(57)【要約】  光合成器及び光スプリッタ、並びに光合成器及び光スプリッタを使用する方法を記載する。具体的に、上記の説明は、それぞれ、異なる波長スペクトルの光を合成及び偏光ビームスプリッタを使用して分割する、光合成器及びスプリッタに関する。上記偏光ビームスプリッタは、入射光を、異なる偏光方向を有する、透過されるビーム及び反射されるビームに効率的に分割するために、反射偏光子を含む。反射器及び四分の一波長位相差板は、プリズム面を通過する光の偏光状態に影響を与えるように、上記偏光ビームスプリッタの選択されるプリズム面に面して位置決めされる。上記反射器は、異なる波長スペクトルの光が、異なるプリズム面で影響を受けることができるように、選択される波長範囲外の光を反射するように適合された、ダイクロイックフィルターであってもよい。それぞれの偏光ビームスプリッタの表面は、上記偏光ビームスプリッタ内での全内部反射によって、光利用効率が増加するように、研磨することができる。上記光合成器は、最大５つの非偏光の異なる色光を合成して、投影表示に有用な白色光であり得る、非偏光の多色光出力を生成することができる。上記光スプリッタは、非偏光の多色光を分割して、最大５つの非偏光の異なる色光出力を生成することができる。
2011508283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成器において、
第１の偏光ビームスプリッタであって、
第１及び第２のプリズムと、
第１、第２、第３、及び第４のプリズム面と、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に配置される反射偏光子と、を備える、第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１のプリズム面に面して配置され、第１の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する第１のダイクロイックフィルターと、
前記第２のプリズム面に面して配置され、第２の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する第２のダイクロイックフィルターと、
前記第３のプリズム面に面して配置され、少なくとも前記第１及び第２の波長スペクトルの光を反射する反射器と、
前記反射器、第１のダイクロイックフィルター、及び第２のダイクロイックフィルター、並びにそれらのそれぞれのプリズム面のそれぞれの間に配置される位相差板と、を備える、光合成器。
【請求項２】
前記位相差板が、第１の偏光方向に対して４５度に調整された、四分の一波長位相差板である、請求項１に記載の光合成器。
【請求項３】
前記反射偏光子が、前記第１の偏光方向に対して調整される、請求項２に記載の光合成器。
【請求項４】
前記反射偏光子が、デカルト反射偏光子である、請求項３に記載の光合成器。
【請求項５】
前記デカルト反射偏光子が、ポリマー多層光学フィルムである、請求項４に記載の光合成器。
【請求項６】
前記反射器が、鏡である、請求項１に記載の光合成器。
【請求項７】
前記反射器が、第３の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第３のダイクロイックフィルターである、請求項１に記載の光合成器。
【請求項８】
前記偏光ビームスプリッタが、端面を更に備え、前記プリズム面及び端面が、研磨される、請求項１に記載の光合成器。
【請求項９】
前記研磨された面のそれぞれと接触している、光学的に透過性の物質を更に備え、前記第１及び第２のプリズム内で全内部反射を生じさせることができるように、前記第１及び第２のプリズムのそれぞれの屈折率が、前記光学的に透過性の物質の屈折率を上回る、請求項８に記載の光合成器。
【請求項１０】
前記研磨された面のうちの少なくとも１つと接触している前記光学的に透過性の物質が、空気である、請求項９に記載の光合成器。
【請求項１１】
前記研磨された面のうちの少なくとも１つと接触している前記光学的に透過性の物質が、光学接着剤である、請求項９に記載の光合成器。
【請求項１２】
光を合成する方法において、
請求項１に記載の光合成器を提供する工程と、
前記第１及び第２の波長スペクトルの光を、それぞれ、前記第１及び第２のダイクロイックフィルターに方向付ける工程と、
前記第４のプリズム面から、合成された光を受光する工程と、を含む、方法。
【請求項１３】
前記反射器が、第３の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第３のダイクロイックフィルターであり、
前記第３の波長スペクトルの光を、該第３のダイクロイックフィルターに方向付ける工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反射器が鏡である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
光を分割する方法において、
光スプリッタを提供する工程であって、第１の偏光ビームスプリッタであって、
第１及び第２のプリズムと、
第１、第２、第３、及び第４のプリズム面と、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に配置される、反射偏光子と、
を備える、第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１のプリズム面に面して配置され、第１の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第１のダイクロイックフィルターと、
前記第２のプリズム面に面して配置され、第２の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第２のダイクロイックフィルターと、
前記第３のプリズム面に面して配置され、少なくとも前記第１及び第２の波長スペクトルの光を反射する、反射器と、
前記反射器、第１のダイクロイックフィルター、及び第２のダイクロイックフィルター、並びにそれらのそれぞれのプリズム面のそれぞれの間に配置される、位相差板と、を備える、光スプリッタを提供する工程と、
合成された多色光を、前記第４のプリズム面に方向付ける工程と、
前記第１及び第２の波長スペクトルの光を、それぞれ、前記第１及び第２のダイクロイックフィルターを通して受光する工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
前記位相差板が、第１の偏光方向に対して４５度に調整された、四分の一波長位相差板である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記反射偏光子が、前記第１の偏光方向に対して調整される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記反射器が、第３の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第３のダイクロイックフィルターであり、
前記第３の波長スペクトルの光を、前記第３のダイクロイックフィルターを通して受光する工程を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記方向付けられた光及び前記受信された光が、非偏光である、請求項１３又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記方向付けられた光及び前記受信された光が、発散光線から収束光線まで様々な光線を含む、請求項１３又は１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１、第２、第３の波長スペクトルが、赤色、青色、及び緑色であり、前記合成された光が、白色光である、請求項１３又は１８に記載の方法。
【請求項２２】
光合成器において、
第１の偏光ビームスプリッタであって、
第１及び第２のプリズムと、
第１、第２、第３、及び第４のプリズム面と、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に配置される、第１の反射偏光子と、
を備える、第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第４のプリズム面に隣接して配置される、第２の偏光ビームスプリッタであって、
第３及び第４のプリズムと、
前記第４のプリズム面に隣接した、第５のプリズム面と、
第６、第７、及び第８のプリズム面と、
前記第３のプリズムと前記第４のプリズムとの間に配置される、第２の反射偏光子と、
を備える、第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１、第２、第３、第６、及び第７のプリズム面に面して配置される、第１から第５の反射器であって、
前記第１の反射器が、第１の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第１のダイクロイックフィルターであり、
前記第２の反射器が、第２の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第２のダイクロイックフィルターであり、
前記第３、第４、及び第５の反射器が、それぞれ、少なくとも前記第１及び第２の波長スペクトルの光を反射する、第１から第５の反射器と、
前記反射器及びそれらのそれぞれのプリズム面のそれぞれの間に配置される、位相差板と、
を備える、光合成器。
【請求項２３】
前記位相差板が、第１の偏光方向に対して４５度に調整された、四分の一波長位相差板である、請求項２２に記載の光合成器。
【請求項２４】
前記第１及び第２の反射偏光子のうちの少なくとも１つが、前記第１の偏光方向に対して調整される、請求項２３に記載の光合成器。
【請求項２５】
前記第１及び第２の反射偏光子のうちの少なくとも１つが、デカルト反射偏光子である、請求項２４に記載の光合成器。
【請求項２６】
前記デカルト反射偏光子が、ポリマー多層光学フィルムである、請求項２５に記載の光合成器。
【請求項２７】
前記第３、第４、又は第５の反射器のうちの少なくとも１つが、鏡である、請求項２２に記載の光合成器。
【請求項２８】
前記第３、第４、又は第５の反射器のうちの少なくとも１つが、第３の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第３のダイクロイックフィルターである、請求項２２に記載の光合成器。
【請求項２９】
前記第３、第４、又は第５の反射器のうちの少なくとも１つが、第４の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第４のダイクロイックフィルターである、請求項２８に記載の光合成器。
【請求項３０】
前記第３、第４、又は第５の反射器のうちの少なくとも１つが、第５の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第５のダイクロイックフィルターである、請求項２９に記載の光合成器。
【請求項３１】
それぞれの偏光ビームスプリッタが、端面を更に備え、前記プリズム面及び端面のすべてが研磨される、請求項２２に記載の光合成器。
【請求項３２】
前記研磨された面のそれぞれと接触している、光学的に透過性の物質を更に備え、前記第１、第２、第３、及び第４のプリズム内で全内部反射を生じさせることができるように、前記第１、第２、第３、及び第４のプリズムのそれぞれの屈折率が、前記光学的に透過性の物質の屈折率を上回る、請求項３１に記載の光合成器。
【請求項３３】
前記プリズム面及び端面のうちの少なくとも１つと接触している前記光学的に透過性の物質が、空気である、請求項３２に記載の光合成器。
【請求項３４】
前記プリズム面及び端面のうちの少なくとも１つと接触している前記光学的に透過性の物質が、光学接着剤である、請求項３２に記載の光合成器。
【請求項３５】
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタとの間に配置され、前記第６及び第７の面から入射する光を反射する、第６のダイクロイックフィルターと、
前記第４のプリズム面と前記第６のダイクロイックフィルターとの間に配置され、前記第１の偏光方向に対して４５°に調整された、追加の四分の一波長位相差板と、を更に備える、請求項２３に記載の光合成器。
【請求項３６】
前記第６のダイクロイックフィルターが、前記第１、第２、及び第３の面から入射する光を透過する、請求項３５に記載の光合成器。
【請求項３７】
光を合成する方法において、
請求項２２に記載の光合成器を提供する工程と、
前記第１及び第２の波長スペクトルの光を、それぞれ、前記第１及び第２のダイクロイックフィルターを通して、前記光合成器に方向付ける工程と、
前記第８のプリズム面から、合成された光を受光する工程と、を含む、方法。
【請求項３８】
