)과 제5 프리즘 면(140') 사이에 배치되는 추가의 제6 이색 필터(770) 및 추가의 1/4 파장 지연기(220)와 함께 도 6a 및 도 6b의 광 조합기(600)를 포함한다. 제6 이색 필터(770)는 제4 프리즘 면(160)을 향하여 배치되고, 추가의 1/4 파장 지연기(220)는 제5 프리즘 면(140')을 향하여 배치된다. 광학적 투과성 재료(340)가 각각 제6 이색 필터(770), 추가의 1/4 파장 지연기(220), 및 제4 및 제5 프리즘 면(160, 140') 사이에 배치된다. 제6 이색 필터(770)는, 광의 제4 및 제5 색 중 적어도 하나를 반사시키고 광의 다른 색을 투과시키도록 선택된다.
제2 광(692)은 제2 이색 필터(620), 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사되고, 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(710) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(730)으로 분할된다. 광선(710)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
광선(730)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제3 이색 필터(630)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(732)으로서 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 광선(732)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제1 이색 필터(610)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(734)으로서 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 광선(734)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제2 편광 방향을 갖는 광선(736)으로서 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제1 및 제3 광(670, 694)(도 6a에 도시됨)이, 제2 광(692)에 대해 기술된 바와 동일한 방법을 사용하여 용이하게 추적되고 그와 동일한 결과를 갖는 도 7a의 PBS(100)를 통한 광학 경로를 갖지만, 본 명세서에서는 간결함을 위해 생략됨을 이해하여야 한다. 제1 및 제3 광(670, 694)은 또한 제1 및 제2 편광 방향 둘 모두로 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된 후, 두 광선(710, 736)은 제6 이색 필터(770)를 통과하여, 그것들이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광선(712, 738)으로 변경된다. 원형 편광된 광선(712, 738)은 반사 편광기(190')에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(716, 740) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(714, 742)으로 분할된다.
광선(716, 740)은 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되어, 그들이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제5 이색 필터(660)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(722, 748)으로서 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(722, 748)은 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 둘 모두 제2 편광 상태를 갖는 광선(724, 750)으로서 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
광선(714, 742)은 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것들이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제4 이색 필터(640)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(718, 744)으로서 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(718, 744)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 둘 모두 제1 편광 상태를 갖는 광선(720, 746)으로서 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
도 7b는 도 7a에 도시된 광 조합기(700)를 통한 제5 및 제6 광선(696, 698)의 광학 경로를 도시한다. 제5 및 제6 광선(696, 698)은 제2 PBS(100')에 입사되고, 제6 이색 필터(770)로부터의 반사에 의해 PBS(100)에 입사되지 못한다. 광이 반사 편광기(190, 190')를 통과하거나 그것으로부터 반사될 때, 소량의 광이 손실된다. 제6 이색 필터(770)는 제5 및 제6 광선(696, 698)이 PBS(100)에 입사되지 못하게 함으로써 그들에 대한 이러한 손실을 감소시킬 수 있어서, 광 조합기(700)의 작동을 개선시킨다.
제4 광(696)은 제4 이색 필터(640), 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')에 입사되고, 반사 편광기(190')에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(752) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(754)으로 분할된다. 제1 편광을 갖는 광선(752)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
광선(754)은 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제5 프리즘 면(140')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제6 이색 필터(770)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(755)으로서 제5 프리즘 면(140')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(755)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제5 이색 필터(660)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(756)으로서 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(756)은 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제2 편광 상태를 갖는 광선(757)으로서 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
제5 광(698)은 제5 이색 필터(660), 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제7 프리즘 면(160')을 통해 제2 PBS(100')에 입사되고, 반사 편광기(190')에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(758) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(762)으로 분할된다. 제2 편광 방향을 갖는 광선(762)은 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
광선(758)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 제5 프리즘 면(140')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제6 이색 필터(770)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제2 편광 상태를 갖는 광선(759)으로서 제5 프리즘 면(140')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(759)은 광선(760)으로서 반사 편광기(190')로부터 반사되어, 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(690)으로 변경된다. 원형 편광된 광(690)은 제4 이색 필터(640)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(761)으로서 제6 프리즘 면(130')을 통해 제2 PBS(100')에 입사된다. 광선(761)은 반사 편광기(190')를 통과하여, 제1 편광 상태를 갖는 광선(761)으로서 제8 프리즘 면(150')을 통해 제2 PBS(100')로부터 출사된다.
