(57)【要約】  光学素子、この光学素子を使用する色合成器、及び、この色合成器を使用する画像プロジェクタが記載される。光学素子は、色選択性ダイクロイックフィルタ及び反射型偏光子を含む。色選択性ダイクロイックフィルタの各々を垂直に通過する線は、およそ４５度で反射型偏光子を横切る。光学素子はまた、色選択性ダイクロイックフィルタに近接して配置された位相差板を含むことができる。色合成器は、光学素子と組み合わされた部分反射型光源を含む。異なる色を有する未偏光の光はダイクロイックフィルタを通って色合成器に入ることができ、所望の偏光状態の合成光は色合成器を出ることができる。所望されない偏光状態を有する光は、色合成器内で再利用されて所望の偏光状態になることができ、その結果、光利用効率は増大する。画像プロジェクタは、撮像源及び投影素子と組み合わされた色合成器を含み、その結果、合成光の第一部分は投影素子に方向付けられ、合成光の第二部分は色合成器に戻って再利用される。【選択図】図３Ｂ
2011524019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の色選択性ダイクロイックフィルタと、
第二の色選択性ダイクロイックフィルタと、
反射型偏光子と、を含む光学素子であって、
前記第一の色選択性ダイクロイックフィルタ及び前記第二の色選択性ダイクロイックフィルタを垂直に通過する第一及び第二の線がそれぞれおよそ４５度で前記反射型偏光子を横切る、光学素子。
【請求項２】
反射体を更に含み、前記反射体からの法線がおよそ４５度で前記反射型偏光子を横切る、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
第三の色選択性ダイクロイックフィルタを更に含み、前記第三の色選択性ダイクロイックフィルタを垂直に通過する第三の線がおよそ４５度で前記反射型偏光子を横切る、請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記反射型偏光子がコレステリック反射型偏光子である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記反射型偏光子がマクニール反射型偏光子である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記反射型偏光子が、第一の偏光方向に位置合わせされたデカルト反射型偏光子であり、第一及び第二の位相差板を更に含み、前記第一及び第二の位相差板が、前記第一及び第二の線が前記反射型偏光子を横切るのに先立ってそれぞれ当該第一及び第二の位相差板を垂直に通過するように配置される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記反射型偏光子が、第一の偏光方向に位置合わせされたデカルト反射型偏光子であり、第一、第二及び第三の位相差板を更に含み、前記第一、前記第二及び前記第三の位相差板が、前記第一、第二及び第三の線が前記反射型偏光子を横切るのに先立ってそれぞれ当該第一、第二及び第三の位相差板を垂直に通過するように配置される、請求項３に記載の光学素子。
【請求項８】
前記デカルト反射型偏光子がワイヤーグリッド偏光子である、請求項６又は７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記デカルト反射型偏光子がポリマー多層光学フィルムである、請求項６又は７に記載の光学素子。
【請求項１０】
各位相差板が１／４波長位相差板である、請求項６又は７に記載の光学素子。
【請求項１１】
各位相差板が前記第一の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされる、請求項６又は７に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記反射型偏光子が、第一のプリズムと第二のプリズムとの間に配置され、前記第一及び第二の色選択性ダイクロイックフィルタの各々がプリズム面に近接して配置される、請求項１に記載の光学素子。
【請求項１３】
請求項２に記載の光学素子と、
前記第一及び第二の色選択性ダイクロイックフィルタの各々に対してそれぞれ光を発するように構成された第一及び第二の光源と、
合成色光出力を透過するように配置された出力領域と、を含む、色合成器。
【請求項１４】
前記第一及び第二の光源がそれぞれ第一及び第二の色ＬＥＤを含む、請求項１３に記載の色合成器。
【請求項１５】
前記第一及び第二の色ＬＥＤの各々が反射性表面を含む、請求項１４に記載の色合成器。
【請求項１６】
前記合成色光出力が偏光される、請求項１３に記載の色合成器。
【請求項１７】
請求項３に記載の光学素子と、
前記第一、第二及び第三の色選択性ダイクロイックフィルタの各々に対してそれぞれ光を発するように構成された第一、第二及び第三の光源と、
合成色光出力を透過するように配置された出力領域と、を含む、色合成器。
【請求項１８】
前記第一、第二及び第三の光源がそれぞれ第一、第二及び第三の色ＬＥＤを含む、請求項１７に記載の色合成器。
