(57)【要約】  本開示は、広くは色合成器、より具体的には、ポケットサイズ投影機のような小型フォーマット投影機において有用な色合成器に関する。開示の色合成器は、少なくとも２つの色光を合成するように集光光学系とともに構成された、少なくとも２つの反射体を有する少なくとも２つの傾斜したダイクロイックプレートを含む。
2013540282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入力面及び光軸を有する集光光学系と、
第１及び第２の色光を前記光入力面に入射させるように配置された第１及び第２の光源であって、前記第１及び第２の光源の少なくとも１つが前記光軸からずれた、第１及び第２の光源と、
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面であって、前記第１の面は、前記集光光学系と向かい合うと共に前記光入力面とは反対側に位置し、前記ＰＢＳは、前記光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む、第１の面と、
前記ＰＢＳのうち前記集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、前記光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、
前記ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、前記光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、
前記ＰＢＳと前記第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備え、
前記第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、
前記第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、
前記第２の色光を反射することができる第２の反射体とを含み、
更に、前記第１及び第２の色光ビームが、コリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向で前記ＰＢＳを出射するように、前記第１のダイクロイック反射体及び前記第２の反射体がそれぞれ傾斜された、色合成器。
【請求項２】
前記集光光学系が光コリメーション光学系を含む、請求項１に記載の色合成器。
【請求項３】
前記光コリメーション光学系が、１つのレンズを用いた設計、２つのレンズを用いた設計、回析光学素子、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の色合成器。
【請求項４】
前記集光光学系が、
前記光入力面とは反対側に位置する第１の凸面を有する第１のレンズと、
前記第１の凸面に面する第２の面、及び前記第２の面とは反対側に位置する第３の凸面を有する第２のレンズとを含む、請求項１に記載の色合成器。
【請求項５】
前記第１及び第２の各色光が第１の広がり角を含み、
前記コリメートされた合成色光ビームが、約２０度未満の角度を備える第２の広がり角を含む、請求項１に記載の色合成器。
【請求項６】
第２の各反射体が広帯域鏡を備える、請求項１に記載の色合成器。
【請求項７】
第２の反射体の少なくとも１つが、前記第２の色光を反射しその他の色光を透過させることができる第２のダイクロイック反射体を備える、請求項１に記載の色合成器。
【請求項８】
第３の色光を前記光入力面に入射させるように配置された第３の光源を更に備え、
前記第１及び第２のダイクロイックプレートのそれぞれは、前記第３の色光を前記合成色光ビームとして前記出力方向に出射するように導くことができる第３の反射体を更に含む、請求項１に記載の色合成器。
【請求項９】
前記第３の反射体が広帯域鏡を備える、請求項８に記載の色合成器。
【請求項１０】
前記第３の反射体が、前記第３の色光を反射しその他の色光を透過させることができる第３のダイクロイック反射体を備える、請求項８に記載の色合成器。
【請求項１１】
前記第２の広がり角が約１５度未満の角度を備える、請求項５に記載の色合成器。
【請求項１２】
前記第２の広がり角が約１２度未満の角度を備える、請求項５に記載の色合成器。
【請求項１３】
光入力面及び光軸を有する集光光学系と、
第１、第２、及び第３の色光を前記光入力面に入射させるように配置された第１、第２、及び第３の光源であって、前記第１、第２、及び第３の光源の少なくとも２つが前記光軸からずれた、第１、第２、及び第３の光源と、
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面であって、前記第１の面は、前記集光光学系と向かい合うと共に前記光入力面とは反対側に位置し、前記ＰＢＳは、前記光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む、第１の面と、
前記ＰＢＳのうち前記集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、前記光軸に対して第１の傾斜角で配置設された、第１のダイクロイックプレートと、
前記ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、前記光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、
前記ＰＢＳと前記第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備え、
前記第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、
前記第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、
前記第２の色光を反射し他の色光を透過させることができる第２のダイクロイック反射体と、
第３の反射体とを含み、
更に、前記第１、第２、及び第３の色光ビームが、コリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向で前記ＰＢＳを出射するように、前記第１のダイクロイック反射体、前記第２のダイクロイック反射体、及び前記第３の反射体がそれぞれ傾斜された、色合成器。
【請求項１４】
前記第１、第２、及び第３の各色光が第１の広がり角を含み、
前記コリメートされた合成色光ビームが、約２０度未満の角度を備える第２の広がり角を含む、請求項１３に記載の色合成器。
【請求項１５】
前記第３の反射体が広帯域鏡である、請求項１３に記載の色合成器。
【請求項１６】
前記第３の反射体が、前記第３の色光を反射しその他の色光を透過させることができる第３のダイクロイック反射体である、請求項１３に記載の色合成器。
【請求項１７】
前記第２の広がり角が約１５度未満の角度を備える、請求項１４に記載の色合成器。
【請求項１８】
前記第２の広がり角が約１２度未満の角度を備える、請求項１４に記載の色合成器。
【請求項１９】
請求項８又は１３に記載の色合成器と、
前記第１、第２、及び第３の色光を受けると共に、偏光した第１、第２、及び第３の色光を出力するように配置された偏光変換器と、
前記偏光した第１、第２、及び第３の色光に画像を付与するように配置された空間光変調器と、
投影光学系とを備える、画像投影機。
【請求項２０】