도 8은 본 발명의 일 태양에 따른 광 분할기(800)의 개략적인 평면도이다. 일 실시예에서, 광 분할기(800)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 광 조합기(600)와 동일한 구성요소를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 광 분할기(800)는 도 7a 및 도 7b에 도시된 광 조합기(600)와 동일한 구성요소를 사용할 수 있다. 광 분할기(800)는 광 조합기(600)의 반대로 기능하는데, 즉 다색의 조합된 광(810)이 제8 프리즘 면(150')을 향해 지향되어, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 색을 갖는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 수광된 광(820, 830, 840, 850, 860)으로 분할된다. 도 8에서, 광 분할기(800)는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 기술된 광 조합기(600)의 구성요소를 포함한다.
일 실시예에서, 광 분할기(800)는 2색 분할기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660) 중 2개는, 각각 제1 및 제2 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1 및 제2 이색 필터이다. 나머지 3개의 반사기는 거울이다. 일 태양에서, 제1 및 제2 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 광 분할기(800)는 3색 분할기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660) 중 3개는, 각각 제1, 제2 및 제3 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2 및 제3 이색 필터이다. 나머지 2개의 반사기는 거울이다. 일 태양에서, 광의 제1, 제2 및 제3 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 광 분할기(800)는 4색 분할기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660) 중 4개는, 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2, 제3 및 제4 이색 필터이다. 나머지 반사기는 거울이다. 일 태양에서, 광의 제1, 제2, 제3 및 제4 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 광 분할기(800)는 5색 분할기이다. 이 실시예에서, 반사기(610, 620, 630, 640, 660)는, 각각 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 이색 필터이다. 일 태양에서, 광의 제1, 제2, 제3 및 제4 색은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다. 이 실시예의 광 분할기(800)를 사용하는 방법은 조합된 광(810)을 제2 PBS(100')의 제8 프리즘 면(150')을 향해 지향시키는 단계, 제1 이색 필터(610)로부터 제1 색을 갖는 제1 광(860)을 수광하는 단계, 제2 이색 필터(620)로부터 제2 색을 갖는 제2 광(850)을 수광하는 단계, 제3 이색 필터(630)로부터 제3 색을 갖는 제3 광(840)을 수광하는 단계, 제4 이색 필터(640)로부터 제4 색을 갖는 제4 광(830)을 수광하는 단계, 및 제5 이색 필터(660)로부터 제5 색을 갖는 제5 광(820)을 수광하는 단계를 포함한다. 조합된 광, 제1 수광된 광, 제2 수광된 광, 제3 수광된 광, 제4 수광된 광 및 제5 수광된 광(860, 850, 840, 830, 820)의 각각의 광학 경로는 도 6b를 참조하여 제공된 설명을 따르지만, 모든 광선의 방향은 역전된다.
일 실시예에서, 조합된 광(810)은 비편광된 광일 수 있고, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 수광된 광(860, 850, 840, 830, 820)의 각각은 비편광된 광이다. 일 실시예에서, 조합된 광(810)은 비편광된 백색 광일 수 있고, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 수광된 광(860, 850, 840, 830, 820)의 각각은 적색, 녹색, 청색, 황색 및 청록색 비편광된 광이다. 일 태양에 따르면, 조합된 광(810)은 발광 다이오드(LED) 광원으로부터의 광을 포함한다 다양한 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드, 유기 LED(OLED) 및 비-고체 광원, 예를 들어 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프가 사용될 수 있다. LED 광원은 다른 광원에 비해, 경제적인 작동, 긴 수명, 견고성, 효율적인 광 생성 및 개선된 스펙트럼 출력을 비롯한 이점들을 가질 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 태양에 따른 광 조합기의 평면도이다. 도 9a 내지 도 9c에서, 제1 내지 제3 광선(950, 960, 970)의 경로가 전개된(unfolded) 광 조합기(900)를 통해 기술된다. 전개된 광 조합기(900)는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 기술된 광 조합기(300)의 일 실시예일 수 있다. 이 실시예에서, 제1 내지 제3 광원(940, 942, 944)이 동일 평면(930) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 평면(930)은 3개의 광원에 공통적인 열 교환기일 수 있다. 전개된 광 조합기(900)는 다른 부분에 기술된 PBS(100)의 각각 제1 프리즘 면(130) 및 제3 프리즘 면(150)을 향하여 배치되는 제3 프리즘(910) 및 제4 프리즘(920)을 포함한다. 제3 프리즘(910) 및 제4 프리즘(920)은 각각 "방향전환 프리즘(turning prism)"이다. 평면(930) 상의 제1 및 제3 광원(940, 944)으로부터 방출되는 제1 및 제3 광(950, 970)이 각각 제1 및 제2 프리즘 면(120, 130)에 수직한 방향으로 PBS(100)에 입사되도록 제3 및 제4 프리즘(910, 920)에 의해 방향전환된다.
