(57)【要約】  第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムを含む、色分割光学素子を開示する。色分割光学素子は、さらに第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムも含む。第１プリズムの内面と第２プリズムの内面との間には、ダイクロイック素子が配置されている。第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置された、色分割光学素子を備える。また、このような色分割光学素子を使用した光学システムも開示する。
2009516214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムと、
第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムと、
前記第１プリズムの内面と前記第２プリズムの内面との間に配置されたダイクロイック素子とを含み、
前記第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って前記第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置されている色分割光学素子。
【請求項２】
前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面が、前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ同じ曲率を有する、請求項１に記載の色分割光学素子。
【請求項３】
前記第１プリズムの第１透過性湾曲外面、前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面、及び前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面が凸状である、請求項１に記載の色分割光学素子。
【請求項４】
前記第１の方向が前記第２の方向に対して約９０°の角度を成す、請求項１に記載の色分割光学素子。
【請求項５】
前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面及び前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面の少なくとも１つに色別コーティングが施されている、請求項１に記載の色分割光学素子。
【請求項６】
前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面及び前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面の少なくとも１つに偏光フィルムが施されている、請求項１に記載の色分割光学素子。
【請求項７】
前記透過性湾曲外面の少なくとも１つにミクロ構造が含まれる、請求項１に記載の色分割光学素子。
【請求項８】
第１及び第２の色を含む光源と共に使用するための光学システムであって、
第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムと、第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムと、前記第１プリズムの内面と前記第２プリズムの内面との間に配置されたダイクロイック素子とを含み、前記第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って前記第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置された、色分割光学素子を備え、
前記第１プリズムの第１透過性湾曲外面は光入射面であり、前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面は第２の光射出面であり、前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面は光入射面であり、
さらに、前記色分割光学素子の第１の光射出面から光を受けるように配置された第１照明ターゲットと、
前記色分割光学素子の第２の光射出面から光を受けるように配置された第２照明ターゲットとを備えた光学システム。
【請求項９】