前記空間光変調器が、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）表示装置又は透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を備える、請求項１９に記載の画像投影機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本出願に組み込まれる以下の米国特許出願、すなわち、いずれも本出願と同日出願の「Ｔｉｌｔｅｄ  Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  Ｉ」（代理人整理番号６６５３０ＵＳ００２）及び「Ｔｉｌｔｅｄ  Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  ＩＩ」（代理人整理番号６６７９１ＵＳ００２）と関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
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（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。
【０００３】
画像を画面上に投影するために使用される更に他の投影システムでは、白色光を使用することが可能で、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ’  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＬＰ（登録商標））ディスプレイに使用されるアレイのようなデジタルマイクロミラー（ＤＭＭ）アレイから像様反射するように構成される。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が、投影される画像の個々のピクセルに対応する。ディスプレイの特定ピクセルは、対応する鏡が傾く際に光の照射を受けることによって、入射光が投影光学経路に方向付けられる。光学経路内に定置される回転カラーホイールは、反射される白色光が、フィルター処理されて、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。
【０００４】
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は小型化するに従い、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光出力を供給する光合成光学システムが必要とされている。
【０００５】
このような電子投影機は、画面に投影される光の輝度及び色の均一性を向上させるために、光線を光学的に均質化する装置を含むことが多い。２つの一般的な装置として、積分トンネル及びフライアイアレイ（ＦＥＡ）ホモジナイザーが挙げられる。フライアイホモジナイザーは、非常に小型であり得るため、一般的に使用される装置である。積分トンネルは、均質化においてより効率的であり得るが、一般に中空のトンネルは、多くの場合に高さ又は幅のいずれか大きい方の５倍の長さを必要とする。中実のトンネルは、屈折作用のために中空のトンネルより長いことが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超小型及びポケットサイズの投影機では、高効率の合成器、光インテグレータ、及び／又はホモジナイザーに使用できる空間が限られている。その結果、このような投影機に使用される光学装置（色合成器及び偏光変換器など）から高効率で均一な光出力を得るには、コンパクトで効率のよい光設計が必要となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、広くは色合成器、より具体的には、ポケットサイズ投影機のような小型フォーマット投影機において有用な色合成器に関する。開示の色合成器は、少なくとも２つの色光を合成するように集光光学系とともに構成された、少なくとも２つの反射体を有する少なくとも２つの傾斜したダイクロイックプレートを含む。一態様では本開示は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１及び第２の色光を光入力面に入射させるように配置された第１及び第２の光源と、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面と、を含む、色合成器を提供する。第１及び第２の光源の少なくとも１つは光軸からずれており、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む。合成器は更に、ＰＢＳのうち集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備える。第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射することができる第２の反射体と、を含み、更に第１のダイクロイック反射体及び第２の反射体はそれぞれ、第１及び第２の色光ビームがコリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、傾斜している。
【０００８】
別の態様では本開示は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１及び第２の色光を光入力面に入射させるように配置された第１及び第２の光源と、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面と、を含む色合成器を提供する。第１及び第２の光源の少なくとも１つは光軸からずれており、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む。合成器は更に、ＰＢＳのうち前記集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備える。第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射することができる第２の反射体と、を含み、更に第１のダイクロイック反射体及び第２の反射体はそれぞれ、第１及び第２の色光ビームがコリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、傾斜している。色合成器はまた、光軸からずれて第３の色光を光入力面に入射させるように配置された第３の光源を更に含み、第１及び第２の各ダイクロイックプレートが、第３の色光を合成色光ビームとして光出力方向に出射するように導くことができる第３の反射体を更に含む。
【０００９】
更に別の態様では本開示は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１、第２、及び第３の色光を光入力面に入射させるように配置された第１、第２、及び第３の光源と、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置する、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面と、を含む、色合成器を提供する。第１、第２、及び第３の光源の少なくとも２つは光軸からずれており、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む。合成器は更に、ＰＢＳのうち集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備える。第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射し他の色光を透過させることができる第２のダイクロイック反射体と、第３の反射体と、を含む。更に、第１、第２、及び第３の色光ビームが、コリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、第１のダイクロイック反射体、第２のダイクロイック反射体、及び第３の反射体がそれぞれ傾斜されている。