【請求項１９】
前記第一、第二及び第三の色ＬＥＤの各々が反射性表面を含む、請求項１８に記載の色合成器。
【請求項２０】
前記合成色光出力が偏光される、請求項１７に記載の色合成器。
【請求項２１】
請求項１３又は１７に記載の色合成器と、
投影素子に前記合成色光出力の第一部分を方向付けるように配置されたイメージャと、を含む、画像プロジェクタ。
【請求項２２】
前記合成色光出力の第二部分が前記出力領域を通って前記色合成器に再利用される、請求項２１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２３】
前記イメージャがＬＣＯＳイメージャを含む、請求項２１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２４】
前記イメージャがマイクロミラーアレイを含む、請求項２１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２５】
前記イメージャが透過型ＬＣＤイメージャを含む、請求項２１に記載の画像プロジェクタ。
【請求項２６】
第一及び第二のプリズムと、
第一、第二、第三、及び第四のプリズム面と、
前記第一のプリズム面が前記第三のプリズム面と対向するように前記第一のプリズムと前記第二のプリズムとの間に配置された反射型偏光子と、を含む偏光ビームスプリッタ、
第一のプリズム面に面して配置された色選択性偏光回転フィルタであって、前記フィルタは、少なくとも別の選択された色の光の偏光方向を変化させることなく少なくとも１つの選択された色の光の偏光方向を変化させることができる、色選択性偏光回転フィルタ、
前記第二、第三及び第四のプリズム面にそれぞれ面して配置された第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタ、並びに、
前記第二、第三及び第四のプリズム面の各々に面して配置された第一、第二及び第三の位相差板、
を含む色合成器であって、前記第一の位相差板は前記第一のダイクロイックフィルタと前記第二のプリズム面との間にあり、前記第二及び第三のダイクロイックフィルタの各々は前記第二及び第三の位相差板と前記対応するプリズム面との間にある、色合成器。
【請求項２７】
前記反射型偏光子が、前記第一の偏光方向に対して位置合わせされる、請求項２６に記載の色合成器。
【請求項２８】
前記第一、第二及び第三の位相差板が、第一の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされた１／４波長位相差板である、請求項２６に記載の色合成器。
【請求項２９】
前記反射型偏光子がデカルト反射型偏光子である、請求項２７に記載の色合成器。
【請求項３０】
前記デカルト反射型偏光子がポリマー多層光学フィルムである、請求項２９に記載の色合成器。
【請求項３１】
前記色選択性偏光回転フィルタが色選択性積層リターデーション偏光フィルタを含む、請求項２６に記載の色合成器。
【請求項３２】
前記偏光ビームスプリッタが端面を更に含み、前記プリズム面及び端面が研磨される、請求項２６に記載の色合成器。
【請求項３３】
前記研磨された面の各々と接触している光学的に透過性の物質を更に含み、前記第一及び第二のプリズム内で全内部反射を生じることができるように、前記第一及び第二のプリズムの各々の屈折率が、前記光学的に透過性の物質の屈折率を上回る、請求項３２に記載の色合成器。
【請求項３４】
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３３に記載の色合成器。
【請求項３５】
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３３に記載の色合成器。
【請求項３６】
少なくとも部分的に反射性であり、前記第二、第三又は第四のプリズム面に対して発光できる発光表面を有する第一の未偏光光源を更に含み、
前記反射性発光表面、対応する位相差板及びダイクロイックフィルタが協働して前記第一の未偏光光源からの光を再利用する、請求項２６に記載の色合成器。
【請求項３７】
前記未偏光光源が、第一の色の光を含むＬＥＤである、請求項３６に記載の色合成器。
【請求項３８】
前記第一の未偏光光源と前記対応する位相差板との間に配置された光パイプを更に含む、請求項３６に記載の色合成器。
【請求項３９】
請求項２６に記載の色合成器を提供することと、
未偏光の第一、第二及び第三の色の光をそれぞれ前記第一、第二及び第三のプリズム面に方向付けることと、
前記色選択性偏光回転フィルタから合成偏光を受光することと、を含む、光合成方法。
【請求項４０】