前記第１の方向が前記第２の方向に対して約９０°の角度を成す、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面及び前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面の少なくとも１つが第１又は第２の色の光に対して優先的に構成される、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面及び前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面の少なくとも１つに色別コーティングが施されている、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第１及び第２照明ターゲットの少なくとも１つが偏光回転イメージャを含む、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２照明ターゲットの少なくとも１つが偏光回転イメージャ及び偏光ビームスプリッタを含み、前記偏光ビームスプリッタによって反射された光が前記偏光回転イメージャに入射するよう配置されている、請求項８に記載の光学システム。
【請求項１４】
第１、第２及び第３の色を含む光源と、
前記第１及び第２の色の光を前記第３の色の光から分割するよう構成されたダイクロイックスプリッタと、
第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムと、第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムと、前記第１プリズムの内面と前記第２プリズムの内面との間に配置されたダイクロイック素子とを含み、前記第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って前記第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置された、色分割光学素子とを備え、
前記色分割光学素子は、前記第１透過性湾曲外面が第１及び第２の色を含む光を受けて、さらに前記ダイクロイック素子が第１の色の光を第２プリズムの第１透過性湾曲外面に向けて透過させ、第２の色の光を第１プリズムの第２透過性湾曲外面に向けて反射するように構成され、
さらに、前記第２プリズムの第１透過性湾曲外面を透過した第１の色の光を受けるように配置された第１照明ターゲットと、
前記第１プリズムの第２透過性湾曲外面を透過した第２の色の光を受けるように配置された第２照明ターゲットと、
前記ダイクロイックスプリッタから第３の色の光を受けるように配置された第３照明ターゲットとを備えた光学システム。
【請求項１５】
前記ダイクロイックスプリッタは、前記第１及び第２の色の光を反射し、前記第３の色の光を透過させるものであり、
さらに、前記ダイクロイックスプリッタから前記第１及び第２の色の光を受けて、前記色分割素子の第１プリズムの第１透過性湾曲外面に向けて反射するよう配置されたミラーを備えた、請求項１４に記載の光学システム。
【請求項１６】
前記ダイクロイックスプリッタと前記第３照明ターゲットとの間に配置された屈折光学素子をさらに備えた、請求項１５に記載の光学システム。
【請求項１７】
前記ダイクロイックスプリッタと前記ミラーとの間に配置された屈折光学素子をさらに備えた、請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１８】
前記第１、第２及び第３照明ターゲットの少なくとも１つが偏光回転イメージャを含む、請求項１４に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記第１、第２及び第３照明ターゲットの少なくとも１つが偏光回転イメージャ及び偏光ビームスプリッタを含み、前記偏光ビームスプリッタによって反射された光が、前記偏光回転イメージャに入射するよう配置されている、請求項１４に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記光源と前記ダイクロイックスプリッタとの間に配置された積分器をさらに備えた、請求項１４に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は色分割光学素子に関する。より詳細には、本開示は少なくとも２つの異なる方向に光を屈折させ得る色分割光学素子に関する。また本開示は、色分割光学素子を含む、画像表示システムなどの光学システムにも関する。
【背景技術】
【０００２】