전개된 광 조합기(900)는 제1, 제2 및 제3 프리즘 면(130, 140, 150)을 향하여 배치되는 1/4 파장 지연기(220)를 포함한다. 1/4 파장 지연기(220)는 제1 편광 방향(195)에 45° 각도로 정렬된다. 광학적 투과성 재료(340)가 각각의 1/4 파장 지연기(220)와 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치된다. 광학적 투과성 재료(340)는 프리즘(110, 120)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 광학적 투과성 재료(340)는 공기이다. 다른 실시예에서, 광학적 투과성 재료(340)는 1/4 파장 지연기(220)를 그들 각각의 프리즘 면에 접합시키는 광학 접착제이다.
전개된 광 조합기(900)는 제3 및 제4 프리즘(910, 920)을 포함한다. 제3 프리즘(910)은 제5 및 제6 프리즘 면(912, 914)과 그들 사이의 대각 프리즘 면(916)을 포함한다. 제5 및 제6 프리즘 면(912, 914)은 "방향전환 프리즘 면"이다. 제5 프리즘 면(912)은, 제3 광원(944)으로부터 광을 수광하고 광을 제1 프리즘 면(130)으로 지향시키도록 위치된다. 제4 프리즘(920)은 제7 및 제8 프리즘 면(922, 924)과 그들 사이의 대각 프리즘 면(926)을 포함한다. 제7 및 제8 프리즘 면(922, 924)은 또한 "방향전환 프리즘 면"이다. 제7 프리즘 면(922)은, 제1 광원(940)으로부터 광을 수광하고 광을 제3 프리즘 면(150)으로 지향시키도록 위치된다.
제5, 제6, 제7 및 제8 프리즘 면(912, 914, 922, 924)과 대각 프리즘 면(916, 926)은 다른 부분에 기술된 바와 같이, TIR의 보존을 위해 폴리싱될 수 있다. 제3 및 제4 프리즘(910, 920)의 대각 프리즘 면(916, 926)은 또한 금속 코팅; 유전체 코팅; 유기 또는 무기 간섭 스택; 또는 반사를 향상시키는 조합을 포함할 수 있다.
전개된 광 조합기(900)는 또한 제1, 제2 및 제3 광원(940, 942, 944)으로부터 광을 수광하도록 배치되는 제1, 제2 및 제3 반사기(310, 320, 330)를 포함한다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 일 실시예에서, 제1 반사기(310) 및 관련 지연기(220)는 각각 제7 및 제8 프리즘 면(922, 924)을 향하여 배치되고, 또한 PBS(100)의 제3 프리즘 면(150)을 향한다. 일 실시예에서, 제3 반사기(330) 및 관련 지연기(220)는 각각 제5 및 제6 프리즘 면(912, 914)을 향하여 배치되고, 또한 PBS(100)의 제1 프리즘 면(130)을 향한다. 다른 실시예(도시 안됨)에서, 제1 반사기(310) 및 관련 지연기(220)는 제2 반사기(320) 및 관련 지연기(220)의 위치설정과 유사한 방식으로 서로를 향하여(예컨대, 서로 인접하게) 위치된다. 이 경우에, 제1 반사기(310) 및 지연기(220)는 프리즘 면(922)에 인접하게, 또는 프리즘 면(150)에 인접하게 배치될 수 있다. 원칙적으로, 전개된 광 조합기(900)는 광선의 경로에 대한 각각의 배향이 변경되지 않으면, 즉 각각이 광선의 경로에 실질적으로 수직하면, 반사기와 관련 지연기 사이의 분리에 관계 없이 기능할 수 있다. 그러나, 대각 프리즘 면(926, 916)으로부터의 반사의 특성에 따라, 이들 면으로부터의 반사에 의해 도입되는 다소간의 편광 합성(polarization mixing)이 있을 수 있다. 이 편광 합성은 광 효율의 손실을 초래할 수 있고, 반사기(310, 330)를 프리즘 면(120, 130)에 인접하게 배치시킴으로써 최소화될 수 있다.
반사기(310, 320, 330)의 각각은 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 관련 1/4 파장 지연기(220)로부터 분리될 수 있다. 또한, 반사기(310, 320, 330)의 각각은 인접한 1/4 파장 지연기(220)와 직접 접촉할 수 있다. 대안적으로, 반사기(310, 320, 330)의 각각은 광학 접착제에 의해 인접한 1/4 파장 지연기(220)에 접착될 수 있다. 광학 접착제는 경화성 접착제일 수 있다. 광학 접착제는 또한 감압 접착제일 수 있다.
전개된 광 조합기(900)는 2색 조합기일 수 있다. 이 실시예에서, 반사기(310, 320, 330) 중 2개는, 각각 제1 및 제2 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1 및 제2 이색 필터이다. 제3 반사기는 거울이다. 거울이란 광의 실질적으로 모든 색을 반사시키도록 선택되는 정반사기를 의미한다. 제1 및 제2 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 가질 수 있지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다.