前記方向付けられた光及び前記受光された光が、発散光線から収束光線まで様々な光線を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第一、第二、第三の色がそれぞれ青色、緑色及び赤色であり、前記合成光が白色光である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記第一及び第二のダイクロイックフィルタが赤色光を反射するように選択され、前記第三のダイクロイックフィルタが緑色光を反射するように選択される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記フィルタが、青色光及び赤色光を偏光を変化させることなく透過し、緑色光を偏光を変化させて透過するように選択される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
第一のダイクロイックフィルタと、
前記第一のダイクロイックフィルタにほぼ直交して配置された第二のダイクロイックフィルタと、
前記第一のダイクロイックフィルタに面し、前記第二のダイクロイックフィルタにほぼ直交して配置された第三のダイクロイックフィルタと、
前記第二のダイクロイックフィルタに面し、前記第一のダイクロイックフィルタ及び前記第三のダイクロイックフィルタの両方にほぼ直交して配置された色選択性偏光回転フィルタと、
反射型偏光子であって、前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタの各々からの法線がおよそ４５度で当該反射型偏光子を横切るように、前記第一のダイクロイックフィルタと前記第三のダイクロイックフィルタとの間に配置された反射型偏光子と、
前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタの各々にそれぞれ近接して配置された第一、第二及び第三の位相差板と、を含む、色合成器。
【請求項４５】
前記反射型偏光子が、前記第一の偏光方向に対して位置合わせされる、請求項４４に記載の色合成器。
【請求項４６】
前記第一、第二及び第三の位相差板が、第一の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされた１／４波長位相差板である、請求項４４に記載の色合成器。
【請求項４７】
前記反射型偏光子がデカルト反射型偏光子である、請求項４５に記載の色合成器。
【請求項４８】
前記デカルト反射型偏光子がポリマー多層光学フィルムである、請求項４７に記載の色合成器。
【請求項４９】
前記色選択性偏光回転フィルタが色選択性積層リターデーション偏光フィルタを含む、請求項４４に記載の色合成器。
【請求項５０】
前記第一の位相差板が前記第一のダイクロイックフィルタと前記反射型偏光子との間に配置され、前記第二のダイクロイックフィルタが前記第二の位相差板と前記反射型偏光子との間に配置され、前記第三のダイクロイックフィルタが前記第三の位相差板と前記反射型偏光子との間に配置される、請求項４４に記載の色合成器。
【請求項５１】
少なくとも部分的に反射性であり、前記第一、第二、又は第三のダイクロイックフィルタに対して発光できる発光表面を有する第一の未偏光光源を更に含み、
前記反射性発光表面、対応する位相差板及びダイクロイックフィルタが協働して前記第一の未偏光光源からの光を再利用する、請求項４４に記載の色合成器。
【請求項５２】
前記未偏光光源が、第一の色の光を含むＬＥＤである、請求項５１に記載の色合成器。
【請求項５３】
前記第一の未偏光光源と前記対応する位相差板との間に配置された光パイプを更に含む、請求項５１に記載の色合成器。
【請求項５４】
請求項４４に記載の色合成器を提供することと、
未偏光の第一、第二及び第三の色の光をそれぞれ前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタに方向付けることと、
前記色選択性偏光回転フィルタから合成偏光を受光することと、を含む、光合成方法。
【請求項５５】
前記方向付けられた光及び前記受光された光が、発散光線から収束光線まで様々な光線を含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記第一、第二、第三の色がそれぞれ青色、緑色及び赤色であり、前記合成光が白色光である、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記第一及び第二のダイクロイックフィルタが赤色光を反射するように選択され、前記第三のダイクロイックフィルタが緑色光を反射するように選択される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記色選択性偏光回転フィルタが、青色光及び赤色光を偏光を変化させることなく透過し、緑色光を偏光を変化させて透過するように選択される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
第一のダイクロイックフィルタと、
前記第一のダイクロイックフィルタに平行にかつ面して配置された第二のダイクロイックフィルタと、
前記第一のダイクロイックフィルタ及び前記第二のダイクロイックフィルタの両方に直交して配置された第三のダイクロイックフィルタと、
前記第三のダイクロイックフィルタに面し、前記第一のダイクロイックフィルタ及び前記第二のダイクロイックフィルタの両方に直交して配置された色選択性偏光回転フィルタと、