光学システムは普及しており、光源（又は複数の光源）と光学素子系とを含むことが多い。代表的な画像表示システムは、照明光源からの光線が、画像形成装置又は所望の投射画像を含む撮影装置を反射するように置かれている照明光源を組み込む。ある一般的な種類のイメージャは反射型液晶（ＬＣｏＳ）装置などの偏光回転型画像形成装置であり、前記装置は入射光線の偏光を回転させることによって機能する。より詳細には、反射偏光回転イメージャでは、偏光光線は、最も暗い状態のために実質的に変更されていない偏光によって反射されるか、又は所望のグレースケールを提供するために回転されるそれらの偏光によって反射される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いくつかの画像表示システムにおいて、光源または光源アセンブリから発した光ビームは、異なる方向に進行する２つ以上のビームに分割され、それらがさらに下流で再合成される場合またはされない場合がある。他のタイプの光学システムにおいて、異なる光源または光源アセンブリから発した光ビームは、最初は異なる方向に進行し得るとともに、さらに下流で再合成される場合またはされない場合がある。このような多方向光学システムは、通常は比較的複雑であり、多くの様々な光学素子を含む。折返しミラーを共通使用して光路を折返すことにより大型の複雑な光学システムの設置面積を低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムと、第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムとを含む、色分割光学素子に関する。第１プリズムの内面と第２プリズムの内面との間には、ダイクロイック素子が配置されている。第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置されている。
【０００５】
また本開示は、第１及び第２の色を含む光源と共に使用するための、色分割光学素子を含む光学システムに関する。色分割素子は、第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムと、第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムとを含む。第１プリズムの内面と第２プリズムの内面との間にはダイクロイック素子が配置されている。第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置されている。
【０００６】
この代表的な実施例では、第１プリズムの第１透過性湾曲外面は光入射面であり、第２プリズムの第１透過性湾曲外面は第２の光射出面であり、第１プリズムの第２透過性湾曲外面は第１の光射出面である。第１照明ターゲットは第１の光射出面からの光を受けるよう配置され、第２照明ターゲットは第２の光射出面からの光を受けるよう配置されている。
【０００７】
さらに本開示は、第１、第２及び第３の色を含む光源と、第３の色の光から第１及び第２の色の光を分割するよう構成されたダイクロイックスプリッタと、色分割光学素子とを含む光学システムに関する。色分割光学素子は、第１透過性湾曲外面、第２透過性湾曲外面、及び内面を有する第１プリズムと、第１透過性湾曲外面、第２側面、及び内面を有する第２プリズムとを含む。第１プリズムの内面と第２プリズムの内面との間には、ダイクロイック素子が配置されている。第１プリズムの第１透過性湾曲外面は、第１の方向に沿って第２プリズムの第１透過性湾曲外面とほぼ対向配置され、第１プリズムの第２透過性湾曲外面は、第２の方向に沿って第２プリズムの第２側面とほぼ対向配置されている。
【０００８】
この代表的な実施例では、色分割光学素子は、第１透過性湾曲外面が第１及び第２の色を含む光を受け、さらにダイクロイック素子が第１の色の光を第２プリズムの第１透過性湾曲外面に向けて透過させ、第２の色の光を第１プリズムの第２透過性湾曲外面に向けて反射するように構成及び配置されている。第１照明ターゲットは、第２プリズムの第１透過性湾曲外面を透過した第１の色の光を受けるよう配置され、第２照明ターゲットは、第１プリズムの第２透過性湾曲外面を透過した第２の色の光を受けるよう配置されている。第３照明ターゲットは、ダイクロイックスプリッタから第３の色の光を受けるように配置されている。
【０００９】
本発明の色分割光学素子及びこのような色分割光学素子を含む光学システムのこれらおよび他の態様は、図面とともに以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本開示の代表的な実施形態は、２つ又はそれ以上のイメージャを備えた画像表示システムなどの、光が２方向以上に進行する多方向光学システムに使用するのに好適である。