도 9a 내지 도 9c에 도시된 일 실시예에서, 전개된 광 조합기(900)는 3색 조합기이다. 이 실시예에서, 반사기(310, 320, 330)는, 각각 제1, 제2 및 제3 유색 광을 투과시키고 광의 다른 색을 반사시키도록 선택되는 제1, 제2 및 제3 이색 필터이다. 일 태양에서, 제1, 제2 및 제3 유색 광은 스펙트럼 범위에서 최소의 중첩을 갖지만, 원하는 경우에 상당한 중첩이 있을 수 있다. 이 실시예의 전개된 광 조합기(900)를 사용하는 방법은 제1 색을 갖는 제1 광(950)을 제1 이색 필터(310)를 향해 지향시키는 단계, 제2 색을 갖는 제2 광(960)을 제2 이색 필터(320)를 향해 지향시키는 단계, 제3 색을 갖는 제3 광(970)을 제3 이색 필터(330)를 향해 지향시키는 단계, 및 PBS(100)의 제4 면(160)으로부터 조합된 광을 수광하는 단계를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 광(950, 960, 970)의 각각의 경로가 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 추가로 기술된다.
일 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 광(950, 960, 970)의 각각은 비편광된 광일 수 있고, 조합된 광은 비편광된다. 다른 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 광(950, 960, 970)의 각각은 적색, 녹색 및 청색 비편광된 광일 수 있고, 조합된 광은 비편광된 백색 광일 수 있다. 제1, 제2 및 제3 광(950, 960, 970)의 각각은 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 다른 부분에 기술된 바와 같은 광을 포함할 수 있다.
일 태양에서, 전개된 광 조합기(900)는 각각의 제1, 제2 및 제3 광원(940, 942, 944)과 각각의 제5, 제2 및 제7 프리즘 면(912, 140, 922) 사이에 배치되는 선택적 광 터널(935)을 포함할 수 있다. 단일의 선택적 광 터널(935)이 제3 광원(944)에 대한 배치를 지시하기 위해 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있지만, 선택적 광 터널(935)은 제1, 제2 및 제3 광원(940, 942, 944)과 각각의 프리즘 면(922, 140, 912)의 임의의 조합에 인접하게 배치될 수 있음을 이해하여야 한다. 광 터널(935)은, 광원으로부터 유래되는 광을 부분적으로 시준시키고 광이 PBS(100)에 입사되는 각도를 감소시키는 데 유용할 수 있다. 광 터널(935)은 전개된 색 조합기(900)를 위한 선택적 구성요소이고, 또한 본 명세서에 기술된 임의의 색 조합기 및 분할기를 위한 선택적 구성요소일 수 있다. 광 터널은 직선형 또는 곡선형 면을 가질 수 있거나, 그들은 렌즈 시스템에 의해 대체될 수 있다. 각각의 응용의 특정 상세 사항에 따라 상이한 접근법이 바람직할 수 있고, 당업자는 특정 응용을 위한 최적의 접근법을 선택하는 데 어려움이 없을 것이다.
이제 도 9a를 참조하면, 제1 광(950)이 비편광된 실시예에 대해 전개된 광 조합기(900)를 통한 제1 광(950)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(951), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(956)을 포함하는 비편광된 광이 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제1 광(950)은 제1 이색 필터(310)를 통해 지향되어, 제7 프리즘 면(922)을 통해 제4 프리즘(920)에 입사되고, 대각 면(926)으로부터 반사되어, 제8 프리즘 면(924)을 통해 제4 프리즘(920)으로부터 출사되고, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 광(950)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(952) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(951)으로 분할된다. 제2 편광 방향을 갖는 광선(951)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제1 편광 방향을 갖는 광선(952)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(953)으로 변경된다. 원형 편광된 광(953)은 제6 프리즘 면(914)을 통해 제3 프리즘(910)에 입사되어 대각 면(916)으로부터 반사되어서 원형 편광의 방향을 변경시키고, 제5 프리즘 면(912)을 통해 제3 프리즘(910)으로부터 출사되어 제3 이색 필터(330)로부터 반사되고, 다시 원형 편광의 방향을 변경시켜서 원형 편광된 광(954)이 된다. 원형 편광된 광(954)은 제5 프리즘 면(912)을 통해 제3 프리즘(910)에 입사되어 대각 면(916)으로부터 반사되어서 원형 편광의 방향을 변경시키고, 제6 프리즘 면(914)을 통해 제3 프리즘(910)으로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 제2 편광 상태를 갖는 광선(955)이 된다. 제2 편광 상태를 갖는 광선(955)은 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사되어, 반사 편광기(190)로부터 반사되어서, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경되고, 제2 이색 필터(320)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 제1 편광 방향을 갖는 제1 광(956)이 된다. 제1 편광 방향을 갖는 제1 광(956)은 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사되어, 반사 편광기(190)를 통과하여서, 제1 편광 방향을 갖는 광선(956)으로서 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