前記反射器のうちの少なくとも１つが、第３の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第３のダイクロイックフィルターであり、
前記第３の波長スペクトルの光を、前記第３のダイクロイックフィルターを通して、前記光合成器に方向付ける工程を更に含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記反射器のうちの少なくとも１つが、第４の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第４のダイクロイックフィルターであり、
前記第４の波長スペクトルの光を、前記第４のダイクロイックフィルターを通して、前記光合成器に方向付ける工程を更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記反射器のうちの少なくとも１つが、第５の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第５のダイクロイックフィルターであり、
前記第５の波長スペクトルの光を、前記第４のダイクロイックフィルターを通して、前記光合成器に方向付ける工程を更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
光を分割する方法において、
光スプリッタを提供する工程であって、
第１の偏光ビームスプリッタであって、
第１及び第２のプリズムと、
第１、第２、第３、及び第４のプリズム面と、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に配置される、第１の反射偏光子と、
を備える、第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第４のプリズム面に面して配置される、第２の偏光ビームスプリッタであって、
第３及び第４のプリズムと、
前記第４のプリズム面に隣接した、第５のプリズム面と、
第６、第７、及び第８のプリズム面と、
前記第３のプリズムと前記第４のプリズムとの間に配置される、第２の反射偏光子と、
を備える、第２の偏光ビームスプリッタと、
それぞれ、前記第１、第２、第３、第６、及び第７のプリズム面に面して配置される、第１から第５の反射器であって、
前記第１の反射器が、第１の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第１のダイクロイックフィルターであり、
前記第２の反射器が、第２の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第２のダイクロイックフィルターである、第１から第５の反射器と、
前記第１、第２、及び第３の反射器、前記第１及び第２のダイクロイックフィルター、並びにそれらのそれぞれのプリズム面のそれぞれの間に配置される、位相差板と、
を備える、光スプリッタを提供する工程と、
合成された多色光を、前記第８のプリズム面に方向付ける工程と、
前記第１及び第２の波長スペクトルの光を、それぞれ、前記第１及び第２のダイクロイックフィルターから受光する工程と、を含む、方法。
【請求項４２】
前記位相差板が、第１の偏光方向に対して４５度に調整された、四分の一波長位相差板である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２の反射偏光子のうちの少なくとも１つが、前記第１の偏光方向に対して調整される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記反射器のうちの少なくとも１つが、第３の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第３のダイクロイックフィルターであり、
前記第３の波長スペクトルの光を、前記第３のダイクロイックフィルターから受光する工程を更に含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記反射器のうちの少なくとも１つが、第４の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第４のダイクロイックフィルターであり、
前記第４の波長スペクトルの光を、前記第４のダイクロイックフィルターから受光する工程を更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記反射器のうちの少なくとも１つが、第５の波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第５のダイクロイックフィルターであり、
前記第５の波長スペクトルの光を、前記第５のダイクロイックフィルターから受光する工程を更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記方向付けられた光及び前記受信された光が、すべて非偏光である、請求項４１又は４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記方向付けられた光及び前記受信された光が、発散光線から収束光線まで様々な光線を含む、請求項４１又は４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１、第２、第３、第４、及び第５の波長スペクトルが、それぞれ、黄色、赤色、青色、緑色、及びシアンであり、前記合成された光が、白色光である、請求項４１又は４６に記載の方法。
【請求項５０】
対角面及び回転プリズム面を有する、少なくとも１つの回転プリズムを更に備え、前記回転プリズム面が、少なくとも１つの位相差板に面して配置される、請求項１に記載の光合成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本説明は、概して、光合成器及び光スプリッタ、並びに光合成器及び光スプリッタを使用する方法に関する。具体的に、本説明は、それぞれ、異なる波長スペクトルの光を合成及び偏光ビームスプリッタを使用して分割する、光合成器及びスプリッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
画面上に画像を投影するために使用される投影システムは、照明光を生成するために、異なる波長スペクトルを有する、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの多波長スペクトル光源を使用することができる。光を合成し、ＬＥＤから画像表示装置に転送するために、幾つかの光学素子が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（ＬＣＤ）と同様に、偏光を使用し得る。
【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は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ’ｓ  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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【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、並びに光を収束、合成、均質化、及び画像表示装置に伝送する効率は、すべて、輝度に影響を及ぼす。現代の投影機システムの寸法が小型化するに伴い、出力輝度の適切なレベルを維持し、一方、同時に、光源によって生成される熱を、小型投影機システムにおいて消散することができる、低レベルに保つ必要がある。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ために、より効率的に複数の色光を合成する光合成光学システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概して、本説明は、偏光ビームスプリッタを含む光合成器、及び光合成器を使用する方法に関する。また、本説明は、偏光ビームスプリッタを含む光スプリッタ、及び光スプリッタを使用する方法に関する。
【０００６】
一態様では、光合成器は、４つのプリズム面と、２つの末端部とを有する、２つのプリズムと、２つのプリズムの対角面間に配置され、反射偏光子とを含む、偏光ビームスプリッタを含む。プリズム面及び末端部は、プリズム内で全内部反射を生じさせることができるように、研磨することができる。反射偏光子は、第１の偏光方向に対して調整される、デカルト反射偏光子であってもよい。反射偏光子は、ポリマー多層光学フィルムであってもよい。光合成器は、４つの外部プリズム面のうちの３つに面して配置され、四分の一波長位相差板を含む。四分の一波長位相差板は、第１の偏光方向に対して調整させることができる。反射器は、四分の一波長位相差板のそれぞれに面して配置される。
【０００７】
別の態様では、異なる波長スペクトルを有する２つの光を合成するために使用される光合成器は、それぞれ、第１及び第２の波長の光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、ダイクロイックフィルターである２つの反射器を含む。光合成器は、鏡である第３の反射器を含む。更なる態様では、異なる波長スペクトルを有する３つの光を合成するために使用される光合成器は、それぞれ、第１、第２、及び第３の波長の光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、ダイクロイックフィルターである３つの反射器を含む。幾つかの実施形態では、プリズム、反射偏光子、四分の一波長位相差板、反射器、及びダイクロイックフィルターのうちの少なくとも幾つかは、光学接着剤を用いて共に固着される。
【０００８】
更なる態様では、２つ又は３つの波長スペクトルの光を合成する方法は、４つのプリズム面のうちの３つに面する、それぞれ、第１、第２、及び第３の波長スペクトルを有する光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターを含む、偏光ビームスプリッタを有する、光合成器を提供する工程と、第１、第２、及び第３の波長スペクトルを有する光を、ダイクロイックフィルターに方向付ける工程と、第４のプリズム面から、合成された光を受光する工程と、を含む。第１及び第２の光は、非偏光であってもよく、また、合成された光も、非偏光であってもよい。
【０００９】
別の態様では、多色光を分割する方法は、４つのプリズム面のうちの３つに面する、第１、第２、及び第３の波長スペクトルを有する光を透過する、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターを含む、光合成器を提供する工程と、合成された多色光を、第４のプリズム面に方向付ける工程と、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターから、第１、第２、及び第３の波長スペクトルを有する光を受光する工程と、を含む。多色光は、非偏光であってもよく、また、受光された光も、非偏光であってもよい。幾つかの実施形態では、第３のダイクロイックフィルターは、鏡によって置換され、第１及び第２の波長スペクトル光は、残りの２つのダイクロイックフィルターから受光される。
【００１０】
一態様では、光合成器は、それぞれが、４つのプリズム面と、２つの末端部とを有する、２つのプリズムを含む、２つの偏光ビームスプリッタと、２つのプリズムのそれぞれの対角面間に配置される、反射偏光子と、を含む。２つの偏光ビームスプリッタは、プリズム面のうちの２つが互いに面するように置かれる。プリズム面及び末端部は、それぞれの偏光ビームスプリッタ内で全内部反射を生じさせることができるように、研磨することができる。反射偏光子は、第１の偏光方向に対して調整される、デカルト反射偏光子であってもよい。反射偏光子は、ポリマー多層光学フィルムであってもよい。光合成器は、６つの外部プリズム面のうちの５つに面して配置され、四分の一波長位相差板を含む。四分の一波長位相差板は、第１の偏光方向に対して調整される。反射器は、四分の一波長位相差板のそれぞれに面して配置される。
【００１１】
更なる態様では、異なる波長スペクトルを有する２つの光を合成するために使用される光合成器は、それぞれ、第１及び第２の波長の光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、ダイクロイックフィルターである、２つの反射器と、鏡である、第３、第４、及び第５の反射器と、を含む。
【００１２】
別の態様では、異なる波長スペクトルを有する３つの光を合成するために使用される光合成器は、それぞれ、第１、第２、及び第３の波長の光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、ダイクロイックフィルターである、３つの反射器と、鏡である、第４及び第５の反射器と、を含む。