【００１１】
図１は、本開示に従って構成された代表的な色分割光学素子５０の概略的断面図を示す。色分割光学素子５０は、第１プリズム４０及び第２プリズム３０を含む。色分割光学素子５０のコンポーネント４０及び３０を「プリズム」と呼ぶが、この用語は単に分かりやすくするためだけに使用されるもので、本開示はプリズム状、ほぼプリズム状、及びプリズム状の形状から外れたコンポーネント４０及び３０の形体も包含する。プリズム４０及び３０は、任意の好適な材料から製造可能であり、これには好ましくはガラス、プラスチック、又はその他好適な透明材料などの、非散乱性で光学的に透明な材料が挙げられる。プリズム４０及び３０は継ぎ目のないモノリシックの構造であり、その構造は特定物質の透過を最大化するのに役立つ。
【００１２】
第１プリズム４０は、第１透過性湾曲外面４２、第２透過性湾曲外面４４、及び内面４６を有する。第２プリズム３０は、第１透過性湾曲外面３２、第２側面３４（外面であってもなくてもよい）、及び内面３６を有する。光学素子が使用される外気に露出している場合、又は比較的薄いコーティング又はフィルムが施されているがプリズム又はレンズなどの別の厚い屈折要素とは接触していない場合に、側面は「外面」と呼ばれる。側面は、少なくとも１つの偏光方向の光の、少なくともかなりの量を透過するよう構成された場合に「透過性」と呼ばれる。好ましくは各透過性側面は、特定の偏光特性を有する垂直な入射角で少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７０％、さらに好ましくは少なくとも９０％の光を透過する。ある代表的な実施形態では、１以上の透過性側面がすべての偏光方向の光の少なくともかなりの量を透過させる。
【００１３】
第２プリズム３０の第２側面３４は、平面でもよいし、湾曲していてもよい。本開示の一般的な実施形態では、第２側面３４は、非光学的な表面（大量の光を受けるよう意図されていない表面）であり、ある代表的な実施形態では取り付け構造を含むことがある。取り付け構造は、つまみ、突起、フランジ、留め金などの凹部及び／又は突出部を含み得る。代替的又は追加的に、取り付け構造は、色分割光学素子の別の側面上、例えば、図１のほぼ前面又は背面上に配置されてもよい。
【００１４】
各透過性湾曲外面４２、４４、及び３２は、特有の曲率によって特徴付けられてもよい。本開示の目的では、湾曲面は頂部から谷部までの差が３０λより大きい表面輪郭を有する表面であり、ここでのλは約５５０ｎｍである。本開示の代表的な実施形態は、頂部から谷部までの差が６０λ以上、又は、頂部から谷部までの差が１２０λ以上の表面輪郭を有する１以上の湾曲面を通常は含む。１以上の湾曲は、特定の用途に望ましいように、球面状の湾曲、非球面状の湾曲、又は円筒状の湾曲であってもよい。本開示の一般的な実施形態では、１以上の透過性湾曲外面はゼロ以外の光学的パワーを有する。
【００１５】
ある代表的な実施形態では、第１プリズム４０の第２透過性湾曲外面４４は、第２プリズム３０の第１透過性湾曲外面３２とほぼ同じ曲率を有する。ある代表的な実施形態では、第１プリズム４４の第１透過性湾曲外面４２は凹状であり、第１プリズム４０の第２透過性湾曲外面４６及び第２プリズム３０の第１透過性湾曲外面３２は共に凸状である。別の代表的な実施形態では、第１プリズム４４の第１透過性湾曲外面４２は凸状である。所望により、１以上の透過性湾曲外面は、フレネル溝、回折溝、又はプリズム構造などのミクロ構造を含む。
【００１６】
図１に示される代表的な実施形態では、第１プリズム４０の第１透過性湾曲外面４２は、第１の方向（１）に沿って第２プリズム３０の第１透過性湾曲外面３２とほぼ対向配置され、第１プリズム４０の第２透過性湾曲外面４４は、第２の方向（２）に沿って第２プリズムの第２側面３４とほぼ対向配置されている。ある代表的な実施形態では、第１の方向（１）は第２の方向（２）と約９０°の角度を成す。すなわち、第１の方向は、第２の方向とほぼ直交する。別の代表的な実施形態では、第１の方向（１）は第２の方向（２）とその他の好適な鋭角又は鈍角を成してもよい。
【００１７】
色分割光学素子５０は、さらに第１プリズム４０の内面４６と第２プリズム３０の内面３６との間に配置されたダイクロイック素子２０を含む。代表的な色分割光学素子５０のダイクロイック素子２０は、色分割光学素子５０の対角線に沿って配置されることは、当業者には容易に理解されよう。好適なダイクロイック素子には、特定の波長バンド内の光を透過し、異なる波長バンド内の光を反射する任意の光学素子が含まれる。ある代表的なダイクロイック素子は、一体型に真空付着、押し出し、又は積層可能な誘電体フィルムの多層積み重ね体を含む。