이제 도 9b를 참조하면, 제2 광(960)이 비편광된 실시예에 대해 전개된 광 조합기(900)를 통한 제2 광(960)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(968), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(961)을 포함하는 비편광된 광이 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제2 광(960)은 제2 이색 필터(320), 1/4 파장 지연기(220)를 통해 지향되어, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제2 광(960)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(961) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(962)으로 분할된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(961)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제2 편광 방향을 갖는 광선(962)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, PBS(100)의 제1 프리즘 면(130)으로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(963)으로 변경된다. 원형 편광된 광(963)은 제6 프리즘 면(914)을 통해 제3 프리즘(910)에 입사되어 대각 면(916)으로부터 반사되어서 원형 편광의 방향을 변경시키고, 제5 프리즘 면(912)을 통해 제3 프리즘(910)으로부터 출사되어 제3 이색 필터(330)로부터 반사되고 다시 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 원형 편광된 광(964)으로서 제5 프리즘 면(912)을 통해 제3 프리즘(910)에 입사된다. 원형 편광된 광(964)은 대각 면(916)으로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 제6 프리즘 면(914)을 통해 제3 프리즘(910)으로부터 출사되고, 그것이 지연기(220)를 통과할 때 제1 편광 방향을 갖는 제2 광(965)으로 변경된다. 제1 편광 방향을 갖는 제2 광(965)은 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사되어, 변경되지 않은 상태로 반사 편광기(190)를 통과하여서, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(966)으로 변경되어서, 제8 프리즘 면(924)을 통해 제4 프리즘(920)에 입사된다. 원형 편광된 광(966)은 대각 면(992)으로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 제7 프리즘 면(922)을 통해 제4 프리즘(920)으로부터 출사되어 제1 이색 필터(310)로부터 반사되어서 원형 편광의 방향을 변경시키고, 원형 편광된 광(967)으로서 제7 프리즘 면(922)을 통해 제4 프리즘(920)에 입사된다. 원형 편광된 광(967)은 대각 면(926)으로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 제8 프리즘 면(924)을 통해 제4 프리즘(920)으로부터 출사되고, 그것이 지연기(220)를 통과할 때 제2 편광 방향을 갖는 제2 광(968)으로 변경되어서, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사되어, 반사 편광기(190)로부터 반사되어서, 제2 편광 방향을 갖는 제2 광(968)으로서 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
이제 도 9c를 참조하면, 제3 광(970)이 비편광된 실시예에 대해 전개된 광 조합기(900)를 통한 제3 광(970)의 광학 경로가 기술된다. 이 실시예에서, 제2 편광 방향을 갖는 광선(976), 및 제1 편광 방향을 갖는 광선(972)을 포함하는 비편광된 광이 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제3 광(970)은 제3 이색 필터(330)를 통해 지향되어, 제5 프리즘 면(912)을 통해 제3 프리즘(910)에 입사되어서, 대각 면(916)으로부터 반사되어, 제6 프리즘 면(914)을 통해 제3 프리즘(910)으로부터 출사되어서, 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 프리즘 면(130)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제3 광(970)은 반사 편광기(190)에 의해 도중차단되어, 제1 편광 방향을 갖는 광선(973) 및 제2 편광 방향을 갖는 광선(971)으로 분할된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(973)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제3 프리즘 면(150)으로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(974)으로 변경되어, 제8 프리즘 면(924)을 통해 제4 프리즘(920)에 입사된다. 원형 편광된 광(974)은 대각 면(926)으로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 제7 프리즘 면(922)을 통해 제4 프리즘(920)으로부터 출사되어, 제1 이색 필터(310)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 제7 프리즘 면(922)을 통해 제4 프리즘(920)에 입사되고, 그것이 대각 면(926)으로부터 반사될 때 원형 편광된 광(975)이 되어 다시 원형 편광의 방향을 변경시킨다. 원형 편광된 광(975)은 제8 프리즘 면(923)을 통해 제4 프리즘(920)으로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 제2 편광 방향을 갖는 제3 광선(976)으로 변경되어서, 제3 프리즘 면(150)을 통해 PBS(100)에 입사되어, 반사 편광기(190)로부터 반사되어서, 제2 편광 방향을 갖는 제3 광(976)으로서 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
제2 편광 방향을 갖는 광선(971)은 반사 편광기(190)로부터 반사되어, 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)로부터 출사되고, 그것이 1/4 파장 지연기(220)를 통과할 때 원형 편광된 광(390)으로 변경된다. 원형 편광된 광(390)은 제2 이색 필터(320)로부터 반사되어 원형 편광의 방향을 변경시켜서, 다시 1/4 파장 지연기(220)를 통과하여, 제1 편광 방향을 갖는 광선(972)으로서 제2 프리즘 면(140)을 통해 PBS(100)에 입사된다. 제1 편광 방향을 갖는 광선(972)은 반사 편광기(190)를 통과하여, 제4 프리즘 면(160)을 통해 PBS(100)로부터 출사된다.