【００１３】
更なる態様では、異なる波長スペクトルを有する４つの光を合成するために使用される光合成器は、それぞれ、第１、第２、第３、及び第４の波長の光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、ダイクロイックフィルターである、４つの反射器と、鏡である、第５の反射器と、を含む。
【００１４】
更に別の態様では、異なる波長スペクトルを有する５つの光を合成するために使用される光合成器は、それぞれ、第１、第２、第３、第４、及び第５の波長の光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、ダイクロイックフィルターである、５つの反射器を含む。
【００１５】
一態様では、光合成器の性能を向上するために、第６のダイクロイックフィルター及び追加の四分の一波長位相差板が、２つのプリズム間に配置される。幾つかの実施形態では、プリズム、反射偏光子、四分の一波長位相差板、反射器、及びダイクロイックフィルターのうちの少なくとも幾つかは、光学接着剤を用いて共に固着される。
【００１６】
別の態様では、２つから５つの波長スペクトルの光を合成する方法は、２つの偏光ビームスプリッタを有する、光合成器を提供する工程と、それぞれ、第１から第５の波長スペクトルを有する光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第１から第５のダイクロイックフィルターを、６つの外部プリズム面のうちの５つの上に配置する工程と、第１から第５の波長スペクトルを有する光を、ダイクロイックフィルターに方向付ける工程と、第６の外部プリズム面から、合成された光を受光する工程と、を含む。第１から第５の光は、非偏光であってもよく、また、合成された光も、非偏光であってもよい。
【００１７】
更なる態様では、多色光を分割する方法は、それぞれ、第１から第５の波長スペクトルを有する光を透過し、かつ他の波長の光を反射する、第１から第５のダイクロイックフィルターを含む光合成器を、６つの外部プリズム面のうちの５つの上に提供する工程と、多色光を第６のプリズム面に方向付ける工程と、第１から第５の波長スペクトルを有する光を、第１から第５のダイクロイックフィルターから受光する工程と、を含む。多色光は、非偏光であってもよく、また、受光された光も、非偏光であってもよい。最大３つのダイクロイックフィルターを鏡で置換することができ、残りの２つのダイクロイックフィルターから、光を受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
明細書を通じて、添付図面を参照されたい。同様の参照番号は同様の要素を指す。
【図１】偏光ビームスプリッタの斜視図。
【図２】四分の一波長位相差板を有する、偏光ビームスプリッタの斜視図。
【図３Ａ】光合成器の平面概略図。
【図３Ｂ】光合成器の平面概略図。
【図３Ｃ】光合成器の平面概略図。
【図３Ｄ】光合成器の平面概略図。
【図４】偏光ビームスプリッタを示す平面概略図。
【図５】光スプリッタの平面概略図。
【図６Ａ】光合成器の平面概略図。
【図６Ｂ】光合成器の平面概略図。
【図７Ａ】光合成器の平面概略図。
【図７Ｂ】光合成器の平面概略図。
【図８】光スプリッタの平面概略図。
【図９Ａ】光合成器の平面概略図。
【図９Ｂ】光合成器の平面概略図。
【図９Ｃ】光合成器の平面概略図。  図面は、必ずしも縮尺に従っていない。図面で用いられる同様の番号は、同様の構成要素を指す。しかしながら、所定の図中の構成要素を指す数字の使用は、同じ数字を付けられた別の図中の構成要素を限定することを意図するものではないことが理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書に記載される光合成器は、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、合成された光出力を生成する。幾つかの実施形態では、合成された光は、受光された光のそれぞれと同一のエテンデューを有する。合成された光は、２つ以上の波長スペクトルの光を含む、合成された多色光であってもよい。一態様では、異なる波長スペクトルの光のそれぞれは、異なる色光（例えば、赤色、緑色、及び青色）に対応し、合成された光出力は、白色光である。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、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、赤外光を含む、他の波長スペクトルの光の両方を指す。
【００２０】
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、ある要素には、互いに隣接して配置される要素を含むことができる。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、光学素子によって分離される要素を更に含むことができる。
【００２１】
２つ以上の非偏光の色光が、色合成器に方向付けられる際、それぞれは、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）内の反射偏光子によって、偏光に従って分割される。光がＰＢＳに入る際、光を合成、収束、発散することができる。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、ＰＢＳの外面のすべては、ＰＢＳ内での全内部反射（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、角度範囲内のＰＢＳに入る光の実質的にすべてが、所望の面を通ってＰＢＳを出るように方向付け直されるように、ＰＢＳに入る光の利用が改善される。
【００２２】
光合成器に入る、それぞれの色光の少なくとも１つの偏光成分は、偏光回転反射器を通過する。偏光回転反射器は、成分及び偏光回転反射器内でのそれらの配向によって、光の伝搬方向を反対にし、偏光成分の大きさを変化させる。偏光回転反射器は、反射器と、位相差板とを含む。一実施形態では、反射器は、反射によって光の透過を反射する鏡であってもよい。一実施形態では、反射器は、１つの波長スペクトルの光を透過し、かつ他の波長の光を反射するダイクロイックフィルターであってもよい。ダイクロイックフィルターは、光を反射することによって、他の波長の光を反射することができる。八分の一波長位相差板、四分の一波長位相差板などの位相差板は、いずれの所望の遅延も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、四分の一波長位相差板及び関連反射器を使用することが有利である可能性がある。直線偏光は、４５°の角度に調整された四分の一波長位相差板を、光偏光軸に通過する際、円偏光に変化される。続く色合成器内での反射偏光子及び四分の一波長位相差板／反射器からの反射は、結果として、光合成器からの有効な合成された光出力をもたらす。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。
【００２３】
一態様によると、光合成器は、合成された光を生成するために、関連四分の一波長位相差板と、カスケードで配設された反射器とを有する、２つのＰＢＳを含む。最大５つの異なる源からの光を、２つのカスケード接続されたＰＢＳの６つの外プリズム面のうちの５つに方向付けることができ、合成された光は、第６の外プリズム面から受光される。
【００２４】
プリズムと、反射偏光子と、四分の一波長位相差板と、鏡と、ダイクロイックフィルターとを含む、光合成器のコンポーネントは、適した光学接着剤によって共に固着することができる。コンポーネントを共に固着するために使用される光学接着剤は、光合成器で使用されるプリズムの屈折率より低い屈折率を有することができる。完全に共に固着された光合成器は、組み立て中、取り扱い中、及び使用中の調整安定性を含む利点を提供する。
【００２５】
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。
【００２６】
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、反射偏光子１９０を含む。プリズム１１０は、２つの端面１７５、１８５と、それらの間に９０°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、それらの間に９０°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の」、「第２の」、「第３の」、及び「第４の」で図１に示される４つのプリズム面の識別番号は、以下の記載中のＰＢＳ  １００の説明を明確化するのに役立つ。反射偏光子１９０は、デカルト反射偏光子又は非デカルト反射偏光子であってもよい。非デカルト反射偏光子には、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。デカルト反射偏光子は、偏光軸方向を有し、これには、ワイヤグリッド偏光子、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、反射偏光子１９０は、１つの偏光軸が、第１の偏光方向１９５に対して平行であり、第２の偏光方向１９６に対して垂直になるように調整される。一実施形態では、第１の偏光方向１９５は、ｓ偏光方向であってもよく、第２の偏光方向１９６は、ｐ偏光方向であってもよい。図１に示されるように、第１の偏光方向１９５は、端面１７０、１７５、１８０、１８５のそれぞれに対して垂直である。
【００２７】
デカルト反射偏光子フィルムは、完全に平行ではなく、かつ中心光ビーム軸から逸脱又は歪曲している入力光線を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。デカルト反射偏光子フィルムには、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挙げることができる。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。多層光学フィルムには、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挙げることができる。
【００２８】
図２は、幾つかの実施形態で使用される、ＰＢＳに対する四分の一波長位相差板の調整の斜視図である。四分の一波長位相差板は、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。四分の一波長位相差板２２０は、第１及び第２のプリズム面１３０及び１４０のそれぞれに面して配置される。反射偏光子１９０は、第１の偏光方向１９５に対して調整される、デカルト反射偏光子フィルムである。四分の一波長位相差板２２０は、第１の偏光方向１９５に対して４５°に調整された、四分の一波長偏光方向２９５を含む。図２は、第１の偏光方向１９５に対して時計方向に４５°に調整された偏光方向２９５を示すが、偏光方向２９５は、代わりに、第１の偏光方向１９５に対して反時計方向に４５°に調整されてもよい。幾つかの実施形態では、四分の一波長偏光方向２９５は、第１の偏光方向１９５に対して、任意の度数の配向、例えば、反時計方向に９０°から時計方向に９０°に調整させることができる。円偏光は、直線偏光が四分の一波長位相差板を通過する際、偏光方向に対して非常によく調整されるという結果をもたらすため、記載されるように、位相差板を約＋／−４５°で配向することが有利である可能性がある。四分の一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、本説明の他の場所に記載される光合成器の効率を低減する。
【００２９】
図３Ａは、光合成器の平面図である。図３Ａでは、光合成器３００は、プリズム１１０及び１２０の対角面間に配置される、反射偏光子１９０を有するＰＢＳ  １００を含む。プリズム１１０は、それらの間に９０°の角度を有する第１及び第２のプリズム面１３０、１４０を含む。プリズム１２０は、それらの間に９０°の角度を有する第３及び第４のプリズム面１５０、１６０を含む。反射偏光子１９０は、第１の偏光方向１９５に対して調整される（この図では、ページに対して垂直に）、デカルト反射偏光子であってもよい。反射偏光子１９０は、代わりに、非デカルト偏光子であってもよい。
【００３０】
光合成器３００は、第１、第２、及び第３のプリズム面１３０、１４０、１５０に面して配置され、四分の一波長位相差板２２０を含む。四分の一波長位相差板２２０は、第１の偏光方向１９５に対して４５°の角度に調整される。光学的に透過性の物質３４０は、それぞれの四分の一波長位相差板２２０とそれらのそれぞれのプリズム面との間に配置される。光学的に透過性の物質３４０は、プリズム１１０、１２０の屈折率より低い屈折率を有する、いずれの物質であってもよい。一実施形態では、光学的に透過性の物質３４０は、空気である。別の実施形態では、光学的に透過性の物質３４０は、四分の一波長位相差板２２０を、それらのそれぞれのプリズム面に固着する、光学接着剤である。