【００１０】
更に別の態様では本開示は、色合成器と、第１、第２、及び第３の色光を受けて偏光した第１、第２、及び第３の色光を出力するように配置された偏光変換器と、偏光した第１、第２、及び第３の色光に画像を付与するように配置された空間光変調器と、投影光学系と、を含む、画像投影機を提供する。色合成器は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１及び第２の色光を光入力面に入射させるように配置された第１及び第２の光源と、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面と、を含む。第１及び第２の光源の少なくとも１つは光軸からずれており、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む。合成器は更に、ＰＢＳのうち集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備える。第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射することができる第２の反射体と、を含み、更に第１のダイクロイック反射体及び第２の反射体はそれぞれ、第１及び第２の色光ビームがコリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、傾斜している。色合成器はまた、光軸からずれて第３の色光を光入力面に入射させるように配置された第３の光源を更に含み、第１及び第２の各ダイクロイックプレートが、第３の色光を合成色光ビームとして光出力方向に出射するように導くことができる第３の反射体を更に含む。
【００１１】
更に別の態様では本開示は、色合成器と、第１、第２、及び第３の色光を受けると共に、偏光した第１、第２、及び第３の色光を出力するように配置された偏光変換器と、偏光した第１、第２、及び第３の色光に画像を付与するように配置された空間光変調器と、投影光学系とを備える、画像投影機を提供する。色合成器は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１、第２、及び第３の色光を光入力面に入射させるように配置された第１、第２、及び第３の光源と、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面と、を含む。第１、第２、及び第３の光源の少なくとも２つは光軸からずれており、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む。合成器は更に、ＰＢＳのうち集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備える。第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射し他の色光を透過させることができる第２のダイクロイック反射体と、第３の反射体と、を含む。更に、第１、第２、及び第３の色光ビームが、コリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、第１のダイクロイック反射体、第２のダイクロイック反射体、及び第３の反射体がそれぞれ傾斜されている。
【００１２】
上記の概要は、本発明の開示されるそれぞれの実施形態又は全ての実現形態を説明することを目的としたものではない。以下の図面及び詳細な説明により、例示的実施形態をより詳細に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】色合成器の概略断面図。
【図１Ｂ】色合成器の概略断面図。
【図１Ｃ】色合成器の概略断面図。
【図２】画像投影機の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書の全体を通じ、同様の参照符合が同様の要素を示す添付の図面を参照されたい。
【００１５】
図面の縮尺は必ずしも正確ではない。図面で用いられる同様の番号は同様の構成要素を示すものとする。しかしながら、所定の図中のある要素を示す数字の使用は、同じ数字によって示される別の図中のその要素を限定するものではないことは理解されよう。
【００１６】
本開示は広くは画像投影機に関し、具体的には、傾斜したダイクロイック反射プレートを用いて光を合成することによって光均一性を改善した画像投影機に関する。所定の一実施形態では、傾斜したダイクロイック反射プレートは相互に積層された複数のダイクロイックフィルターを含み、ダイクロイックフィルターのそれぞれが、ダイクロイック反射プレートの法線に対して所定の角度で傾き得る。
【００１７】
所定の一実施形態では、それぞれ異なる色を有する少なくとも２つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む色合成器が記述される。２つのＬＥＤから放射された光はコリメートされて実質的に重なったビームとなり、これら２つのＬＥＤからの光が合成されて共通の領域に、２つのＬＥＤによって放射される光より小さいエテンデュと高い輝度とを有する合成光ビームとして、導かれる。
【００１８】
一態様では本開示は、異なる色光源からの出力を効率よく合成するコンパクトな方法を提供する。この方法は、コンパクトな投影システムのための光照射器に、特に有用であり得る。例えば、赤、緑、青ＬＥＤのリニアアレイを、予備的な光学系によって各ＬＥＤの出力を部分的にコリメートした上で、赤、緑、青光を別々の角度で反射するダイクロイック反射プレートを含んだ傾斜反射プレートアセンブリに入射させる。反射光はその後、コリメートされた合成色光ビームとして出力される。
【００１９】
所定の一実施形態では、２つの異なる色光源の合成エテンデュを小さくする色合成器が開示され、光源から放射される光は少なくとも部分的にコリメートされて実質的に重なった光ビームとなる。光ビームは、偏光ビームスプリッタによって２つの偏光ビームに分割され、各偏光ビームは１／４波長位相差板によって円偏光に変換され、各円偏光ビームは２つの反射体を有するダイクロイックプレートに入射する。円偏光ビームは入射偏光ビームに直行する偏光状態の直線偏光に変換され、２つの反射体は、合成光ビームがより小さなエテンデュを有するように配置される。
【００２０】
ＬＥＤは投影機を照明するために用い得る。ＬＥＤが所定の領域全体にわたって近似ランバート角度分布で光を放射することから、投影機の輝度は光源及び投影システムのエテンデュによって制約される。ＬＥＤ光源のエテンデュを減少させる一方法として、ダイクロイック反射体を用いることにより、空間的に重なってあたかも同一領域から放射されているかのように見える２つ以上のＬＥＤ色を形成する方法がある。通常、色合成器ではダイクロイック反射体を約４５度の角度で使用する。これは強い反射バンドシフトの原因となり、有用なスペクトル及びダイクロイック反射体の角度範囲を制限する。所定の一実施形態では本開示は、入射光ビームに対して垂直に近い角度のダイクロイック反射体を用いて異なる色のＬＥＤを合成する物品を記述する。
【００２１】