反射型偏光子であって、前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタの各々からの法線がおよそ４５度で当該反射型偏光子を横切るように、前記第一のダイクロイックフィルタと前記第二のダイクロイックフィルタとの間に配置された反射型偏光子と、を含む、色合成器。
【請求項６０】
前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタが少なくとも１つのプリズム面にほぼ平行であるように、前記反射型偏光子が第一のプリズムと第二のプリズムとの間に配置される、請求項５９に記載の色合成器。
【請求項６１】
前記第一のダイクロイックフィルタと前記反射型偏光子との間に配置された第一の位相差板と、
第二の位相差板であって、前記第二のダイクロイックフィルタが当該第二の位相差板と前記反射型偏光子との間にあるように配置された第二の位相差板と、
第三の位相差板であって、前記第三のダイクロイックフィルタが当該第三の位相差板と前記反射型偏光子との間にあるように配置された第三の位相差板と、を更に含み、
前記反射型偏光子が、第一の偏光方向に対して位置合わせされたデカルト反射型偏光子を含む、請求項５９に記載の色合成器。
【請求項６２】
前記第一、第二及び第三の位相差板の少なくとも１つが、前記第一の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされた１／４波長位相差板を含む、請求項６１に記載の色合成器。
【請求項６３】
前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタがそれぞれ青色、緑色及び赤色光を透過するように選択される、請求項５９に記載の色合成器。
【請求項６４】
第一の面及び第二の面を有する反射型偏光子と、
前記反射型偏光子の前記第一の面に面する第一のダイクロイックフィルタと、
前記反射型偏光子の前記第二の面に面する第二のダイクロイックフィルタと、
前記第一のダイクロイックフィルタにほぼ直交して配置された反射体であって、前記反射体は前記反射型偏光子の前記第一の面に面する、反射体と、
前記第二のダイクロイックフィルタにほぼ直交して配置された色選択性偏光回転フィルタであって、前記フィルタは前記反射型偏光子の前記第二の面に面する、色選択性偏光回転フィルタと、
を含む色合成器であって、前記反射体、前記色選択性偏光回転フィルタ、前記第一のダイクロイックフィルタ及び前記第二のダイクロイックフィルタの各々からの法線はおよそ４５度で前記反射型偏光子を横切る、色合成器。
【請求項６５】
前記反射体が第三のダイクロイックフィルタを含む、請求項６４に記載の色合成器。
【請求項６６】
前記ダイクロイックフィルタの各々が少なくとも１つのプリズム面にほぼ平行であるように、前記反射型偏光子が第一のプリズムと第二のプリズムとの間に配置される、請求項６４に記載の色合成器。
【請求項６７】
前記反射型偏光子と前記第一及び第二のダイクロイックフィルタとの間にそれぞれ配置された第一及び第二の位相差板を更に含み、
前記反射型偏光子が、第一の偏光方向に対して位置合わせされたデカルト反射型偏光子を含む、請求項６４に記載の色合成器。
【請求項６８】
前記第一及び第二の位相差板が、前記第一の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされた１／４波長位相差板を含む、請求項６７に記載の色合成器。
【請求項６９】
前記反射型偏光子と前記第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタとの間にそれぞれ配置された第一、第二及び第三の位相差板を更に含み、
前記反射型偏光子が、第一の偏光方向に対して位置合わせされたデカルト反射型偏光子を含む、請求項６５に記載の色合成器。
【請求項７０】
前記第一、第二及び第三の位相差板の少なくとも１つが、前記第一の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされた１／４波長位相差板を含む、請求項６９に記載の色合成器。
【請求項７１】
対角面及び旋光プリズム面を有する、少なくとも１つの旋光プリズムを更に含み、前記旋光プリズム面が、前記第一、第二又は第三の位相差板のうちの１つに面して配置される、請求項２６に記載の光合成器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
スクリーン上に画像を投影するために使用される投影システムは、種々の色を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの多色光源を使用して、照射光を生成することができる。光を合成し、ＬＥＤから画像表示装置に移動させるために、いくつかの光学素子がＬＥＤと画像表示装置との間に配置される。画像表示装置は、様々な方法を使用して光に画像を与えることができる。例えば、画像表示装置は、透過型又は反射型液晶ディスプレイと同様に偏光を使用してもよい。
【０００２】