【００３１】
光合成器３００は、示されるように、四分の一波長位相差板２２０に面して配置され、第１、第２、及び第３の反射器３１０、３２０、３３０を含む。反射器３１０、３２０、３３０のそれぞれは、図３Ａに示されるように、隣接する四分の一波長位相差板２２０から分離されてもよい。更に、反射器３１０、３２０、３３０のそれぞれは、隣接する四分の一波長位相差板２２０と直接接触させることができる。あるいは、反射器３１０、３２０、３３０のそれぞれを、光学接着剤を用いて、隣接する四分の一波長位相差板２２０に接着することができる。光学接着剤は、硬化性接着剤であってもよい。また、光学接着剤は、感圧性接着剤であってもよい。
【００３２】
光合成器３００は、２色合成器であってもよい。本実施形態では、反射器３１０、３２０、３３０のうちの２つは、それぞれ、第１及び第２の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１及び第２のダイクロイックフィルターである。第３の反射器は、鏡である。鏡とは、実質的にすべての色の光を反射するように選択される、鏡面反射鏡を意味する。第１及び第２の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有することができるが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００３３】
図３Ａに示される一実施形態では、光合成器３００は、３色合成器である。本実施形態では、反射器３１０、３２０、３３０は、それぞれ、第１、第２、及び第３の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターである。一態様では、第１、第２、及び第３の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。本実施形態の光合成器３００を使用する方法は、第１の色を有する第１の光３５０を、第１のダイクロイックフィルター３１０に方向付ける工程と、第２の色を有する第２の光３６０を、第２のダイクロイックフィルター３２０に方向付ける工程と、第３の色を有する第３の光３７０を、第３のダイクロイックフィルター３３０に方向付ける工程と、ＰＢＳ  １００の第４の面から、合成された光３８０を受光する工程と、を含む。第１、第２、及び第３の光３５０、３６０、３７０のそれぞれの経路を、図３Ｂ〜図３Ｄを参照して、更に説明する。
【００３４】
一実施形態では、第１、第２、及び第３の光３５０、３６０、３７０のそれぞれは、非偏光の光であってもよく、合成された光３８０は、非偏光である。更なる実施形態では、第１、第２、及び第３の光３５０、３６０、３７０のそれぞれは、赤色、緑色、及び青色の非偏光の光であってもよく、合成された光３８０は、非偏光の白色光であってもよい。第１、第２、及び第３の光３５０、３６０、３７０のそれぞれは、発光ダイオード（ＬＥＤ）源からの光を含むことができる。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光源を使用することができる。ＬＥＤ光源は、動作の経済性、長寿命、ロバスト性、効率的な光生成、及び改善されたスペクトル出力を含む、他の光源にわたる利点を有することができる。
【００３５】
次に、図３Ｂを参照して、第１の光３５０が非偏光である実施形態での、光合成器３００を通る第１の光３５０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線３５１、及び第１の偏光方向を有する光線３５５を含む非偏光の光は、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００３６】
第１の光３５０は、第１のダイクロイックフィルター３１０、四分の一波長位相差板２２０を通り、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入るように方向付けられる。第１の光３５０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線３５２、及び第２の偏光方向を有する光線３５１に分割される。第２の偏光方向を有する光線３５１は、反射偏光子１９０から反射され、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００３７】
第１の偏光方向を有する光線３５２は、反射偏光子１９０を通過し、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第３のダイクロイックフィルターから反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第２の偏光方向を有する光線３５４として、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入る。光線３５４は、反射偏光子１９０から反射し、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第２のダイクロイックフィルター３２０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第１の偏光方向を有する光線３５５として、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第１の偏光方向を有する光線３５５は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００３８】
次に、図３Ｃを参照して、第２の光３６０が非偏光である実施形態での、光合成器３００を通る第２の光３６０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線３６５、及び第１の偏光方向を有する光線３６２を含む非偏光の光は、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００３９】
第２の光３６０は、第２のダイクロイックフィルター３２０、四分の一波長位相差板２２０を通って方向付けられ、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第２の光３６０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線３６２、及び第２の偏光方向を有する光線３６１に分割される。第１の偏光方向を有する光線３６２は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００４０】
第２の偏光方向を有する光線３６１は、反射偏光子１９０から反射され、ＰＢＳ  １００の第１のプリズム面１３０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第３のダイクロイックフィルター３３０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第１の偏光方向を有する光線３６３として、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入る。光線３６３は、反射偏光子１９０を通過し、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第１のダイクロイックフィルター３１０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第２の偏光方向を有する光線３６５として、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第２の偏光状態を有する光線３６５は、反射偏光子１９０から反射し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００４１】
次に、図３Ｄを参照して、第３の光３７０が非偏光である実施形態での、光合成器３００を通る第３の光３７０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線３７５、及び第１の偏光方向を有する光線３７３を含む非偏光の光は、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００４２】
第３の光３７０は、第３のダイクロイックフィルター３３０、四分の一波長位相差板２２０を通って方向付けられ、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第３の光３７０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線３７２、及び第２の偏光方向を有する光線３７１に分割される。第１の偏光方向を有する光線３７２は、反射偏光子１９０を通過し、第３のプリズム面１５０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第１のダイクロイックフィルター３１０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第２の偏光状態を有する光線３７４として、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第２の偏光方向を有する光線３７４は、反射偏光子１９０から反射し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００４３】
第２の偏光方向を有する光線３７１は、反射偏光子１９０から反射し、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第２のダイクロイックフィルター３２０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第２の偏光方向を有する光線３７３として、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第１の偏光方向を有する光線３７３は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００４４】
図４は、研磨されたＰＢＳ  ４００内の光線の経路を示す。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、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、研磨された外表面である。別の実施形態によると、ＰＢＳ  ４００の外面のすべて（図示されない端面を含む）は、研磨された面であり、これは、ＰＢＳ  ４００内での斜光線のＴＩＲを提供する。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、ＰＢＳに方向付けられる光が、中心軸に沿って平行ではない、即ち、入射光が、収束光又は発散光のいずれかである際、ＰＢＳ  ４００における光利用を改善する。少なくとも幾つかの光は、第３のプリズム面１５０を通って離れるまで、全内部反射によってＰＢＳ  ４００内に閉じ込められる。場合によっては、光の実質的にすべてが、第３のプリズム面１５０を通って離れるまで、全内部反射によってＰＢＳ  ４００内に閉じ込められる。
【００４５】
図４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。ＰＢＳ  ４００内の光線Ｌ１は、プリズム面１４０、１６０、及び端面（図示せず）でスネルの法則が満たされるように、角度範囲θ２内で伝搬する。光線「ＡＢ」、「ＡＣ」、及び「ＡＤ」は、第３のプリズム面１５０を通って出る前と異なる入射角で反射偏光子１９０を横断する、ＰＢＳ  ４００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、出る前に、両方とも、それぞれ、プリズム面１４０及び１６０でＴＩＲされる。また、ＰＢＳ  ４００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グリッド偏光子を含む、他の反射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、高入射角の光を効率的に透過しない。マクニール偏光子を使用する、偏光の効率的な分割は、大きな角度で、両方の偏光状態の大幅な反射が生じるため、垂直から約６又は７度未満の入射角に制限される可能性がある。ワイヤ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。
【００４６】