３つのＬＥＤの構成は、当業者には理解される通り、黄色及び赤外光をはじめとする他の色に拡張することも可能である。光源はＬＥＤと組み合わされたレーザーを含んでもよいし、レーザーのみによるシステムに基づいてもよい。ＬＥＤは、少なくとも赤、緑、及び青の原色の短波長域を放射する１セットと、赤、緑、及び青の原色の長波長域を放射する第２のセットとからなってよい。また、光が混合される場所となる開口にフライアイアレイ（ＦＥＡ）を組み込むことによって、更なる色統合を得るようにしてもよい。これは、別に説明するように少なくとも１次元が２〜約２０のレンズを有する、１次元又は２次元レンズアレイから構成されてよい。
【００２２】
ＬＣｏＳを用いた携帯型投影システムは、低価格で高解像度のＬＣｏＳパネルの有用性のために一般的になってきている。ＬＥＤ照射ＬＣｏＳ投影機の素子のリストには、ＬＥＤ光源、任意の色合成器、任意の先行偏光システム、リレー光学系、ＰＢＳ、ＬＣｏＳパネル、及び投影レンズユニットが挙げられ得る。ＬＣｏＳを用いた投影システムの場合、投影機の効率及びコントラストは、ＰＢＳに入る光の偏光度に直接関連する。少なくともこの理由のために、反射／再循環光学系（reflection/recycling optic）又は偏光変換光学素子のいずれかを使用する先行偏光システムが多くの場合に必要とされる。
【００２３】
偏光ビームスプリッタ及び二分の一波長位相差板を使用する偏光変換方式は、ＰＢＳに偏光を供給するのに最も効率的な方法の１つである。偏光変換光を用いる１つの問題は、空間不均一性に難点があり、表示画像にアーティファクトをもたらし得ることである。したがって、偏光変換器を有するシステムでは、別に説明するように均質化システムが望ましい場合がある。
【００２４】
所定の一実施形態では、画像投影機の光照射器は、放射される非偏光を偏光変換器に誘導する光源を含む。偏光変換器は、光を各偏光状態の２つの経路に分離する。２つの偏光状態のそれぞれの経路長はほぼ等しく、偏光した光ビームは、次いでモノリシックＦＥＡインテグレータを通過し得る。モノリシックＦＥＡインテグレータは、光線を発散させることができ、次に光線は、例えば、光線に画像を付与するための空間光変調器と、画像を画面に表示するための投影光学系とを使用することにより、更なる処理に誘導される。
【００２５】
場合によっては、光投影機は、非偏光光源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は放電光）、偏光選択素子、第１の偏光空間変調器、及び第２の偏光選択素子を使用する。第１の偏光選択素子は、非偏光光源から放射された光の５０％を受け入れないため、偏光選択性投影機は、多くの場合に非偏光装置より効率が低いことがある。
【００２６】
偏光選択性投影機の効率を向上させる１つの手法は、光源と第１の偏光選択素子との間に偏光変換器を加えることである。一般に、当該技術分野において使用される偏光変換器の設計には２つの方法がある。第１の方法は、光源から放射される光を部分的に平行化し、部分的に平行化した光線にレンズのアレイを通過させ、各焦点に偏光変換器のアレイを配置することである。偏光変換器は、典型的には偏光選択性傾斜フィルム（例えば、マクニール偏光子、ワイヤグリッド偏光子、又は複屈折光学フィルム偏光子）を有する偏光ビームスプリッタを有し、反射偏光は傾斜した反射体により、反射光ビームが傾斜偏光選択性フィルムを透過した光線と平行に伝搬するように、反射される。偏光光線の一方又は他方のいずれかが二分の一波長位相差板を通過し、その結果、両方の光線が同じ偏光状態を有する。
【００２７】
非偏光ビームを単一偏光状態を有する光ビームに変換する別の手法は、光ビーム全体を傾斜偏光選択子に通し、分離したビームを反射体及び二分の一波長位相差板で調整して、単一偏光状態が放射されるようにすることである。偏光変換器を使用して偏光選択性空間光変調器を直接照射すると、照度及び色の不均一性がもたらされることがある。
【００２８】
所定の一実施形態では、偏光変換器にフライアイアレイ（ＦＥＡ）を組み込むことで、投影システム内における光を均質化することができる。偏光変換器の出力側はモノリシックＦＥＡを含み、光を均質化する。モノリシックＦＥＡの入力側及び出力側は同数のレンズを含み、出力側の各レンズは、入力側の対応するレンズのほぼ焦点に芯合わせされる。レンズは、円柱形、両凸面形、球面形、又は非球面形であってもよいが、多くの場合に球面レンズが好ましいことがある。フライアイインテグレータ及び偏光変換器により、別に説明するように投影機の照度及び色均一性を著しく向上させることができる。
【００２９】
一般に傾斜したダイクロイックプレートは、当業者には既知であるように、この傾斜したダイクロイックプレートをダイクロイック反射体の代わりに用いることによって、ＰＢＳ系の色合成器に適用することが可能である。この方法では、光コリメーション光学系によって、合成されるべき複数の色光を入力する技法を提供することができ、傾斜したダイクロイックプレートによって、光コリメーション光学系の光軸から外れた位置に入力される光を補償することができる。本開示において用いるのに好適なＰＢＳ系色合成器としては、例えば、「Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題されたＰＣＴ特許公開第ＷＯ２００９／０８５８５６号、「Ｌｉｇｈｔ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題された同第ＷＯ２００９／０８６３１０号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題された同第ＷＯ２００９／１３９７９８号、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題された同第ＷＯ２００９／１３９７９９号に、また同時係属中の、「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題されたＰＣＴ特許出願第ＵＳ２００９／０６２９３９号、「Ｈｉｇｈ  Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題された同第ＵＳ２００９／０６３７７９号、「Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題された同第ＵＳ２００９／０６４９２７号、及び「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ」と題された同第ＵＳ２００９／０６４９３１号に記載されたものが挙げられ、これらは全体として本明細書に組み込まれる。
【００３０】
図１Ａ〜１Ｃは、本開示の一態様による色合成器１００の概略断面図を示す。色合成器１００は、第１のレンズ要素１１０及び第２のレンズ要素１２０を含む集光光学系１０５を含む。集光光学系１０５は光入力面１１４と、この光入力面１１４に垂直な光軸１０２とを含む。第１の光源１４０、第２の光源１５０、及び任意的な第３の光源１６０がそれぞれ、光入力面１１４に面する光入射面１０４上に配置されている。第１、第２、及び任意的な第３の各光源１４０、１５０、１６０は、別に説明するように、それぞれ第１の色光１４１、第２の色光１５１、及び第３の色光１６１を光入力面１１４に入射させるように配置されている。
【００３１】
所定の一実施形態では、集光光学系１０５は、第１、第２、及び任意的な第３の光源１４０、１５０、１６０から放射される光をコリメートする機能を果たす光コリメータであり得る。集光光学系１０５は、１つのレンズを含む光コリメータ（図示せず）、２つのレンズを含む光コリメータ（図示せず）、回析光学素子（図示せず）、又はこれらの組み合わせを含み得る。２つのレンズを含む光コリメータは、光入力面１１４とは反対側に位置する第１の凸面１１２を含む、第１のレンズ要素１１０を有する。第２のレンズ要素１２０は、第１の凸面１１２に面する第２の面１２２と、第２の面１２２とは反対側に位置する第３の凸面１２４とを含む。第２の面１２２は、凸面、平面、及び凹面から選択されることができる。