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。光合成器内の波長感受性構成要素の劣化を最小化するやり方で、異なる波長スペクトルの光を方向付ける光合成システムもまた必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概して、本記述は、光学素子、この光学素子を使用する色合成器、及び、この色合成器を使用する画像プロジェクタに関する。一態様では、光学素子は、第一の色選択性ダイクロイックフィルタ、第二の色選択性ダイクロイックフィルタ及び反射型偏光子を含む。ダイクロイックフィルタ及び反射型偏光子は、第一及び第二の色選択性ダイクロイックフィルタの各々を垂直に通過する第一及び第二の線がそれぞれおよそ４５度で反射型偏光子を横切るように、調整される。一実施形態では、光学素子は、反射体に垂直な線がまたおよそ４５度で反射型偏光子を横切るように調整された反射体を更に含む。別の実施形態では、反射型偏光子は、コレステリック反射型偏光子及びマクニール反射型偏光子から選択される。更に別の実施形態では、反射型偏光子が、第一のプリズムと第二のプリズムとの間に配置され、第一及び第二の色選択性ダイクロイックフィルタの各々がプリズム面に近接して配置される。
【０００４】
更に別の実施形態では、反射型偏光子は、第一の偏光方向に位置合わせされるデカルト反射型偏光子であり、第一及び第二の位相差板を更に含み、第一及び第二の位相差板が、第一及び第二の線が反射型偏光子を横切るのに先立ってそれぞれ第一及び第二の位相差板を垂直に通過するように配置される。一実施形態では、第一及び第二の位相差板は、第一の偏光方向に対して４５度に位置合わせされている。
【０００５】
一態様では、光学素子は、第一の色選択性ダイクロイックフィルタ、第二の色選択性ダイクロイックフィルタ及び反射型偏光子を含む。ダイクロイックフィルタ及び反射型偏光子は、第一及び第二の色選択性ダイクロイックフィルタの各々を垂直に通過する第一及び第二の線がそれぞれおよそ４５度で反射型偏光子を横切るように、調整される。一実施形態では、光学素子は、第三のダイクロイックフィルタに垂直な線がおよそ４５度で反射型偏光子を横切るように調整された第三ダイクロイックフィルタを更に含む。別の実施形態では、反射型偏光子は、コレステリック反射型偏光子である。更に別の実施形態では、反射型偏光子はマクニール反射型偏光子である。更に別の実施形態では、反射型偏光子が、第一のプリズムと第二のプリズムとの間に配置され、第一及び第二の色選択性ダイクロイックフィルタの各々がプリズム面に近接して配置される。
【０００６】
更に別の実施形態では、反射型偏光子は、第一の偏光方向に位置合わせされるデカルト反射型偏光子であり、第一、第二及び第三の位相差板を更に含み、第一、第二及び第三の位相差板が、第一、第二及び第三の線が反射型偏光子を横切るのに先立ってそれぞれ第一、第二及び第三の位相差板を垂直に通過するように配置される。一実施形態では、第一、第二及び第三の位相差板の各々は、第一の偏光方向に対して４５度に位置合わせされている。
【０００７】
一態様では、色合成器は、光学素子と、ダイクロイックフィルタの各々に向かって発光するように配置された光源と、合成色光出力を透過するために配置された出力領域と、を含む。一実施形態では、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。別の実施形態では、ＬＥＤの各々は反射面を含む。更に別の実施形態では、合成色光出力は偏光される。
【０００８】
一態様では、画像プロジェクタは、色合成器と、投影素子に合成色光出力の第一部分を方向付けるように配置されたイメージャと、を含む。一実施形態では、合成色光出力の第二部分は、出力領域を通って色合成器に戻り再利用される。別の実施形態では、イメージャは、ＬＣＯＳイメージャ、マイクロミラーアレイ及び透過型ＬＣＤイメージャから選択される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書を通して、添付の図面を参照し、ここで、同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図１】偏光ビームスプリッタの斜視図。
【図２】１／４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】研磨面を有する偏光ビームスプリッタを示す概略図。
【図３ｂ】光学素子及び視準光導体の平面概略図。
【図４ａ】色合成器の平面概略図。
【図４ｂ】色合成器の平面概略図。
【図４ｃ】色合成器の平面概略図。
【図５】プロジェクタの概略図。
【図６ａ】色合成器の平面概略図。
【図６ｂ】色合成器の平面概略図。
【図７ａ】色合成器の平面概略図。
【図７ｂ】色合成器の平面概略図。