일 태양에서, 본 명세서에 기술된 임의의 2색, 3색, 4색, 및 5색 광 조합기 및 분할기가 도 3a 내지 도 3d 및 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 기술된 바와 유사한 방식으로 전개될 수 있다. 공통 평면으로부터 PBS의 입력 면 중 하나로(조합기), 또는 PBS로부터 공통 평면으로(분할기) 광을 지향시키기 위해 프리즘이 추가될 수 있다. 전개된 광 조합기는, 예를 들어 공통 열 교환기가 광원에 의해 생성된 열을 제거하기 위해 사용될 수 있도록 공통 평면을 따른 입력 광원의 위치설정으로부터 이득을 얻을 수 있다. 전개된 광 분할기도 마찬가지로 광의 분할된 색이 동일 평면으로부터 방출되도록 하는 것으로부터 이득을 얻을 수 있다.
달리 지시되지 않는다면, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는다면,, 상기 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기술된 수치적 파라미터들은 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하는 당업자들이 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.
특정 실시예들이 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 대안 및/또는 등가의 구현예들이 도시되고 기술된 특정 실시예들을 대신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 실시예의 임의의 변형 또는 수정을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (50)

  1. 제1 및 제2 프리즘;
    제1, 제2, 제3, 및 제4 프리즘 면;
    제1 프리즘과 제2 프리즘 사이에 배치되는 반사 편광기
    를 포함하는 제1 편광 빔 분할기(beam splitter);
    제1 프리즘 면을 향하여 배치되는, 광의 제1 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1 이색 필터(dichroic filter);
    제2 프리즘 면을 향하여 배치되는, 광의 제2 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제2 이색 필터;
    제3 프리즘 면을 향하여 배치되는, 광의 적어도 제1 및 제2 파장 스펙트럼을 반사시키는 반사기; 및
    반사기, 제1 이색 필터, 및 제2 이색 필터의 각각과 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치되는 지연기
    를 포함하는 광 조합기(light combiner).
  2. 제1항에 있어서, 지연기는 제1 편광 방향에 45°로 정렬되는 1/4 파장 지연기(quarter-wave retarder)인 광 조합기.
  3. 제2항에 있어서, 반사 편광기는 제1 편광 방향으로 정렬되는 광 조합기.
  4. 제3항에 있어서, 반사 편광기는 직교 반사 편광기(Cartesian reflective polarizer)인 광 조합기.
  5. 제4항에 있어서, 직교 반사 편광기는 중합체 다층 광학 필름인 광 조합기.
  6. 제1항에 있어서, 반사기는 거울인 광 조합기.
  7. 제1항에 있어서, 반사기는, 광의 제3 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제3 이색 필터인 광 조합기.
  8. 제1항에 있어서, 편광 빔 분할기는 단부 면을 추가로 포함하며, 프리즘 면과 단부 면은 폴리싱되는(polished) 광 조합기.
  9. 제8항에 있어서, 폴리싱된 면들의 각각과 접촉하는 광학적 투과성 재료를 추가로 포함하며, 제1 및 제2 프리즘의 각각의 굴절률은 제1 및 제2 프리즘 내에서 내부 전반사가 일어날 수 있도록 광학적 투과성 재료의 굴절률보다 더 큰 광 조합기.
  10. 제9항에 있어서, 폴리싱된 면들 중 적어도 하나와 접촉하는 광학적 투과성 재료는 공기인 광 조합기.
  11. 제9항에 있어서, 폴리싱된 면들 중 적어도 하나와 접촉하는 광학적 투과성 재료는 광학 접착제인 광 조합기.
  12. 제1항의 광 조합기를 제공하는 단계;
    각각 제1 및 제2 파장 스펙트럼의 광을 제1 및 제2 이색 필터를 향해 지향시키는 단계; 및
    제4 프리즘 면으로부터 조합된 광을 수광하는 단계
    를 포함하는 광을 조합하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 반사기는, 광의 제3 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제3 이색 필터이며,
    제3 파장 스펙트럼의 광을 제3 이색 필터를 향해 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 반사기는 거울인 방법.