【００３２】
色合成器１００は更に、第１のプリズム１３５、第２のプリズム１３６、及びこれらのプリズム間の対角面上に配置された反射性偏光子１３７を有する、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３０を含む。第１のプリズム１３５は第１のプリズム面１３１及び第２のプリズム面１３２を含み、第２のプリズム１３６は、第２のプリズム面１３２とは反対側の第３のプリズム面１３３及び第１のプリズム面１３１とは反対側の第４のプリズム面１３４を含む。
【００３３】
ＰＢＳは、図１Ａ〜１Ｃに第２のプリズム面１３２として示される入力面と、図１Ａ〜１Ｃに第４のプリズム面１３４として示される出力面と、反射性偏光子１３７とを含む。一実施形態では、反射性偏光子１３７は第１の偏光方向１３９に合わせて配置され得る。反射性偏光子１３７は、ＰＢＳ  １３０に入力される第１、第２、及び任意的な第３の光源１４０、１５０、１６０からの光が、反射性偏光子１３７に約４５度の角度で当たるように位置付けられる。一実施形態では、この遮断角は３５〜５５度、４０〜５０度、４３〜４８度、又は４４．５〜４５．５度の範囲にある。
【００３４】
反射性偏光子１３７は、例えばＭａｃＮｅｉｌｌｅ偏光子、ワイヤグリッド偏光子、又は多層光学フィルム偏光子のような、既知の任意の反射性偏光子であってよい。一実施形態によれば、多層光学フィルム偏光子が好ましい第１の反射性偏光子であり得る。第１の反射性偏光子は２つのプリズムの対角面間に配置されてもよいし、又はペリクルのような自立フィルムであってもよい。実施形態によっては、第１の反射性偏光子が２つのプリズム間に配置される場合に、ＰＢＳの光利用効率が向上する。この実施形態では、ＰＢＳを通して進む光のうちで、光学経路から外れてしまうはずの光が、プリズム面からの全反射（ＴＩＲ）を受けて光学経路に復帰し得る。少なくともこの理由から、以下の説明では、第１の反射性偏光子が２つのプリズムの対角面間に配置されたＰＢＳを対象とするが、ＰＢＳがペリクルとして用いられる場合にも同様に機能し得ることは理解されよう。一態様では、ＰＢＳプリズムの外面は全て高度に研磨され、ＰＢＳに入射する光はＴＩＲを受ける。この場合、光はＰＢＳ内に封じ込められ、依然としてエテンデュを維持しつつも、部分的に均質化される。
【００３５】
所定の一実施形態では、色合成器１００は更に、光軸１０２に沿って第３のプリズム面１３３に面して配置された第２のダイクロイックプレート１８０を含み、ＰＢＳ  １３０、第１のレンズ要素１１０、及び第２のレンズ要素１２０が第２のダイクロイックプレート１８０と光入力面１１４との間に位置するようになっている。第２のダイクロイックプレート１８０は、光軸１０２に対して第２のダイクロイックプレート傾斜角φ１で配置されることができ、第１の色光１４１を反射しその他の色光を全て透過させることができる第１のダイクロイック反射体１８２を含む。第２のダイクロイックプレート１８０は更に、第２の色光１５１を反射しその他の色光を全て透過させることができる第２のダイクロイック反射体１８４を含む。第２のダイクロイックプレート１８０はまた、第３の色光１６１を反射することができる任意的な第３のダイクロイック反射体１８６を更に含む。場合によって、例えば、第１及び第２の光源１４０、１５０のみを含む（すなわち、任意的な第３の光源１６０が省略される）場合、その他の波長（すなわち色）の光を透過させる必要がないことから、第２のダイクロイック反射体１８４の代わりに広帯域鏡のような一般的な反射体とすることができる。場合によって、例えば、任意的な第３の光源１６０が含まれる場合、他の色光が全て、第３の反射体１８６に達する前にすでに他のダイクロイック反射体によって反射されてしまうことから、任意的な第３のダイクロイック反射体１８６はやはり、広帯域鏡のような反射体とすることができる。
【００３６】
ダイクロイックプレート１８０は、第１、第２、及び任意的な第３のダイクロイック反射体１８２、１８４、１８６のそれぞれが、光軸１０２に対して所定のダイクロイック傾斜角で傾斜するように調製される。各ダイクロイック傾斜角は、別に説明するように、第１、第２、及び任意的な第３の各光源１４０、１５０、１６０からの反射ビームを導いてＰＢＳ  １３０に戻すように、選択され得る。ダイクロイック傾斜角の説明はまた、例えば、いずれも本出願と同日に出願された同時係属中の「Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  Ｉ」と題された米国特許出願（代理人整理番号６６５３０ＵＳ００２）及び「Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  ＩＩ」と題された米国特許出願（代理人整理番号６６７９１ＵＳ００２）にも見られる。
【００３７】
所定の一実施形態では、色合成器１００は光軸１０２に対する光軸法線１０３に沿って第１のプリズム面１３１に面して配置された第１のダイクロイックプレート１７０を含み、第１のダイクロイックプレート１７０が、第２のダイクロイックプレート１８０に隣接した所定のプリズム面上にくるようにしてある。第１のダイクロイックプレート１７０は、光軸法線１０３に対して第１のダイクロイックプレート傾斜角φ２で配置されることができ、第１の色光１４１を反射しその他の色光を全て透過させることができる第１のダイクロイック反射体１７２を含む。第１のダイクロイックプレート１７０は更に、第２の色光１５１を反射しその他の色光を全て透過させることができる第２のダイクロイック反射体１７４を含む。第１のダイクロイックプレート１７０はまた、第３の色光１６１を反射することができる任意的な第３のダイクロイック反射体１７６を更に含む。場合によって、例えば、第１及び第２の光源１４０、１５０のみを含む（すなわち、任意的な第３の光源１６０が省略される）場合、その他の波長（すなわち色）の光を透過させる必要がないことから、第２のダイクロイック反射体１７４の代わりに広帯域鏡のような一般的な反射体とすることができる。場合によって、例えば、任意的な第３の光源１６０が含まれる場合、他の色光が全て、第３の反射体１８６に達する前にすでに他のダイクロイック反射体によって反射されてしまうことから、任意的な第３のダイクロイック反射体１７６はやはり、広帯域鏡のような反射体とすることができる。
【００３８】
第１のダイクロイックプレート１７０は、第１、第２、及び第３の各ダイクロイック反射体１７２、１７４、１７６が、光軸法線１０３に対して所定のダイクロイック傾斜角で傾斜するように、調製される。各ダイクロイック傾斜角は、別に説明するように、第１、第２、及び任意的な第３の各光源１４０、１５０、１６０からの反射ビームを導いてＰＢＳ  １３０に戻すように、選択され得る。ダイクロイック傾斜角の説明はまた、例えば、いずれも本出願と同日に出願された同時係属中の「Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  Ｉ」と題された米国特許出願（代理人整理番号６６５３０ＵＳ００２）及び「Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｃｏｌｏｒ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ  ＩＩ」と題された米国特許出願（代理人整理番号６６７９１ＵＳ００２）にも見られる。