【図７ｃ】色合成器の平面概略図。  図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。しかし、所与の図中の構成要素を意味する数字の使用は、同一数字でラベルした別の図中の構成要素を制約するものではないことは理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される光学素子は、異なる波長スペクトル光を受光し、異なる波長スペクトル光を含む合成光出力を生成する色合成器として、構成することができる。一態様では、受光された光入力は未偏光であり、合成光出力は未偏光である。一実施形態では、合成光出力の一部分は、色合成器の中に戻って再利用することができる。一態様では、受光された光入力は未偏光であり、合成光出力は所望の方向に偏光される。一実施形態では、所望されない偏光方向を有する受光された光は再利用され、所望の偏光方向に回転されて、光利用効率を向上させる。いくつかの実施形態では、合成された光は、受光された光の各々と同一のエテンデューを有する。合成された光は、１つ超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。合成された光は、受光された光の各々の時系列化出力であることができる。一態様では、光の異なる波長スペクトルの各々は異なる色光（例えば、赤、緑及び青）に対応し、合成光出力は白光、又は時系列化された赤、緑及び青光である。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。
【００１１】
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、オプティクスによって分割される要素を更に含むことができる。
【００１２】
２つ以上の未偏光の色光が光学素子に方向付けられると、各々は反射型偏光子による偏光に従って分割される。下記の一実施形態によると、色光合成システムは、異なる色の未偏光光源から未偏光の光を受光し、１つの所望の方向に偏光された合成光出力を生成する。一態様では、最大３つの受光された色光は各々、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）内の反射型偏光子による偏光（例えば、ｓ−偏光及びｐ−偏光、又は、右及び左円偏光）に従って、分割される。一偏光方向の受光された光は、所望の偏光方向になるように再利用される。
【００１３】
一態様によると、ＰＢＳは、３つの色光の各々から光がおよそ４５度の角度で反射型偏光子を横切るように配置された反射型偏光子を含む。反射型偏光子は、マクニール偏光子、ワイヤーグリッド偏光子、多層光学フィルム偏光子、又は、コレステリック液晶偏光子のような円偏光子などの任意の既知の反射型偏光子であることができる。一実施形態によると、多層光学フィルム偏光子は、好ましい反射型偏光子であることができる。反射型偏光子は、２つのプリズムの対角面の間に配置することができるか、又は、薄膜などの自立フィルムであることができる。いくつかの実施形態では、ＰＢＳ光利用効率は、反射型偏光子が２つのプリズムの間に配置されるとき、改善される。この実施形態では、ＰＢＳを通る光移動の一部は、そうでなければ光学経路から失われてしまい得るが、プリズム面から内部全反射（ＴＩＲ）を経て、光学経路に戻ることができる。少なくともこの理由のために、以下の説明は、反射型偏光子が２つのプリズムの対角面の間に配置されるＰＢＳに関するが、しかしながら、薄膜として使用されるときもＰＢＳは同様に機能することが理解される。一態様では、ＰＢＳプリズムの外面は、ＰＢＳに入る光がＴＩＲを経るように、高度に研磨される。このやり方では、光はＰＢＳ内に収容され、エテンデューを依然として保存したまま、光は部分的に均質化される。
【００１４】
一態様によると、色選択性ダイクロイックフィルタなどの波長選択性フィルタは、異なる色の光源の各々からの入力光の経路に配置される。ダイクロイックフィルタの各々は、入力光がほぼ垂直な入射角でフィルタを横切って、ｓ−及びｐ−偏光の分割を最小化し、また色偏移を最小化するように、配置される。ダイクロイックフィルタの各々は、近接する入力光源の波長スペクトルを有する光と、他の入力光源の少なくとも１つの波長スペクトルを有する反射光と、を透過するように、選択される。いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタの各々は、近接する入力光源の波長スペクトルを有する光と、他の入力光源の全ての波長スペクトルを有する反射光と、を透過するように、選択される。一態様では、ダイクロイックフィルタの各々は、各ダイクロイックフィルタの表面に対する法線がおよそ４５度の切片の角度で反射型偏光子を横切るように、反射型偏光子に対して配置される。「ダイクロイックフィルタの表面に対する法線」により、ダイクロイックフィルタの表面に対して垂直に通る線が意味される。一実施形態では、切片の角度は、３５〜５５度、４０〜５０度、４３〜４８度、又は４４．５〜４５．５度の範囲である。
【００１５】