図５は、本発明の一態様に係る、光スプリッタ５００の平面略図である。光スプリッタ５００は、図３Ａ〜図３Ｄに示される光合成器と同一のコンポーネントを使用するが、逆に機能する、即ち、合成された光５８０は、第４のプリズム面１６０に方向付けられ、それぞれ、第１、第２、及び第３の色を有する、第１、第２、及び第３の受光される光５５０、５６０、５７０に分割される。図５では、光スプリッタ５００は、プリズム１１０、１２０の対角面間に配置される反射偏光子１９０を有するＰＢＳ  １００を含む。プリズム１１０は、それらの間に９０°の角度を有する第１及び第２のプリズム面１３０、１４０を含む。プリズム１２０は、それらの間に９０°の角度を有する第３及び第４のプリズム面１５０、１６０を含む。反射偏光子１９０は、第１の偏光方向１９５に対して調整される（この図では、ページに対して垂直に）、デカルト反射偏光子又は非デカルト偏光子であってもよいが、デカルト反射偏光子が好ましい。
【００４７】
また、光スプリッタ５００は、第１、第２、及び第３のプリズム面１３０、１４０、１５０に面して配置され、四分の一波長位相差板２２０も含む。四分の一波長位相差板２２０は、他の場所に記載されるように、第１の偏光方向１９５に対して４５°の角度に調整される。光学的に透過性の物質３４０は、四分の一波長位相差板２２０のそれぞれとそれらのそれぞれのプリズム面との間に配置される。光学的に透過性の物質３４０は、プリズム１１０、１２０の屈折率より低い屈折率を有する、いずれの物質であってもよい。一態様では、光学的に透過性の物質３４０は、空気であってもよい。一態様では、光学的に透過性の物質３４０は、四分の一波長位相差板２２０を、それらのそれぞれのプリズム面に固着する、光学接着剤であってもよい。
【００４８】
光スプリッタ５００は、示されるように、四分の一波長位相差板２２０に面して配置され、第１、第２、及び第３の反射器３１０、３２０、３３０を含む。一態様では、反射器３１０、３２０、３３０は、図３Ａに示されるように、隣接する四分の一波長位相差板２２０から分離することができる。一態様では、反射器３１０、３２０、３３０は、隣接する四分の一波長位相差板２２０と直接接触させることができる。一態様では、反射器３１０、３２０、３３０は、光学接着剤を用いて、隣接する四分の一波長位相差板２２０に接着することができる。
【００４９】
一実施形態では、光スプリッタ５００は、２色スプリッタである。本実施形態では、反射器３１０、３２０、３３０のうちの２つは、それぞれ、第１及び第２の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１及び第２のダイクロイックフィルターである。第３の反射器は、鏡である。鏡とは、実質的にすべての色の光を反射するように選択される、鏡面反射鏡を意味する。一態様では、第１及び第２の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００５０】
一実施形態では、光スプリッタ５００は、３色スプリッタである。本実施形態では、反射器３１０、３２０、３３０は、それぞれ、第１、第２、及び第３の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターである。一態様では、第１、第２、及び第３の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。本実施形態の光スプリッタ５００を使用する方法は、合成された光５８０を、ＰＢＳ  １００の第４のプリズム面１６０に方向付ける工程と、ダイクロイックフィルター３１０から、第１の色を有する第１の光５５０を受光する工程と、第２のダイクロイックフィルター３２０から、第２の色を有する第２の光５６０を受光する工程と、第３のダイクロイックフィルター３３０から、第３の色を有する第３の光５７０を受光する工程と、を含む。合成された光、第１、第２、及び第３の受光された光５８０、５５０、５６０、５７０のそれぞれの光学経路は、図３Ｂ〜図３Ｄの説明に従うが、しかしながら、光線のすべての方向が反転される。
【００５１】
一実施形態では、合成された光５８０は、非偏光の光であってもよく、第１、第２、及び第３の光５５０、５６０、５７０のそれぞれは、非偏光の光である。一実施形態では、合成された光５８０は、非偏光の白色光であってもよく、第１、第２、及び第３の光５５０、５６０、５７０のそれぞれは、赤色、緑色、及び青色の非偏光の光である。一態様によると、合成された光５８０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源からの光を含む。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光源を使用することができる。ＬＥＤ光源は、動作の経済性、長寿命、ロバスト性、効率的な光生成、及び改善されたスペクトル出力を含む、他の光源にわたる利点を有することができる。
【００５２】
図６Ａは、一実施形態に係る、ＰＢＳ  １００と、第２のＰＢＳ  １００’とを含む、光合成器６００の平面図である。ＰＢＳ  １００は、プリズム１１０、１２０の対角面間に配置され、反射偏光子１９０を含む。プリズム１１０は、それらの間に９０°の角度を有する、第１及び第２のプリズム面１３０、１４０を含む。プリズム１２０は、それらの間に９０°の角度を有する、第３及び第４のプリズム面１５０、１６０を含む。第２のＰＢＳ  １００’は、プリズム１１０’、１２０’の対角面間に配置され、反射偏光子１９０’を含む。プリズム１１０’は、それらの間に９０°の角度を有する、第５及び第６のプリズム面１４０’、１３０’を含む。プリズム１２０’は、それらの間に９０°の角度を有する、第７及び第８のプリズム面１６０’、１５０’を含む。反射偏光子１９０、１９０’は、第１の偏光方向１９５に対して調整される（この図では、ページに対して垂直に）、デカルト反射偏光子であってもよい。反射偏光子１９０、１９０’は、非デカルト偏光子であってもよいが、デカルト反射偏光子が好ましい。第２のＰＢＳ  １００’は、第４のプリズム面１６０が、第５のプリズム面１４０’に面するように、ＰＢＳ  １００に隣接して配置される。第４のプリズム面１６０及び第５のプリズム面１４０’は、隙間によって分離されてもよく、又は、光学接着剤を使用して、互いに接着されてもよい。使用される場合、光学接着剤は、プリズム面でのＴＩＲを可能にするために、他の場所に提供される屈折率関係を満たすべきである。
【００５３】
光合成器６００は、第１、第２、第３、第６、及び第７のプリズム面１３０、１４０、１５０、１３０’、１６０’に面して配置され、四分の一波長位相差板２２０を含む。四分の一波長位相差板２２０は、他の場所に記載されるように、第１の偏光方向１９５に対して４５°の角度に調整される。光学的に透過性の物質３４０は、それぞれの四分の一波長位相差板２２０とそれらのそれぞれのプリズム面との間に配置される。光学的に透過性の物質３４０は、プリズム１１０、１２０、１１０’、１２０’の屈折率より低い屈折率を有する、いずれの物質であってもよい。一態様では、光学的に透過性の物質３４０は、空気であってもよい。別の態様では、光学的に透過性の物質３４０は、四分の一波長位相差板２２０を、それらのそれぞれのプリズム面に固着する、光学接着剤であってもよい。
【００５４】
光合成器６００は、示されるように、四分の一波長位相差板２２０に面して配置され、第１、第２、第３、第４、及び第５の反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０を含む。一実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０は、図６Ａに示されるように、隣接する四分の一波長位相差板２２０から分離することができる。別の実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０は、隣接する四分の一波長位相差板２２０と直接、接続させることができる。一実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６５０は、光学接着剤を用いて、隣接する四分の一波長位相差板２２０に接着することができる。
【００５５】
一実施形態では、光合成器６００は、２色合成器である。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０のうちの２つは、それぞれ、第１及び第２の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１及び第２のダイクロイックフィルターである。残りの３つの反射器は、鏡である。一態様では、第１及び第２の色の光は、スペクトル範囲で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００５６】
一実施形態では、光合成器６００は、３色合成器である。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０のうちの３つは、それぞれ、第１、第２、及び第３の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターである。残りの２つの反射器は、鏡である。一態様では、第１、第２、及び第３の色の光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００５７】
一実施形態では、光合成器６００は、４色合成器である。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０のうちの４つは、それぞれ、第１、第２、第３、及び第４の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、第３、及び第４のダイクロイックフィルターである。残りの反射器は、鏡である。一態様では、第１、第２、第３、及び第４の色の光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００５８】
図６Ａに示される一実施形態では、光合成器６００は、５色合成器である。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０は、それぞれ、第１、第２、第３、第４、及び第５の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、第３、第４、及び第５のダイクロイックフィルターである。一態様では、第１、第２、第３、第４、及び第５の色の光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。本実施形態の光合成器６００を使用する方法は、第１の色を有する第１の光６７０を、第１のダイクロイックフィルター６１０に方向付ける工程と、第２の色を有する第２の光６９２を、第２のダイクロイックフィルター６２０に方向付ける工程と、第３の色を有する第３の光６９４を、第３のダイクロイックフィルター６３０に方向付ける工程と、第４の色を有する第４の光６９６を、第４のダイクロイックフィルター６４０に方向付ける工程と、第５の色を有する第５の光６９８を、第５のダイクロイックフィルター６６０に方向付ける工程と、第２のＰＢＳ  １００’の第７の面から、合成された光６８０を受光する工程と、を含む。第１の光６７０の光学経路は、図６Ｂを参照して説明される。簡潔化のため、第２、第３、第４、及び第５の光６９２、６９４、６９６、６９８の光学経路は含まれていないが、図６Ｂに記載される手順に従って判定することができる。
【００５９】
一実施形態では、第１、第２、第３、第４、及び第５の光６７０、６９２、６９４、６９６、６９８のそれぞれは、非偏光の光であってもよく、合成された光６８０は、非偏光である。一実施形態では、第１、第２、第３、第４、及び第５の光６７０、６９２、６９４、６９６、６９８のそれぞれは、赤色、緑色、青色、黄色、及びシアンの非偏光の光であってもよく、合成された光６８０は、非偏光の白色光である。一態様によると、第１、第２、第３、第４、及び第５の光６７０、６９２、６９４、６９６、６９８のそれぞれは、発光ダイオード（ＬＥＤ）源からの光を含む。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光源を使用することができる。ＬＥＤ光源は、動作の経済性、長寿命、ロバスト性、効率的な光生成、及び改善されたスペクトル出力を含む、他の光源にわたる利点を有することができる。
【００６０】
次に、図６Ｂを参照して、第１の光６７０が非偏光である実施形態での、光合成器６００を通る第１の光６７０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線６７６、及び第１の偏光方向を有する光線６７８を含む非偏光の光は、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００６１】