【００３９】
第１及び第２の各傾斜ダイクロイックプレート１７０、１８０と、対応する第１及び第３のプリズム面１３１、１３３との間に、位相差板１３８が配置されている。位相差板１３８は、別に説明するように、各ダイクロイック反射体（１７２、１７４、１７６、１８２、１８４、１８６）と係り合って、反射してＰＢＳ  １３０に戻る光の偏光状態を変化させる。位相差板は、八分の一波長位相差板、四分の一波長位相差板など、任意の所望位相差を提供し得るものであってよい。本明細書に記述した実施形態では、四分の一波長位相差板及び関連する反射性偏光子を使用することが有利に働く。直線偏光が、偏光軸に対して４５度の角度に配置された四分の一波長位相差板を通過すると、円偏光に変化する。色合成器内の反射性偏光子及び四分の一波長位相差板から続いて生じる反射のために、光合成器から高効率の合成光出力が得られることとなる。これとは対照的に、直線偏光が他の種類及び方向の位相差板を通過した場合には、ｓ偏光とｐ偏光（楕円又は直線）との中間の偏光状態に変化し、合成器の効率はより低くなり得る。
【００４０】
以下に説明する実施形態によれば、色光合成システムは異なる色の非偏光源からの非偏光を受けて、やはり非偏光の合成光出力を生成する。一態様では、受けられた３色までの光がそれぞれ、反射性偏光子により、偏光（例えばｓ偏光及びｐ偏光）に応じて分割される。所定の一実施形態では、位相差板は、第１の偏光方向１３９に対して４５度に整列された遅軸を有する四分の一波長位相差板である。
【００４１】
図１Ａ〜１Ｃを参照することにより、第１、第２、及び第３の色光１４１、１５１、１６１の経路を、色合成器１００を通してたどることができる。図１Ａは、光軸１０２に沿って配置され、光入力面１１４に第１の色光１４１を入射させる第１の光源１４０を示す。第１の色光１４１は、第１の入力コリメーション角θ１内の光を代表する中心第１色光線１４２と２つの境界第１色光線１４４、１４６とを含む。第１色光線１４２、１４４、１４６はそれぞれ集光光学系１０５を通過し、少なくとも部分的にコリメートされた第１の色光ビームとしてＰＢＳ  １３０の第２のプリズム面１３２に入射する。第１色光線１４２、１４４、１４６はそれぞれ、続いて反射性偏光子１３７に当たってｐ偏光第１色光線（実線）とｓ偏光第１色光線（破線）とに分割される。
【００４２】
ｓ偏光第１色光線（反射性偏光子１３７から反射）は、第１のプリズム面１３１を通してＰＢＳ  １３０を出射すると、四分の一波長位相差板１３８を通過して円偏光第１色光線（円で示した線）となり、これが円偏光の方向を変えながら、第１のダイクロイックプレート１７０の第１のダイクロイック反射体１７２から反射する。円偏光第１色光線はその後、四分の一波長位相差板１３８を再度通過してｐ偏光第１色光線となり、第１のプリズム面１３１を通してＰＢＳ  １３０に再入射し、反射性偏光子１３７を通過して、非偏光でコリメートされた第１の出力光１４８のｐ偏光部分として第４のプリズム面１３４を通してＰＢＳ  １３０を射出する。
【００４３】
ｐ偏光第１色光線（反射性偏光子１３７を通して透過）は、第３のプリズム面１３３を通してＰＢＳ  １３０を出射すると、四分の一波長位相差板１３８を通過して円偏光第１色光線（円で示した線）となり、これが円偏光の方向を変えながら、第２のダイクロイックプレート１８０の第１のダイクロイック反射体１８２から反射する。円偏光第１色光線はその後、四分の一波長位相差板１３８を再度通過してｓ偏光第１色光線となり、第３のプリズム面１３３を通してＰＢＳ  １３０に再入射し、反射性偏光子１３７から反射して、非偏光でコリメートされた第１の出力光１４８のｓ偏光部分として第４のプリズム面１３４を通してＰＢＳ  １３０を射出する。
【００４４】
図１Ｂは、光軸１０２に隣接して配置され、光入力面１１４に第２の色光１５１を入射させる第２の光源１５０を示す。第２の色光１５１は、第２の入力コリメーション角θ２内の光を代表する中心第２色光線１５２と２つの境界第２色光線１５４、１５６とを含む。第２色光線１５２、１５４、１５６はそれぞれ集光光学系１０５を通過して、少なくとも部分的にコリメートされた第２の色光ビームとしてＰＢＳ  １３０の第２のプリズム面１３２に入射する。第２色光線１５２、１５４、１５６はそれぞれ、続いて反射性偏光子１３７に当たってｐ偏光第２色光線（実線）とｓ偏光第２色光線（破線）とに分割される。分かりやすくするため、中心第２色光線１５２のみを、図１Ｃに示した色合成器１００を通して描いているが、第２色光線１５２、１５４、１５６のそれぞれが同様の経路をたどることは理解されよう。
【００４５】
ｓ偏光第２色光線（反射性偏光子１３７から反射）は第１のプリズム面１３１を通してＰＢＳ  １３０を出ると、四分の一波長位相差板１３８を通過して円偏光第２色光線（円で示した線）となり、これが円偏光の方向を変えながら、第１のダイクロイック反射体１７２を通過した後、第１のダイクロイックプレート１７０の第２のダイクロイック反射体１７４から反射する。円偏光第２色光線は第１のダイクロイック反射体１７２及び四分の一波長位相差板１３８を再度通過してｐ偏光第２色光線となる。ｐ偏光第２色光線は第１のプリズム面１３１を通してＰＢＳ  １３０に再入射し、反射性偏光子１３７を通過して、非偏光でコリメートされた第２の出力光１５８のｐ偏光部分として第４のプリズム面１３４を通してＰＢＳ  １３０を射出する。
【００４６】
ｐ偏光第２色光線（反射性偏光子１３７を透過）は第３のプリズム面１３３を通してＰＢＳ  １３０を出射すると、四分の一波長位相差板１３８を通過して円偏光第２色光線（円で示した線）となり、これが円偏光の方向を変えながら、第１のダイクロイック反射体１８２を通過した後、第２のダイクロイックプレート１８０の第２のダイクロイック反射体１８４から反射する。円偏光第２色光線はその後、第１のダイクロイック反射体１８２及び四分の一波長位相差板１３８を再度通過してｓ偏光第２色光線となる。ｓ偏光第２色光線は第３のプリズム面１３３を通してＰＢＳ  １３０に再入射し、反射性偏光子１３７で反射して、非偏光でコリメートされた第２の出力光１５８のｓ偏光部分として第４のプリズム面１３４を通してＰＢＳ  １３０を射出する。
【００４７】
図１Ｃは、光軸１０２に隣接して配置され、光入力面１１４に第３の色光１６１を入射させる、任意的な第３の光源１６０を示す。第３の色光１６１は、第３の入力コリメーション角θ３内の光を代表する中心第３色光線１６２と２つの境界第３色光線１６４、１６６とを含む。第３色光線１６２、１６４、１６６はそれぞれ集光光学系１０５を通過して、少なくとも部分的にコリメートされた第３の色光ビームとしてＰＢＳ  １３０の第２のプリズム面１３２に入射する。第３色光線１６２、１６４、及び１６６はそれぞれ、続いて反射性偏光子１３７に当たってｐ偏光第３色光線（実線）とｓ偏光第３色光線（破線）とに分割される。分かりやすくするため、中心第３色光線１６２のみを、図１Ｃに示した色合成器１００を通して描いているが、第３色光線１６２、１６４、１６６のそれぞれが同様の経路をたどることは理解されよう。
【００４８】
ｓ偏光第３色光線（反射性偏光子１３７から反射）は第１のプリズム面１３１を通してＰＢＳ  １３０を出射すると、四分の一波長位相差板１３８を通過して円偏光第３色光線（円で示した線）となり、これが円偏光の方向を変えながら、第１のダイクロイック反射体１７２を通過し、第２のダイクロイック反射体１７４を通過した後、第１のダイクロイックプレート１７０の第３のダイクロイック反射体１７６から反射する。円偏光第３色光線はその後、第２のダイクロイック反射体１７４、第１のダイクロイック反射体１７２、及び四分の一波長位相差板１３８を再度通過して、ｐ偏光第３色光線となる。ｐ偏光第３色光線は第１のプリズム面１３１を通してＰＢＳ  １３０に再入射し、反射性偏光子１３７を通過して、非偏光でコリメートされた第３の出力光１６８のｐ偏光部分として第４のプリズム面１３４を通してＰＢＳ  １３０を射出する。