【００１８】
図１に示される代表的な実施形態において、透過性湾曲外面４２は光の入射面であってもよい。透過性湾曲外面４２に入射して透過される光（ａ、ｂ）は、例えば第１の色（ａ）と第２の色（ｂ）など、少なくとも２色の異なる色の光を含む。広帯域の色分割素子では、「色」という用語は、該当するスペクトルバンドの波長範囲の中間の波長を表すように使用される。例えば、６００〜７００ｎｍのバンドは「赤色」光、５８５〜６００ｎｍのバンドは「橙色」光、５６０〜５８５ｎｍのバンドは「黄色」光、４９０〜５６０ｎｍのバンドは「緑色」光、４００〜４９０ｎｍのバンドは「青色」光と呼ばれることがある。曲率の種類（凹状又は凸状など）によって、透過性湾曲外面４２は光（ａ、ｂ）を集束又は拡散し、集束又は拡散された光は、ほぼ第１の方向（１）に沿ってダイクロイック素子２０に向って第１プリズム４０内に進行する。
【００１９】
ダイクロイック素子２０は、第２の色（ｂ）を有する光の少なくともかなりの部分を第１プリズム４０の第２透過性湾曲外面４４に向けて反射する。その結果、第２の色（ｂ）の光は、ほぼ第２の方向（２）に沿って第１プリズム４０内に進行する。ダイクロイック素子２０は、第２の色（ｂ）を有する光のほぼすべてを反射することが好ましい。ある代表的な構成では、第１プリズム４０の第２透過性湾曲外面４４は第２の光射出面である。曲率の種類（凹状又は凸状など）によって、透過性湾曲外面４４は、光（ｂ）が色分割光学素子５０から射出される際に光（ｂ）を集束又は拡散する。ダイクロイック素子２０を透過した光には、第１の色（ａ）の光に加えて第２の色（ｂ）の漏れた光が含まれるが、これらの光はほぼ第１の方向（１）に沿って、第１透過性湾曲外面３２に向けて第２プリズム３０内に進行する。第２の色（ｂ）の漏れた光は、少量であることが好ましい。ある代表的な構成では、第２プリズム３０の第１透過性湾曲外面３２は、第１の光射出面である。側面３２の曲率の種類（凹状又は凸状など）によって、透過性湾曲外面３２は、光（ａ）が色分割光学素子５０から射出される際に光（ａ）を集束又は拡散する。
【００２０】
ある代表的な実施形態では、１以上の透過性湾曲外面４４及び３２は、第１の色（ａ）又は第２の色（ｂ）などの特定の色に対して優先的に構成されてもよい。本開示において、用語「優先的に構成される」とは、この用語が指す光学素子の任意の特徴を包含し、透過性または収差補正などの性能をかなり改善し得る。例えば、外面３２及び４４の少なくとも１つの曲率を、これらの外面を透過した光の色に合わせて調整してもよく、それによって色の収差を低減することができる。優先的な構成の別の例には、透過性湾曲外面４４及び３２の一方又は両方に色別コーティングを施すことが挙げられる。ある代表的な実施形態では、表面３２には第１の色（ａ）の光に対する反射防止コーティングが施され、表面４４には第２の色（ｂ）の光に対する反射防止コーティングが施される。
【００２１】
本開示の代表的な色分割素子は、１以上の透過性湾曲外面上に配置された偏光フィルム（図示なし）をさらに含むことができる。図１に示される色分割素子５０では、透過性湾曲外面３２、透過性湾曲外面４４、及び透過性湾曲外面４２上のいずれか１つ、又は２つ、あるいはすべてに偏光フィルムを配置してもよい。任意の好適な偏光フィルムが使用可能であり、線状反射偏光子などの反射偏光子、例えば連続相とその連続相中に配置された分散相を含む多層反射偏光フィルム及び拡散反射偏光子、環状反射偏光子、例えばコレステリック反射偏光子、並びに吸収偏光子が含まれるが、これらに限定されない。
【００２２】
図２は、本開示により構成された色分割光学素子１５０を組み込んだ代表的な光学システム１００を概略的に示している。例示の色分割光学素子１５０は、例示の色分割光学素子５０と構造的に同じであり、第１及び第２透過性湾曲外面１４２及び１４４を有する第１プリズム１４０と、第１透過性湾曲外面１３２を有する第２プリズム１３０と、第１及び第２プリズム１４０及び１３０間に配置されたダイクロイック素子１２０とを含む。代表的な光学システム１００は、３イメージャ投影システムの一部であってもよい。このような投影システムは、多色画像を形成するよう組み合わされる３原色（赤、緑、青など）の画像を形成するため、反射型液晶（ＬＣｏＳ）などの反射偏光回転イメージャと共に使用可能である。特定の用途に合うように、別の色の光源と共に使用するための光学システムも本開示の範囲内である。
【００２３】