第１の光６７０は、第１のダイクロイックフィルター６１０、四分の一波長位相差板２２０を通って方向付けられ、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第１の光６７０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線６７２、及び第２の偏光方向を有する光線６７１に分割される。
【００６２】
第２の偏光方向を有する光線６７１は、反射偏光子１９０から反射され、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第２のＰＢＳ  １００’の第５のプリズム面１４０’に入る。光線６７１は、第２の偏光方向を有する光線６７７として反射偏光子１９０’から反射し、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第４のダイクロイックフィルター６４０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１の偏光状態を有する光線６７８として、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。第１の偏光方向を有する光線６７８は、反射偏光子１９０’を通過し、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００６３】
第１の偏光方向を有する光線６７２は、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第３のダイクロイックフィルター６３０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２の偏光状態を有する光線６７３として、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入る。光線６７３は、反射偏光子１９０から反射し、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第２のダイクロイックフィルター６２０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１の偏光状態を有する光線６７４として、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第１の偏光方向を有する光線６７４は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第５のプリズム面１４０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線６７４は、反射偏光子１９０’を通過し、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第５のダイクロイックフィルター６６０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２の偏光状態を有する光線６７５として、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線６７５は、反射偏光子１９０’から反射し、第２の偏光方向を有する光線６７６として、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００６４】
一実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示される光合成器６００の動作は、第４及び第５の反射器６４０及び６６０を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る光線の光学経路を修正することによって、改善することができる。光学経路を修正するために、ＰＢＳ  １００と第２のＰＢＳ  １００’との間に、第６のダイクロイックフィルター及び追加の四分の一波長位相差板を置くことができる。本実施形態を、図７Ａ及び図７Ｂを参照して以下に更に説明する。
【００６５】
図７Ａは、本発明の一実施形態に係る、光合成器７００を通る第２の光６９２の光学経路の平面概略図である。光合成器７００は、第４のプリズム面１６０と第５のプリズム面１４０’との間に配置され、追加の第６のダイクロイックフィルター７７０と、追加の四分の一波長位相差板２２０とを有する、図６Ａ及び図６Ｂの光合成器６００を含む。第６のダイクロイックフィルター７７０は、第４のプリズム面１６０に面して配置され、追加の四分の一波長位相差板２２０は、第５のプリズム面１４０’に面して配置される。光学的に透過性の物質３４０は、それぞれ、第６のダイクロイックフィルター７７０と、追加の四分の一波長位相差板２２０と、第４及び第５のプリズム面１６０、１４０’との間に配置される。第６のダイクロイックフィルター７７０は、第４及び第５の色の光のうちの少なくとも１つを反射し、他の色の光を透過するように選択される。
【００６６】
第２の光６９２は、第２のダイクロイックフィルター６２０、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線７１０、及び第２の偏光方向を有する光線７３０に分割される。光線７１０は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００６７】
光線７３０は、反射偏光子１９０から反射し、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第３のダイクロイックフィルター６３０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１の偏光状態を有する光線７３２として、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入る。光線７３２は、反射偏光子１９０を通過し、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第１のダイクロイックフィルター６１０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２の偏光状態を有する光線７３４として、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。光線７３４は、反射偏光子１９０から反射し、第２の偏光方向を有する光線７３６として、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を離れる。
【００６８】
第１及び第３の光６７０及び６９４（図６Ａに示される）は、図７ＡのＰＢＳ  １００を通る光学経路を有し、これは、同一の方法を使用して容易に追跡され、第２の光６９２で記載されるものと同一の結果を有するが、ここでは、簡略化のために省略されることを理解されたい。また、第１及び第３の光６７０及び６９４も、第１及び第２の偏光方向の両方に、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を離れる。
【００６９】
第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出た後、両方の光線７１０及び７３６は、第６のダイクロイックフィルター７７０を通過し、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光線７１２及び７３８に変化する。円偏光線７１２及び７３８は、反射偏光子１９０’で遮断され、第１の偏光方向を有する光線７１６及び７４０、並びに第２の偏光方向を有する光線７１４及び７４２に分割される。
【００７０】
光線７１６及び７４０は、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第５のダイクロイックフィルター６６０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２の偏光状態を有する光線７２２及び７４８として、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線７２２及び７４８は、反射偏光子１９０’から反射し、両方とも第２の偏光状態を有する光線７２４及び７５０として、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００７１】
光線７１４及び７４２は、反射偏光子１９０’から反射され、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第４のダイクロイックフィルター６４０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１の偏光状態を有する光線７１８及び７４４として、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線７１８及び７４４は、反射偏光子１９０’を通って反射し、両方とも第１の偏光状態を有する光線７２０及び７４６として、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００７２】
図７Ｂは、図７Ａに示される光合成器７００を通る、第５及び第６の光線６９６及び６９８の光学経路を示す。第５及び第６の光線６９６及び６９８は、第２のＰＢＳ  １００’に入り、第６のダイクロイックフィルター７７０からの反射によって、ＰＢＳ  １００に入るのを防止される。光が反射偏光子１９０及び１９０’を通過する、又はそれらから反射する際、少量の光が損失される。第６のダイクロイックフィルター７７０は、それらがＰＢＳ  １００に入るのを防止することによって、第５及び第６の光線６９６及び６９８のこれらの損失を低減し、それによって光合成器７００の動作を改善することができる。
【００７３】
第４の光６９６は、第４のダイクロイックフィルター６４０、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入り、反射偏光子１９０’で遮断され、第１の偏光方向を有する光線７５２、及び第２の偏光方向を有する光線７５４に分割される。第１の偏光を有する光線７５２は、反射偏光子１９０’を通過し、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００７４】
光線７５４は、反射偏光子１９０’から反射し、第５のプリズム面１４０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第６のダイクロイックフィルター７７０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１の偏光状態を有する光線７５５として、第５のプリズム面１４０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線７５５は、反射偏光子１９０’を通過し、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第５のダイクロイックフィルター６６０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２の偏光状態を有する光線７５６として、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線７５６は、反射偏光子１９０’から反射し、第２の偏光状態を有する光線７５７として、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００７５】
第５の光６９８は、第５のダイクロイックフィルター６６０、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第７のプリズム面１６０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入り、反射偏光子１９０’で遮断され、第１の偏光方向を有する光線７５８、及び第２の偏光方向を有する光線７６２に分割される。第２の偏光方向を有する光線７６２は、反射偏光子１９０’から反射し、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００７６】
光線７５８は、反射偏光子１９０’を通過し、第５のプリズム面１４０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第６のダイクロイックフィルター７７０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第２の偏光状態を有する光線７５９として、第５のプリズム面１４０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線７５９は、光線７６０として反射偏光子１９０’から反射し、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光６９０に変化する。円偏光６９０は、円偏光の方向を変化させる第４のダイクロイックフィルター６４０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１の偏光状態を有する光線７６１として、第６のプリズム面１３０’を通って第２のＰＢＳ  １００’に入る。光線７６１は、反射偏光子１９０’を通過し、第１の偏光状態を有する光線７６１として、第８のプリズム面１５０’を通って第２のＰＢＳ  １００’を出る。