【００４９】
ｐ偏光第３色光線（反射性偏光子１３７を透過）は第３のプリズム面１３３を通してＰＢＳ  １３０を出射すると、四分の一波長位相差板１３８を通過して円偏光第３色光線（円で示した線）となり、これが円偏光の方向を変えながら、第１のダイクロイック反射体１８２、第２のダイクロイック反射体１８４を通過して、第２のダイクロイックプレート１８０の第３のダイクロイック反射体１８６から反射する。円偏光第３色光線はその後、第２のダイクロイック反射体１８４、第１のダイクロイック反射体１８２、及び四分の一波長位相差板１３８を再度通過して、ｓ偏光第３色光線となる。ｓ偏光第３色光線は第３のプリズム面１３３を通してＰＢＳ  １３０に再入射し、反射性偏光子１３７で反射して、非偏光でコリメートされた第３の出力光１６８のｓ偏光部分として第４のプリズム面１３４を通してＰＢＳ  １３０を射出する。
【００５０】
所定の一実施形態では、第１の入力コリメーション角θ１ｉ、第２の入力コリメーション角θ２ｉ、及び第３の入力コリメーション角θ３ｉの少なくとも１つは同一であってよく、第１、第２、及び任意的な第３の入力光源１４０、１５０、１６０のそれぞれに関連する入射光学系（図示せず）によってこれらの入力コリメーション角度を約１０度〜約８０度、又は約１０度〜約７０度、又は約１０度〜約６０度、又は約１０度〜約５０度、又は約１０度〜約４０度、又は約１０度〜約３０度以下に制限することができる。場合により、集光光学系１０５並びに第１及び第２のダイクロイックプレート１７０、１８０は、第１の出力光１４８、第２の出力光１５８、及び第３の出力光１６８のそれぞれもまた同一の出力コリメーション角（図示せず）を含むように、調製され得る。所定の一実施形態では、各入力コリメーション角は約６０〜約７０度の範囲にあって、各出力コリメーション角は約２０度未満、又は約１５度未満、又は更に約１２度未満の範囲にあり得、すなわち、出力光は高度にコリメートされ得る。
【００５１】
図２は、本開示の一態様による画像投影機１の概略図を示す。画像投影機１は、部分的にコリメートされた合成色光出力２４を均質化偏光変換器モジュール３０に入射させることができる色合成器モジュール１０を含み、部分的にコリメートされた合成色光出力２４はここで変換されて均質化偏光４５となり、均質化偏光変換器モジュール３０を出射して画像生成器モジュール５０に入る。画像生成器モジュール５０が撮像光６５を出力し、この撮像光６５が投影モジュール７０に入り、そこで投影撮像光８０となる。
【００５２】
一態様では色合成器モジュール１０は、別に説明するように、色合成器２００を通して入力される、波長スペクトルの異なる入力光源を含む。色合成器２００は、別に説明するように、波長スペクトルの異なる光を含む、部分的にコリメートされた合成色光出力２４を生成する。
【００５３】
一態様では、入力光源は非偏光であり、部分的にコリメートされた合成色光出力２４もまた非偏光である。部分的にコリメートされた合成色光出力２４は、１つ以上の光波長スペクトルを含む多色合成光であり得る。部分的にコリメートされた合成色光出力２４は、受けた光のそれぞれの時分割出力であってもよい。一態様では、異なる波長スペクトル光のそれぞれは、異なる色光（例えば、赤色、緑色、及び青色）に相当し、合成光出力は白色光、又は時分割された赤色、緑色、及び青色光である。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、人間の目に可視的である場合に、所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、赤外光を含む、他の波長スペクトルの光の両方を指す。
【００５４】
一態様によると、各入力光源は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。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有する超高圧（ＵＨＰ）ハロゲンランプ又はキセノンランプなどの非固体光源を使用することができる。本発明で有用な光源、光コリメータ、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、その開示は全体として本明細書に含まれる。
【００５５】
一態様では、均質化偏光変換器モジュール３０は、非偏光で部分的にコリメートされた合成色光出力２４を均質化偏光４５に変換することができる、偏光変換器４０を含む。均質化偏光変換器モジュール３０は更に、レンズのモノリシックアレイ４２、例えば、均質化偏光４５として均質化偏光変換器モジュール３０を出射する部分的にコリメートされた合成色光出力２４を均質化してその均一性を向上させることができる、別に説明するような任意的なレンズのモノリシックＦＥＡを含んでもよい。均質化偏光変換器モジュール３０に関連した任意的なＦＥＡの代表的な構成は、例えば、同時係属中の「ＦＬＹ  ＥＹＥ  ＩＮＴＥＧＲＡＴＯＲ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ」と題された米国特許出願第６１／３４６１８３号（代理人整理番号６６２４７ＵＳ００２、２０１０年５月１９日出願）、「ＰＯＬＡＲＩＺＥＤ  ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＯＲ」と題された米国特許出願第６１／３４６１９０号（代理人整理番号６６２４９ＵＳ００２、２０１０年５月１９日出願）、及び「ＣＯＭＰＡＣＴ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＯＲ」と題された米国特許出願第６１／３４６１９３号（代理人整理番号６６３６０ＵＳ００２、２０１０年５月１９日出願）に記述されている。
【００５６】
一態様では、画像生成器モジュール５０は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５６、代表的な撮像光学系５２、５４、及び空間光変調器５８を含み、これらが協働して均質化偏光４５を撮像光６５に変換する。好適な空間光変調器（すなわち画像生成器）はすでに、例えば、米国特許第７，３６２，５０７号（Ｄｕｎｃａｎら）、同第７，５２９，０２９号（Ｄｕｎｃａｎら）、米国特許出願公開第２００８−０２８５１２９−Ａ１号（Ｍａｇａｒｉｌｌら）に、また国際特許公開第２００７／０１６０１５号（Ｄｕｎｃａｎら）にも、記載されている。所定の実施形態では、均質化偏光４５は任意的なＦＥＡの各レンズに端を発する発散光である。撮像光学系５２、５４、及びＰＢＳ  ５６を通過した後、均質化偏光４５は、空間光変調器を均一に照射する撮像光６０になる。所定の一実施形態では、任意的なＦＥＡの各レンズからの各発散光線束は、個々の発散光線束が互いに重なり合うように空間光変調器５８の主要部分を照射する。
【００５７】
一態様では、投影モジュール７０は、撮像光６５を投影光８０として投影するのに使用可能な、代表的な投影光学系７２、７４、７６を含む。好適な投影光学系７２、７４、７６はすでに記述されており、当業者には周知である。
【００５８】
以下に、本開示の実施形態を列記する。
【００５９】