  15. 제1 및 제2 프리즘;
    제1, 제2, 제3, 및 제4 프리즘 면;
    제1 프리즘과 제2 프리즘 사이에 배치되는 반사 편광기
    를 포함하는 제1 편광 빔 분할기;
    제1 프리즘 면을 향하여 배치되는, 광의 제1 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1 이색 필터;
    제2 프리즘 면을 향하여 배치되는, 광의 제2 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제2 이색 필터;
    제3 프리즘 면을 향하여 배치되는, 광의 적어도 제1 및 제2 파장 스펙트럼을 반사시키는 반사기; 및
    반사기, 제1 이색 필터, 및 제2 이색 필터의 각각과 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치되는 지연기
    를 포함하는 광 분할기(light splitter)를 제공하는 단계;
    조합된 다색 광(polychromatic light)을 제4 프리즘 면을 향해 지향시키는 단계; 및
    각각 제1 및 제2 이색 필터를 통해 제1 및 제2 파장 스펙트럼의 광을 수광하는 단계
    를 포함하는 광을 분할하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 지연기는 제1 편광 방향에 45°로 정렬되는 1/4 파장 지연기인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 반사 편광기는 제1 편광 방향으로 정렬되는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 반사기는, 광의 제3 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제3 이색 필터이며,
    제3 이색 필터를 통해 제3 파장 스펙트럼의 광을 수광하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제13항 또는 제18항에 있어서, 지향된 광 및 수광된 광은 비편광되는 방법.
  20. 제13항 또는 제18항에 있어서, 지향된 광 및 수광된 광은 발산으로부터 수렴까지의 범위의 광선을 포함하는 방법.
  21. 제13항 또는 제18항에 있어서, 제1, 제2, 제3 파장 스펙트럼은 적색, 청색 및 녹색이며, 조합된 광은 백색 광인 방법.
  22. 제1 및 제2 프리즘;
    제1, 제2, 제3, 및 제4 프리즘 면;
    제1 프리즘과 제2 프리즘 사이에 배치되는 제1 반사 편광기
    를 포함하는 제1 편광 빔 분할기;
    제4 프리즘 면에 인접하게 배치되며,
    제3 및 제4 프리즘;
    제4 프리즘 면에 인접한 제5 프리즘 면;
    제6, 제7 및 제8 프리즘 면;
    제3 프리즘과 제4 프리즘 사이에 배치되는 제2 반사 편광기
    를 포함하는 제2 편광 빔 분할기;
    제1, 제2, 제3, 제6 및 제7 프리즘 면을 향하여 배치되는 제1 내지 제5 반사기 - 여기서,
    제1 반사기는, 광의 제1 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1 이색 필터이며,
    제2 반사기는, 광의 제2 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제2 이색 필터이고,
    제3, 제4 및 제5 반사기는 광의 적어도 제1 및 제2 파장 스펙트럼을 각각 반사시킴 - ; 및
    반사기들의 각각과 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치되는 지연기
    를 포함하는 광 조합기.
  23. 제22항에 있어서, 지연기는 제1 편광 방향에 45°로 정렬되는 1/4 파장 지연기인 광 조합기.
  24. 제23항에 있어서, 제1 및 제2 반사 편광기 중 적어도 하나는 제1 편광 방향으로 정렬되는 광 조합기.
  25. 제24항에 있어서, 제1 및 제2 반사 편광기 중 적어도 하나는 직교 반사 편광기인 광 조합기.
  26. 제25항에 있어서, 직교 반사 편광기는 중합체 다층 광학 필름인 광 조합기.
  27. 제22항에 있어서, 제3, 제4 또는 제5 반사기 중 적어도 하나는 거울인 광 조합기.
  28. 제22항에 있어서, 제3, 제4 또는 제5 반사기 중 적어도 하나는, 광의 제3 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제3 이색 필터인 광 조합기.
  29. 제28항에 있어서, 제3, 제4 또는 제5 반사기 중 적어도 하나는, 광의 제4 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제4 이색 필터인 광 조합기.
  30. 제29항에 있어서, 제3, 제4 또는 제5 반사기 중 적어도 하나는, 광의 제5 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제5 이색 필터인 광 조합기.
  31. 제22항에 있어서, 각각의 편광 빔 분할기는 단부 면을 추가로 포함하며, 모든 프리즘 면과 단부 면은 폴리싱되는 광 조합기.
  32. 제31항에 있어서, 폴리싱된 면들의 각각과 접촉하는 광학적 투과성 재료를 추가로 포함하며, 제1, 제2, 제3, 및 제4 프리즘의 각각의 굴절률은 제1, 제2, 제3, 및 제4 프리즘 내에서 내부 전반사가 일어날 수 있도록 광학적 투과성 재료의 굴절률보다 더 큰 광 조합기.
  33. 제32항에 있어서, 프리즘 면 및 단부 면 중 적어도 하나와 접촉하는 광학적 투과성 재료는 공기인 광 조합기.