一態様では、所望されない偏光角度の入力光は、光源に戻されることにより再利用され、表面、例えば、部分反射型ＬＥＤ、から反射される。一実施形態では、位相差板は、光源からの光がＰＢＳプリズム面に入る前にダイクロイックフィルタ及び位相差板を通過するように、各入力光からプリズム面への光路内に配置される。所望されない偏光方向を有する光は、戻って再利用され、ＬＥＤから反射され、位相差板を２回通過し、所望の偏光方向に変化する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、位相差板は、ダイクロイックフィルタと光源との間に配置される。他の実施形態では、ダイクロイックフィルタは、位相差板と光源との間に配置される。ダイクロイックフィルタと位相差板と光源の配向との特定の組み合わせは全て協調して、色合成器として構成されたときに単一の偏光方向の合成光を効率的に生成する、より小さく、より緻密な光学素子を可能にする。一態様によると、位相差板は、反射型偏光子の偏光方向に対しておよそ４５度で位置合わせされた１／４波長位相差板である。一態様では、位置合わせは、反射型偏光子の偏光方向に対して３５〜５５度、４０〜５０度、４３〜４８度、又は４４．５〜４５．５度であることができる。
【００１７】
一態様では、第一色光は青色光を含み、第二色光は緑色光を含み、第三色光は赤色光を含み、色光合成器は、この赤色光と青色光と緑色光とを合成して、偏光白色光を生成する。一態様では、第一色光は青色光を含み、第二色光は緑色光を含み、第三色光は赤色光を含み、色光合成器は、この赤色光と緑色光と青色光とを合成して、時系列化偏光赤色、緑色及び青色光を生成する。一態様では、第一、第二及び第三の色光の各々は、別個の光源に配置される。別の態様では、３つの色光の１つ超は、光源の１つの中に合成される。
【００１８】
一態様によると、反射型偏光フィルムは多層光学フィルムを含む。ＰＢＳは、ｐ−偏光の第二色光並びにｓ−偏光の第一及び第三色光を含む第一合成光出力を生成する。第一合成光出力は、第二色光がフィルタを通過するときに第二色光の偏光を選択的に変化させる色選択性積層リターデーションフィルタを通過することができる。このような色選択性積層リターデーションフィルタは、例えば、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋ  Ｉｎｃ（Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ）から入手可能である。このフィルタは、同一の偏光（例えば、ｓ−偏光）を有するように合成された第一、第二及び第三の色光を含む第二合成光出力を生成する。第二合成出力は、偏光を変調して画像を生成する透過型又は反射型表示機構の照明に有用である。
【００１９】
光がＰＢＳに入る際、光を視準合わせ、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、プリズムに基づくＰＢＳの外面の全ては、ＰＢＳ内での内部全反射（ＴＩＲ）を可能にするために、研磨することができる。ＴＩＲを可能にすることによって、角度範囲内のＰＢＳに入る光の実質的に全てが、所望の面を通ってＰＢＳを出るように方向付け直されるように、ＰＢＳに入る光の利用が改善される。
【００２０】
各色光の偏光成分は、偏光回転反射体に対して通過することができる。偏光回転反射体は、偏光回転反射体内に配置された位相差板のタイプ及び配向によって、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。偏光回転反射体は、ダイクロイックフィルタ及び位相差板などの波長選択性鏡を含むことができる。八分の一波長位相差板、１／４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、１／４波長位相差板及び関連ダイクロイック反射体を使用することが有利である。直線偏光は、４５°の角度に位置合わせされた１／４波長位相差板を、通過して光偏光軸に向かう際、円偏光に変化される。続く色合成器内での反射型偏光子及び１／４波長位相差板／反射体からの反射は、結果として、色合成器からの有効な合成された光出力をもたらす。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。
【００２１】
プリズム、反射型偏光子、１／４波長位相差板、鏡、フィルタ又は他の構成要素などの光学素子の構成要素は、好適な光学接着剤によって共に固着することができる。構成要素を共に固着するために使用される光学接着剤は、光学素子で使用されるプリズムの屈折率より低い屈折率を有する。完全に共に固着された光学素子は、組み立て中、取り扱い中、及び使用中の位置合わせ安定性を含む利点を提供する。