図２に示す代表的な光学システム１００は、任意の好適な照明光源（図示なし）と共に使用可能である。光源は、広帯域の光源あるいは１つ又は複数の光源アセンブリであることが好ましい。本開示と共に使用するのに好適な光源には、一般に投影用途に使用される高圧水銀アーク灯などのアーク灯、ＬＥＤ、又はＬＥＤを備えた光源アセンブリが挙げられる。ある代表的な実施形態では、照明光源は１つ又は複数のレーザーを含んでいてもよい。代表的な実施形態では、光源は第１及び第２の色を含む光を提供し得る。このような代表的な光学システムでは、第１プリズム１４０の第１透過性湾曲外面１４２（光の入射面）が、第１及び第２の色を含む光を受けて、第１の方向（１）に沿ってダイクロイック素子１２０に向けて透過されると、ダイクロイック素子１２０が、第１の色の光を、第１の方向（１）に沿って第２プリズム１３０の第１透過性湾曲外面１３２（第１の光射出面）に向けて透過させ、第２の色の光を、第２の方向（２）に沿って第１プリズム１４０の第２透過性湾曲外面１４４（第２の光射出面）に向けて反射するように、色分割光学素子１５０が配置され得る。第１の方向及び第２の方向は互いに約９０°の角度を成し得るが、その他の角度も本開示の範囲内である。光学システム１００は、第２プリズム１３０の第１透過性湾曲外面１３２を透過した第１の色の光を受けるよう配置された第１照明ターゲット１２８、及びダイクロイック素子１２０に反射されて第１プリズム１４０の第２透過性湾曲外面１４４を透過された第２の色の光を受けるよう配置された第２照明ターゲット１１８をさらに含む。
【００２４】
ある代表的な実施形態では、光学システム１００の色分割素子１５０は、第２プリズム１３０の第１透過性湾曲外面１３２が、第１の色の光に対して優先的に構成されるように配置されてもよい。追加的又は代替的に、第１プリズム１４０の第２透過性湾曲外面１４４は、上述したように第２の色の光に対して優先的に構成されてもよい。例えば、第２プリズム１３０の第１透過性湾曲外面１３２は、第１の色用の反射防止コーティングなどの色別コーティングを含むことができる。追加的又は代替的に、第１プリズム１４０の第２透過性湾曲外面１４４は、第２の色用の反射防止コーティングなどの色別コーティングを含むことができる。
【００２５】
第１及び第２照明ターゲット１２８及び１１８の一方又は両方は、ＬＣｏＳなどの反射偏光回転イメージャであってもよい。このような代表的な実施形態では、最終的に照明ターゲット１２８及び１１８にそれぞれ入射する光を事前に偏光するため、光学システム１００に偏光ビームスプリッタ１２９及び１１９を含んでいてもよい。偏光ビームスプリッタ１２９及び１１９の一方又は両方は、偏光ビームスプリッタによって反射された光がそれぞれの偏光回転イメージャに入射されるよう配置され得る。
【００２６】
ある代表的な実施形態では、光学システム１００は、第１、第２及び第３の色を含む広帯域の光源（図示なし）を備えていてもよい。第１、第２及び第３の色は、特定の場合には、赤、緑、及び青に相当してもよい。光学システム１００は、積分器１０２をさらに備えることができる。積分器は、光をより均一な状態で照明ターゲットに供給可能なように、通過光を均質化するよう一般には働く。現在既知の積分器には、フライアイ積分器及びミラートンネルが備えられ、ミラートンネルは、例えば矩形トンネル、固体又は中空トンネル、及び固体ガラスで構成された細長いトンネルなどである。積分器は、屈折光学素子１０４の前に配置されてもよい。
【００２７】
光学システム１００は、さらにダイクロイックスプリッタ１１０を備えていてもよい。ある代表的な実施形態では、ダイクロイックスプリッタは、第３の色の光から第１及び第２の色の光を分割するよう配置されている。図２に示す代表的な実施形態では、ダイクロイックスプリッタ１１０は、第１及び第２の色の光を反射し、第３の色の光を透過するよう配置されている。この代表的な光学システム１００は、ダイクロイックスプリッタ１１０から第１及び第２の色の光を受け、その光を色分割素子１５０の第１プリズム１４０の第１透過性湾曲外面１４２に向けて反射するよう配置されたミラー１１４をさらに備えていてもよい。ダイクロイックスプリッタ１１０とミラー１１４との間に、１つ又は複数の屈折光学素子１１２を配置してもよい。
【００２８】