第１項目は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１及び第２の色光を光入力面に入射させるように配置された第１及び第２の光源であって、第１及び第２の光源の少なくとも１つが光軸からずれた、第１及び第２の光源と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面であって、第１の面は、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置し、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む、第１の面と、ＰＢＳのうち集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備え、第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射することができる第２の反射体とを含み、更に、第１及び第２の色光ビームが、コリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、第１のダイクロイック反射体及び第２の反射体がそれぞれ傾斜された、色合成器である。
【００６０】
第２項目は、光光学系が光コリメーション光学系を含む、第２項目に記載の色合成器である。
【００６１】
第３項目は、光コリメーション光学系が、１つのレンズを用いた設計、２つのレンズを用いた設計、回析光学素子、又はこれらの組み合わせを含む、第２項目に記載の色合成器である。
【００６２】
第４項目は、光入力面とは反対側に位置する第１の凸面を有する第１のレンズと、第１の凸面に面する第２の面、及び第２の面とは反対側に位置する第３の凸面を有する第２のレンズとを含む、第１項目に記載の色合成器である。
【００６３】
第５項目は、第１及び第２の各色光が第１の広がり角を含み、コリメートされた合成色光ビームが、約２０度未満の角度を備える第２の広がり角を含む、第１項目〜第４項目に記載の色合成器である。
【００６４】
第６項目は、第２の各反射体が広帯域鏡を備える、第１項目〜第５項目に記載の色合成器である。
【００６５】
第７項目は、第２の反射体の少なくとも１つが、第２の色光を反射しその他の色光を透過させることができる第２のダイクロイック反射体を備える、第１項目〜６項目に記載の色合成器である。
【００６６】
第８項目は、第３の色光を光入力面に入射させるように配置された第３の光源を更に備え、第１及び第２のダイクロイックプレートのそれぞれは、第３の色光を合成色光ビームとして出力方向に出射するように導くことができる第３の反射体を更に含む、第１項目〜第７項目に記載の色合成器である。
【００６７】
第９項目は、第３の反射体が広帯域鏡を備える、第８項目に記載の色合成器である。
【００６８】
第１０項目は、第３の反射体が、第３の色光を反射しその他の色光を透過させることができる第３のダイクロイック反射体を備える、第８項目又は第９項目に記載の色合成器である。
【００６９】
第１１項目は、第２の広がり角が約１５度未満の角度を備える、第５項目に記載の色合成器である。
【００７０】
第１２項目は、第２の広がり角が約１２度未満の角度を備える、第５項目の色合成器である。
【００７１】
第１３項目は、光入力面及び光軸を有する集光光学系と、第１、第２、及び第３の色光を光入力面に入射させるように配置された第１、第２、及び第３の光源であって、第１、第２、及び第３の光源の少なくとも２つが光軸からずれた、第１、第２、及び第３の光源と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の第１の面であって、第１の面は、集光光学系と向かい合うと共に光入力面とは反対側に位置し、ＰＢＳは、光軸に対して所定の偏光子角で配置された反射性偏光子を含む、第１の面と、ＰＢＳのうち集光光学系とは反対側に位置する第２の面に面して配置された第１のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第１の傾斜角で配置設された、第１のダイクロイックプレートと、ＰＢＳの第３の面に面して配置された第２のダイクロイックプレートであって、光軸に対して第２の傾斜角で配置された、第２のダイクロイックプレートと、ＰＢＳと第１及び第２のダイクロイックプレートとの間にそれぞれ配設された第１及び第２の位相差板とを備え、第１及び第２の各ダイクロイックプレートは、第１の色光を反射し他の色光を透過させることができる第１のダイクロイック反射体と、第２の色光を反射し他の色光を透過させることができる第２のダイクロイック反射体と、第３の反射体とを含み、更に、第１、第２、及び第３の色光ビームが、コリメートされた合成色光ビームとして所定の出力方向でＰＢＳを出射するように、第１のダイクロイック反射体、第２のダイクロイック反射体、及び第３の反射体がそれぞれ傾斜された、第１３項目に記載の色合成器である。
【００７２】
第１４項目は、第１、第２、及び第３の各色光が第１の広がり角を含み、コリメートされた合成色光ビームが、約２０度未満の角度を備える第２の広がり角を含む、第１３項目に記載の色合成器である。
【００７３】
第１５項目は、第３の反射体が広帯域鏡である、第１３項目又は第１４項目に記載の色合成器である。
【００７４】
第１６項目は、第３の反射体が、第３の色光を反射しその他の色光を透過させることができる第３のダイクロイック反射体である、第１３項目〜第１５項目に記載の色合成器である。
【００７５】
第１７項目は、第２の広がり角が約１５度未満の角度を備える、第１４項目〜第１６項目に記載の色合成器である。
【００７６】
第１８項目は、第２の広がり角が約１２度未満の角度を備える、第１４項目〜第１７項目に記載の色合成器である。
【００７７】
第１９項目は、第１項目〜第１８項目に記載の色合成器と、第１、第２、及び第３の色光を受けると共に、偏光した第１、第２、及び第３の色光を出力するように配置された偏光変換器と、偏光した第１、第２、及び第３の色光に画像を付与するように配置された空間光変調器と、投影光学系とを備える、画像投影機である。
【００７８】
第２０項目は、空間光変調器が、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ）表示装置又は透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を備える、第１９項目に記載の画像投影機である。
【００７９】
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」と言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は、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。
【００８０】
本明細書に引用した全ての参照文献及び刊行物は、本開示と直接矛盾しうる場合を除いて、それらの全容を本開示に明確に援用するものである。以上、本明細書において所定の実施形態について図示及び説明してきたが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な代替的及び／又は同等の実施形態を、図示及び説明した所定の実施形態に置き換えることが可能である点は認識されるであろう。本出願は、本明細書において考察した所定の実施形態のあらゆる適合形態又は変形形態を網羅するものである。したがって、本開示は特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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