【００７７】
図８は、本発明の一態様に係る、光スプリッタ８００の平面略図である。一実施形態では、光スプリッタ８００は、図６Ａ及び図６Ｂに示される光合成器６００と同一のコンポーネントを使用することができる。一実施形態では、光スプリッタ８００は、図７Ａ及び図７Ｂに示される光合成器６００と同一のコンポーネントを使用することができる。光スプリッタ８００は、光合成器６００と逆に機能する、即ち、合成された多色光８１０は、第８のプリズム面１５０’に方向付けられ、第１、第２、第３、第４、及び第５の色を有する、第１、第２、第３、第４、及び第５の受光される光８２０、８３０、８４０、８５０、８６０に分割される。図８では、光スプリッタ８００は、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明される光合成器６００のコンポーネントを含む。
【００７８】
一実施形態では、光スプリッタ８００は、２色スプリッタである。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０のうちの２つは、それぞれ、第１及び第２の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１及び第２のダイクロイックフィルターである。残りの３つの反射器は、鏡である。一態様では、第１及び第２の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００７９】
一実施形態では、光スプリッタ８００は、３色スプリッタである。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０のうちの３つは、それぞれ、第１、第２、及び第３の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターである。残りの２つの反射器は、鏡である。一態様では、第１、第２、及び第３の色の光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００８０】
一実施形態では、光スプリッタ８００は、４色スプリッタである。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０のうちの４つは、それぞれ、第１、第２、第３、及び第４の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、第３、及び第４のダイクロイックフィルターである。残りの反射器は、鏡である。一態様では、第１、第２、第３、及び第４の色の光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００８１】
一実施形態では、光スプリッタ８００は、５色スプリッタである。本実施形態では、反射器６１０、６２０、６３０、６４０、６６０は、それぞれ、第１、第２、第３、第４、及び第５の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、第３、第４、及び第５のダイクロイックフィルターである。一態様では、第１、第２、第３、及び第４の色の光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。本実施形態の光スプリッタ８００を使用する方法は、合成された光８１０を、第２のＰＢＳ  １００’の第８のプリズム面１５０’に方向付ける工程と、第１のダイクロイックフィルター６１０から、第１の色を有する第１の光８６０を受光する工程と、第２のダイクロイックフィルター６２０から、第２の色を有する第２の光８５０を受光する工程と、第３のダイクロイックフィルター６３０から、第３の色を有する第３の光８４０を受光する工程と、第４のダイクロイックフィルター６４０から、第４の色を有する第４の光８３０を受光する工程と、第５のダイクロイックフィルター６６０から、第５の色を有する第５の光８２０を受光する工程と、を含む。合成された光、第１、第２、第３、第４、及び第５の受光された光８６０、８５０、８４０、８３０、８２０のそれぞれの光学経路は、図６Ｂを参照して提供される説明に従うが、しかしながら、光線のすべての方向が反転される。
【００８２】
一実施形態では、合成された光８１０は、非偏光の光であってもよく、第１、第２、第３、第４、及び第５の受光された光８６０、８５０、８４０、８３０、８２０のそれぞれは、非偏光の光である。一実施形態では、合成された光８１０は、非偏光の白色光であってもよく、第１、第２、第３、第４、及び第５の受光された光８６０、８５０、８４０、８３０、８２０のそれぞれは、赤色、緑色、青色、黄色、及びシアンの非偏光の光である。一態様によると、合成された光８１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）源からの光を含む。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光源を使用することができる。ＬＥＤ光源は、動作の経済性、長寿命、ロバスト性、効率的な光生成、及び改善されたスペクトル出力を含む、他の光源にわたる利点を有することができる。
【００８３】
図９Ａ〜図９Ｃは、本説明の別の態様に係る、光合成器の平面図である。図９Ａ〜図９Ｃでは、第１から第３の光線９５０、９６０、９７０の経路は、広げられた光合成器９００を通るように記載される。広げられた光合成器９００は、図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明される光合成器３００の一実施形態であってもよい。本実施形態では、第１から第３の光源９４０、９４２、９４４は、同一の平面９３０上に配置される。一実施形態では、平面９３０は、３つの光源が共有する熱交換器であってもよい。広げられた光合成器９００は、他の場所に記載されるように、それぞれ、ＰＢＳ  １００の第１のプリズム面１３０及び第３のプリズム面１５０に面して配置され、第３のプリズム９１０と、第４のプリズム９２０とを含む。第３のプリズム９１０及び第４のプリズム９２０は、それぞれ、「回転プリズム」である。平面９３０上の第１及び第３の光源９４０、９４４から発する第１及び第３の光９５０、９７０は、第３及び第４のプリズム９１０、９２０によって、それぞれ、第１及び第２のプリズム面１２０、１３０に対して垂直な方向でＰＢＳ  １００に入るように曲げられる。
【００８４】
広げられた光合成器９００は、第１、第２、及び第３のプリズム面１３０、１４０、１５０に面して配置され、四分の一波長位相差板２２０を含む。四分の一波長位相差板２２０は、第１の偏光方向１９５に対して４５°の角度に調整される。光学的に透過性の物質３４０は、それぞれの四分の一波長位相差板２２０とそれらのそれぞれのプリズム面との間に配置される。光学的に透過性の物質３４０は、プリズム１１０、１２０の屈折率より低い屈折率を有する、いずれの物質であってもよい。一実施形態では、光学的に透過性の物質３４０は、空気である。別の実施形態では、光学的に透過性の物質３４０は、四分の一波長位相差板２２０を、それらのそれぞれのプリズム面に固着する、光学接着剤である。
【００８５】
広げられた光合成器９００は、第３及び第４のプリズム９１０、９２０を含む。第３のプリズム９１０は、第５及び第６のプリズム面９１２、９１４と、それらの間に対角プリズム面９１６とを含む。第５及び第６のプリズム面９１２、９１４は、「回転プリズム面」である。第５のプリズム面９１２は、第３の光源９４４から光を受光し、光を第１のプリズム面１３０に方向付けるように位置決めされる。第４のプリズム９２０は、第７及び第８のプリズム面９２２、９２４と、それらの間に対角プリズム面９２６とを含む。また、第７及び第８のプリズム面９２２、９２４も、「回転プリズム面」である。第７のプリズム面９２２は、第１の光源９４０から光を受光し、光を第３のプリズム面１５０に方向付けるように位置決めされる。
【００８６】
第５、第６、第７、及び第８のプリズム面９１２、９１４、９２２、９２４、並びに対角プリズム面９１６、９２６は、他の場所に記載されるように、ＴＩＲを維持するために、研磨することができる。また、第３及び第４のプリズム９１０、９２０の対角プリズム面９１６、９２６は、反射を向上させるために、金属コーティング、誘電体コーティング、有機若しくは無機干渉スタック、又は組み合わせも含むことができる。
【００８７】
広げられた光合成器９００は、第１、第２、及び第３の光源９４０、９４２、９４４から光を受光するように配置され、第１、第２、及び第３の反射器３１０、３２０、３３０を更に含む。図９Ａ〜図９Ｃに示される一実施形態では、第１の反射器３１０及び関連位相差板２２０は、それぞれ、第７及び第８のプリズム面９２２、９２４に面して配置され、また、ＰＢＳ  １００の第３のプリズム面１５０にも面している。一実施形態では、第３の反射器３３０及び関連位相差板２２０は、それぞれ、第５及び第６のプリズム面９１２、９１４に面して配置され、また、ＰＢＳ  １００の第１のプリズム面１３０にも面している。別の実施形態（図示せず）では、第１の反射器３１０及び関連位相差板２２０は、第２の反射器３２０及び関連位相差板２２０の位置決めと同様に、互いに面するように位置決めされる（例えば、互いに隣接する）。この場合、第１の反射器３１０及び位相差板２２０は、プリズム面９２２に隣接して定置されるか、又はプリズム面１５０に隣接して定置されるかのいずれかであってもよい。原則として、広げられた光合成器９００は、光線の経路に対するそれぞれの配向が変化されていない、即ち、それぞれが、光線の経路に対して実質的に垂直であるという条件で、反射器と関連位相差板との間の分離に関わらず、機能することができる。しかしながら、対角プリズム面９２６及び９１６からの反射の性質によって、これらの面からの反射によってもたらされる、より多い、又はより少ない偏光混合が存在し得る。この偏光混合は、結果として、光効率の損失をもたらし得、反射器３１０及び３３０を、プリズム面１２０及び１３０に隣接して定置することによって、最小化することができる。
【００８８】
反射器３１０、３２０、３３０のそれぞれは、図９Ａ〜図９Ｃに示されるように、関連四分の一波長位相差板２２０から分離していてもよい。更に、反射器３１０、３２０、３３０のそれぞれは、隣接する四分の一波長位相差板２２０と直接接触させることができる。あるいは、反射器３１０、３２０、３３０のそれぞれは、光学接着剤を用いて、隣接する四分の一波長位相差板２２０に接着することができる。光学接着剤は、硬化性接着剤であってもよい。また、光学接着剤は、感圧性接着剤であってもよい。
【００８９】
広げられた光合成器９００は、２色合成器であってもよい。本実施形態では、反射器３１０、３２０、３３０のうちの２つは、それぞれ、第１及び第２の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１及び第２のダイクロイックフィルターである。第３の反射器は、鏡である。鏡とは、実質的にすべての色の光を反射するように選択される、鏡面反射鏡を意味する。第１及び第２の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有することができるが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。
【００９０】
図９Ａ〜図９Ｃに示される一実施形態では、広げられた光合成器９００は、３色合成器である。本実施形態では、反射器３１０、３２０、３３０は、それぞれ、第１、第２、及び第３の色光を透過し、かつ他の色の光を反射するように選択される、第１、第２、及び第３のダイクロイックフィルターである。一態様では、第１、第２、及び第３の色光は、スペクトル範囲内で最小の重なりを有するが、しかしながら、所望により、相当量の重なりが存在してもよい。本実施形態の広げられた光合成器９００を使用する方法は、第１の色を有する第１の光９５０を、第１のダイクロイックフィルター３１０に方向付ける工程と、第２の色を有する第２の光９６０を、第２のダイクロイックフィルター３２０に方向付ける工程と、第３の色を有する第３の光９７０を、第３のダイクロイックフィルター３３０に方向付ける工程と、ＰＢＳ  １００の第４の面１６０から、合成された光を受光する工程と、を含む。第１、第２、及び第３の光９５０、９６０、９７０のそれぞれの経路を、図９Ａ〜図９Ｃを参照して、更に説明する。
【００９１】