光学システム１００は、さらにダイクロイックスプリッタ１１０から第３の色の光を受けるよう配置された反射偏光回転イメージャなどの、第３照明ターゲット１０８を備えていてもよい。偏光回転イメージャを使用する代表的な実施形態では、最終的に照明ターゲット１０８に入射する光を事前に偏光するために、光学システム１００に偏光ビームスプリッタ１０９を備えていてもよい。偏光ビームスプリッタ１０９は、偏光ビームスプリッタ１０９によって反射された第３の色の光が偏光回転イメージャ１０８に入射するよう配置され得る。ダイクロイックスプリッタ１１０と照明ターゲット１０８との間に、１つ又は複数の屈折光学素子１０６を設けてもよい。例えば図２に示すように、より小型の光学システムを製造するため、１以上の屈折素子１０６の端部を切り取ってもよい。
【００２９】
ある代表的な実施形態では、イメージャ１０８、１１８、及び１２８によって調節された光は、相互ダイクロイック合成器２１４を使用して合成され得る。合成されたビームは、次に投影レンズ２１８によって集束され、スクリーン（図示なし）に、あるいはさらに加工される場合は別の光学素子又は装置に送達される。
【００３０】
投影用途の照明システムなど、代表的な光学システムは、赤、緑、青色の照明を使用した場合、図２に示される光学システムの数学的モデル化に基づく以下のパラメータで構成され得る。より詳細には、このようなモデル化された光学システムは、３イメージャＬＣｏＳによるプロジェクタにおいて照明システムとして使用され得る。ＬＣｏＳ（イメージャ）のサイズは、有効なＦ値２．３を有する８．７１７×１５．５６６ｍｍ（０．７インチ）であってもよい。モデル化されたデータの小数値は単に説明のために示すもので、本開示の範囲を限定するものでないことは理解されるであろう。
【００３１】
モデル化された光学システムでは、合成された赤、緑、青の光が約３．６３×６．４８ｍｍの透明な開口及び約２５ｍｍの長さを有する中空の積分器１０２で均質化される。均質化された光は、次にレンズ１０４で平行化され、赤／シアンのダイクロイックスプリッタ１１０でスペクトルの赤と青／緑のコンポーネントに分割される。赤色光が横断する代表的なモデル化システムの部分のその他のパラメータを表１に示す。
【００３２】
【表１】
2009516214.tif 000003
【００３３】
表２は、ダイクロイックスプリッタ１１０で反射される位置以降の、青色及び緑色光のみが横断する代表的なモデル化システムの部分のパラメータを示す。
【００３４】
【表２】
2009516214.tif 000004
【００３５】
表２から分かるように、モデル化された代表的な光学システムは、凸状の湾曲外面１４２、１４４、及び１３２を有するポリカーボネート製の色分割光学素子を含む。この代表的な色分割素子では、外面１４４、１３２の曲率は同じ球面状の曲率であり、外面１４２の湾曲は非球面状である。
【００３６】
本開示の色分割素子の代表的な実施形態は、例えば屈折光学素子を追加する必要性を減らしたり無くしたりすることにより、小型の光学システムの製造に使用することができる。湾曲外面（例えば湾曲光入射外面、第１湾曲光射出外面及び第２湾曲光射出外面など）は、第１及び第２の方向に沿って色分割光学素子内に進行する光を集束するためにすべて使用され得る。屈折光学素子の追加の必要性を減らすことにより、本開示の代表的な実施形態を使用した光学システムは、組み立てや配列がより容易になり、より堅牢に製造可能である。
【００３７】
特定の例示的実施形態を参照して本開示の色分割光学素子及びそのような光学素子を用いた光学システムを説明したが、当業者には本発明の趣旨と範囲とから逸脱することなく変更および変形をなし得ることが理解されるであろう。例えば、色分割光学素子の形状、サイズ、及び材料は用途により異なり得る。本明細書で図示及び説明した要素に加えて、本開示に従って構成された光学システムは、特定用途に望ましい場合には、追加の屈折光学素子、反射光学素子、ダイクロイック光学素子、並びにその他の光学素子及び非光学素子を含むことができる。さらに、赤、緑、及び青色の照明を参照して本開示の例示的実施形態を説明したが、本開示の範囲から逸脱することなく記載の色に代えて又は追加して他のタイプ及び数の色が用いられ得る。
【００３８】
本発明が関連する当業者が本発明の作製および使用方法をより容易に理解するために、その例示的実施形態を図面を参照して詳細に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本開示に従って構成された、代表的な色分割光学素子の概略的断面図。
【図２】本開示に従って構成された、代表的な色分割光学素子を組み込んだ画像表示システムなどの代表的な光学システムのエレメントを概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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