  34. 제32항에 있어서, 프리즘 면 및 단부 면 중 적어도 하나와 접촉하는 광학적 투과성 재료는 광학 접착제인 광 조합기.
  35. 제23항에 있어서,
    제1 편광 빔 분할기와 제2 편광 빔 분할기 사이에 배치되는, 제6 및 제7 면으로부터 입사되는 광을 반사시키는 제6 이색 필터; 및
    제4 프리즘 면과 제6 이색 필터 사이에 배치되는, 제1 편광 방향에 45°로 정렬되는 추가의 1/4 파장 지연기
    를 추가로 포함하는 광 조합기.
  36. 제35항에 있어서, 제6 이색 필터는 제1, 제2 및 제3 면으로부터 입사되는 광을 투과시키는 광 조합기.
  37. 제22항의 광 조합기를 제공하는 단계;
    각각 제1 및 제2 파장 스펙트럼의 광을 제1 및 제2 이색 필터를 통해 광 조합기를 향해 지향시키는 단계; 및
    제8 프리즘 면으로부터 조합된 광을 수광하는 단계
    를 포함하는 광을 조합하는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 반사기들 중 적어도 하나는, 광의 제3 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제3 이색 필터이며,
    제3 파장 스펙트럼의 광을 제3 이색 필터를 통해 광 조합기를 향해 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서, 반사기들 중 적어도 하나는, 광의 제4 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제4 이색 필터이며,
    제4 파장 스펙트럼의 광을 제4 이색 필터를 통해 광 조합기를 향해 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 반사기들 중 적어도 하나는, 광의 제5 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제5 이색 필터이며,
    제5 파장 스펙트럼의 광을 제4 이색 필터를 통해 광 조합기를 향해 지향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  41. 제1 및 제2 프리즘;
    제1, 제2, 제3, 및 제4 프리즘 면;
    제1 프리즘과 제2 프리즘 사이에 배치되는 제1 반사 편광기
    를 포함하는 제1 편광 빔 분할기;
    제4 프리즘 면을 향하여 배치되며,
    제3 및 제4 프리즘;
    제4 프리즘 면에 인접한 제5 프리즘 면;
    제6, 제7 및 제8 프리즘 면;
    제3 프리즘과 제4 프리즘 사이에 배치되는 제2 반사 편광기
    를 포함하는 제2 편광 빔 분할기;
    각각 제1, 제2, 제3, 제6 및 제7 프리즘 면을 향하여 배치되는 제1 내지 제5 반사기 - 여기서,
    제1 반사기는, 광의 제1 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제1 이색 필터이며,
    제2 반사기는, 광의 제2 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제2 이색 필터임 - ;
    제1, 제2 및 제3 반사기, 제1 및 제2 이색 필터의 각각과 그들 각각의 프리즘 면 사이에 배치되는 지연기
    를 포함하는 광 분할기를 제공하는 단계;
    조합된 다색 광을 제8 프리즘 면을 향해 지향시키는 단계; 및
    각각 제1 및 제2 이색 필터로부터 제1 및 제2 파장 스펙트럼의 광을 수광하는 단계
    를 포함하는 광을 분할하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 지연기는 제1 편광 방향에 45°로 정렬되는 1/4 파장 지연기인 방법.
  43. 제42항에 있어서, 제1 및 제2 반사 편광기 중 적어도 하나는 제1 편광 방향으로 정렬되는 방법.
  44. 제41항에 있어서, 반사기들 중 적어도 하나는, 광의 제3 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제3 이색 필터이며,
    제3 이색 필터로부터 제3 파장 스펙트럼의 광을 수광하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 반사기들 중 적어도 하나는, 광의 제4 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제4 이색 필터이며,
    제4 이색 필터로부터 제4 파장 스펙트럼의 광을 수광하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 반사기들 중 적어도 하나는, 광의 제5 파장 스펙트럼을 투과시키고 광의 다른 파장을 반사시키는 제5 이색 필터이며,
    제5 이색 필터로부터 제5 파장 스펙트럼의 광을 수광하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  47. 제41항 또는 제46항에 있어서, 지향된 광 및 수광된 광은 모두 비편광되는 방법.
  48. 제41항 또는 제46항에 있어서, 지향된 광 및 수광된 광은 발산으로부터 수렴까지의 범위의 광선을 포함하는 방법.
  49. 제41항 또는 제46항에 있어서, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 파장 스펙트럼은 각각 황색, 적색, 청색, 녹색 및 청록색이며, 조합된 광은 백색 광인 방법.
  50. 제1항에 있어서, 대각 면(diagonal face) 및 방향전환 프리즘 면(turning prism face)을 갖는 적어도 하나의 방향전환 프리즘을 추가로 포함하며, 방향전환 프리즘 면은 적어도 하나의 지연기를 향하여 배치되는 광 조합기.
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