一実施形態では、第１、第２、及び第３の光９５０、９６０、９７０のそれぞれは、非偏光の光であってもよく、合成された光は、非偏光である。更なる実施形態では、第１、第２、及び第３の光９５０、９６０、９７０のそれぞれは、赤色、緑色、及び青色の非偏光の光であってもよく、合成された光は、非偏光の白色光であってもよい。第１、第２、及び第３の光９５０、９６０、９７０のそれぞれは、図３Ａ〜図３Ｄを参照して他の場所に記載される光を含むことができる。
【００９２】
一態様では、広げられた光合成器９００は、第１、第２、及び第３の光源９４０、９４２、９４４のそれぞれと、第５、第２、及び第７のプリズム面９１２、１４０、９２２のそれぞれとの間に配置され、任意の光トンネル９３５を含むことができる。第３の光源９４４に対する定置を示すために、単一の任意の光トンネル９３５が図９Ａ〜図９Ｃに示されるが、しかしながら、任意の光トンネル９３５は、第１、第２、及び第３の光源９４０、９４２、９４４と、それぞれのプリズム面９２２、１４０、９１２とのいずれかの組み合わせに隣接して定置することができることを理解されたい。光トンネル９３５は、光源から発する部分的に平行な光に対して有用である可能性があり、光がＰＢＳ  １００に入る角度を減少させることができる。光トンネル９３５は、広げられた色合成器９００の任意のコンポーネントであり、また、本明細書に記載される色合成器及びスプリッタのいずれかの任意のコンポーネントであってもよい。光トンネルは、直線側面若しくは湾曲側面を有することができ、又は、それらは、レンズシステムで置換することができる。それぞれの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、具体的な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。
【００９３】
次に、図９Ａを参照して、第１の光９５０が非偏光である実施形態での、広げられた光合成器９００を通る第１の光９５０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線９５１、及び第１の偏光方向を有する光線９５６を含む非偏光の光は、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００９４】
第１の光９５０は、第１のダイクロイックフィルター３１０を通って方向付けられ、第７のプリズム面９２２を通って第４のプリズム９２０に入り、対角面９２６から反射し、第８のプリズム面９２４を通って第４のプリズム９２０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第１の光９５０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線９５２、及び第２の偏光方向を有する光線９５１に分割される。第２の偏光方向を有する光線９５１は、反射偏光子１９０から反射され、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００９５】
第１の偏光方向を有する光線９５２は、反射偏光子１９０を通過し、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光９５３に変化する。円偏光９５３は、第６のプリズム面９１４を通って第３のプリズム９１０に入り、円偏光の方向を変化させる対角面９１６から反射し、第５のプリズム面９１２を通って第３のプリズム９１０を出て、この場合も同様に、円偏光の方向を変化させる第３のダイクロイックフィルター３３０から反射し、円偏光９５４になる。円偏光９５４は、第５のプリズム面９１２を通って第３のプリズム９１０に入り、円偏光の方向を変化させる対角面９１６から反射し、第６のプリズム面９１４を通って第３のプリズム９１０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、第２の偏光状態を有する光線９５５になる。第２の偏光状態を有する光線９５５は、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射偏光子１９０から反射し、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化し、円偏光の方向を変化させる第２のダイクロイックフィルター３２０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、第１の偏光方向を有する第１の光９５６になる。第１の偏光方向を有する第１の光９５６は、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射偏光子１９０を通過し、第１の偏光方向を有する第１の光９５６として、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００９６】
次に、図９Ｂを参照して、第２の光９６０が非偏光である実施形態での、広げられた光合成器９００を通る第２の光９６０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線９６８、及び第１の偏光方向を有する光線９６１を含む非偏光の光は、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００９７】
第２の光９６０は、第２のダイクロイックフィルター３２０、四分の一波長位相差板２２０を通って方向付けられ、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第２の光９６０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線９６１、及び第２の偏光方向を有する光線９６２に分割される。第１の偏光方向を有する光線９６１は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００９８】
第２の偏光方向を有する光線９６２は、反射偏光子１９０から反射され、ＰＢＳ  １００の第１のプリズム面１３０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光９６３に変化する。円偏光９６３は、第６のプリズム面９１４を通って第３のプリズム９１０に入り、円偏光の方向を変化させる対角面９１６から反射し、第５のプリズム面９１２を通って第３のプリズム９１０を出て、この場合も同様に円偏光の方向を変化させる第３のダイクロイックフィルター３３０から反射し、円偏光９６４として、第５のプリズム面９１２を通って第３のプリズム９１０に入る。円偏光９６４は、円偏光の方向を変化させる対角面９１６から反射し、第６のプリズム面９１４を通って第３のプリズム９１０を出て、位相差板２２０を通過する際、第１の偏光方向を有する第２の光９６５に変化する。第１の偏光方向を有する第２の光９６５は、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入り、未変化で反射偏光子１９０を通過し、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光９６６に変化し、第８のプリズム面９２４を通って第４のプリズム９２０に入る。円偏光９６６は、円偏光の方向を変化させる対角面９９２から反射し、第７のプリズム面９２２を通って第４のプリズム９２０を出て、円偏光の方向を変化させる第１のダイクロイックフィルター３１０から反射し、円偏光９６７として、第７のプリズム面９２２を通って第４のプリズム９２０に入る。円偏光９６７は、円偏光の方向を変化させる対角面９２６から反射し、第８のプリズム面９２４を通って第４のプリズム９２０を出て、位相差板２２０を通過する際、第２の偏光方向を有する第２の光９６８に変化し、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射偏光子１９０から反射し、第２の偏光方向を有する第２の光９６８として、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【００９９】
次に、図９Ｃを参照して、第３の光９７０が非偏光である実施形態での、広げられた光合成器９００を通る第３の光９７０の光学経路を説明する。本実施形態では、第２の偏光方向を有する光線９７６、及び第１の偏光方向を有する光線９７２を含む非偏光の光は、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【０１００】
第３の光９７０は、第３のダイクロイックフィルター３３０を通って方向付けられ、第５のプリズム面９１２を通って第３のプリズム９１０に入り、対角面９１６から反射し、第６のプリズム面９１４を通って第３のプリズム９１０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過し、第１のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第３の光９７０は、反射偏光子１９０で遮断され、第１の偏光方向を有する光線９７３、及び第２の偏光方向を有する光線９７１に分割される。第１の偏光方向を有する光線９７３は、反射偏光子１９０を通過し、第３のプリズム面１５０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光９７４に変化し、第８のプリズム面９２４を通って第４のプリズム９２０に入る。円偏光９７４は、円偏光の方向を変化させる対角面９２６から反射し、第７のプリズム面９２２を通って第４のプリズム９２０を出て、円偏光の方向を変化させる第１のダイクロイックフィルター３１０から反射し、第７のプリズム面９２２を通って第４のプリズム９２０に入り、この場合も同様に円偏光の方向を変化させる対角面９２６から反射する際、円偏光９７５になる。円偏光９７５は、第８のプリズム面９２３を通って第４のプリズム９２０を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、第２の偏光方向を有する第３の光線９７６に変化し、第３のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射偏光子１９０から反射し、第２の偏光方向を有する第３の光９７６として、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【０１０１】
第２の偏光方向を有する光線９７１は、反射偏光子１９０から反射し、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、四分の一波長位相差板２２０を通過する際、円偏光３９０に変化する。円偏光３９０は、円偏光の方向を変化させる第２のダイクロイックフィルター３２０から反射し、四分の一波長位相差板２２０を再通過し、第１の偏光方向を有する光線９７２として、第２のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入る。第１の偏光方向を有する光線９７２は、反射偏光子１９０を通過し、第４のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出る。
【０１０２】
一態様では、本明細書に記載される、２、３、４、及び５色光合成器並びにスプリッタのいずれも、図３Ａ〜図３Ｄ、及び図９Ａ〜図９Ｃを参照して説明されるものと同様に、広げることができる。共有面からの光を、ＰＢＳ（合成器）の入力面のうちの１つに方向付けるため、又は、ＰＢＳからの光を、共有面（スプリッタ）に方向付けるために、プリズムを追加することができる。広げられた光合成器は、例えば、光源によって生成される熱を除去するために、共有熱交換器を使用することができるように、共有面に沿って入力光源を位置付けることによって利益を得ることができる。同様に、広げられた光スプリッタは、同一の平面から放出される、分割された色光を有することによって利益を得ることができる。
【０１０３】
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サイズ、量、及び物理特性を示すすべての数字は、「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。
【０１０４】
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、本開示の範囲から逸脱することなく、多様な代替及び／又は同等の実施態様が特定の実施形態と置き換えられ得ることは、当業者には明白であろう。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べきであることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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