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、ＰＢＳの斜視図である。ＰＢＳ  １００は、プリズム１１０及び１２０の対角面間に配置され、反射型偏光子１９０を含む。プリズム１１０は、２つの端面１７５、１８５と、それらの間に９０°の角度を有する、第一及び第二のプリズム面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、第三及び第四のプリズム面１５０、１６０とを含む。第一のプリズム面１３０は、第三のプリズム面１５０に対して平行であり、第二のプリズム面１４０は、第四のプリズム面１６０に対して平行である。「第一」、「第二」、「第三」及び「第四」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ＰＢＳ１００の説明を明確化するのに役立つ。第一の反射型偏光子１９０は、デカルト反射型偏光子又は非デカルト反射型偏光子であり得る。非デカルト反射型偏光子には、マクニール偏光子など、無機誘電体の逐次堆積によって生成されるものなどの多層無機フィルムを挙げることができる。デカルト反射型偏光子は、偏光軸方向を有し、これには、ワイヤーグリッド偏光子、及び多層ポリマー積層体を押出成形し、続いて延伸することによって形成することができるものなどのポリマー多層光学フィルムの両方が挙げられる。一実施形態では、反射型偏光子１９０は、１つの偏光軸が、第一の偏光方向１９５に対して平行であり、第二の偏光方向１９６に対して垂直になるように位置合わせされる。一実施形態では、第一の偏光方向１９５は、ｓ−偏光方向であってもよく、第二の偏光方向１９６は、ｐ−偏光方向であってもよい。図１に示されるように、第一の偏光方向１９５は、端面１７０、１７５、１８０、１８５のそれぞれに対して垂直である。
【００２４】
デカルト反射型偏光子フィルムは、完全に視準合わせされておらず、高効率で中心光ビーム軸から発散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。デカルト反射型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。
【００２５】
図２は、いくつかの実施形態で使用される、ＰＢＳに対する１／４波長位相差板の位置合わせの斜視図である。１／４波長位相差板は、入射光の偏光状態を変化させるために使用することができる。ＰＢＳ位相差板システム２００は、第一のプリズム１１０及び第二のプリズム１２０を有する、ＰＢＳ  １００を含む。１／４波長位相差板２２０は、第一プリズム面１３０に近接して配置される。反射型偏光子１９０は、第一の偏光方向１９５に位置合わせされたデカルト反射型偏光子フィルムである。１／４波長位相差板２２０は、第一の偏光方向１９５に対して４５°に位置合わせできる１／４波長偏光方向２９５を含む。図２は、第一の偏光方向１９５に対して時計方向に４５°に位置合わせされた偏光方向２９５を示すが、偏光方向２９５は、代わりに、第一の偏光方向１９５に対して反時計方向に４５°に位置合わせされてもよい。いくつかの実施形態では、１／４波長偏光方向２９５は、第一の偏光方向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°に位置合わせすることができる。円偏光は、直線偏光が１／４波長位相差板を通過する際、偏光方向に非常によく位置合わせ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。１／４波長位相差板の他の配向は、鏡からの反射を受けて、ｐ−偏光に完全に変換されていないｓ−偏光、及び、ｓ−偏光に完全に変換されていないｐ−偏光をもたらす可能性があり、結果として、本説明の他の個所に記載される光学素子の効率を低減する。
【００２６】
図３ａは、研磨されたＰＢＳ  ３００内の光線の経路の平面図を示す。一実施形態によると、プリズム１１０及び１２０の、第一、第二、第三及び第四のプリズム面１３０、１４０、１５０、１６０は、研磨された外表面である。別の実施形態によると、ＰＢＳ  ３００の外面の全て（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  ３００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、中心軸に沿って視準合わせされていない、すなわち、入射光が、収束光又は発散光のいずれかである際、ＰＢＳ  ３００における光利用を改善する。少なくともいくつかの光は、第三のプリズム面１５０を通って離れるまで、内部全反射によってＰＢＳ  ３００内に閉じ込められる。場合によっては、光の実質的に全てが、第三のプリズム面１５０を通って離れるまで、内部全反射によってＰＢＳ  ３００内に閉じ込められる。
【００２７】
図３ａに示されるように、光線Ｌ０は、角度範囲θ１内で第一のプリズム面１３０に入る。ＰＢＳ  ３００内の光線Ｌ１は、プリズム面１４０、１６０及び端面（図示せず）でＴＩＲ条件が満たされるように、角度範囲θ２内で伝搬する。光線「ＡＢ」、「ＡＣ」、及び「ＡＤ」は、第三のプリズム面１５０を通って出る前と異なる入射角で反射型偏光子１９０を横断する、ＰＢＳ  ３００を通る光の多くの経路のうちの３つを表す。また、光線「ＡＢ」及び「ＡＤ」は、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  ３００の端面でも反射を生じることができるように、角度θ１及びθ２の範囲は、円錐角であってもよいことを理解されたい。一実施形態では、反射型偏光子１９０は、広範囲の入射角にわたり、異なる偏光の光を効率的に分割するように選択される。ポリマー多層光学フィルムは、広範囲の入射角にわたり、光を分割するために、特によく適している。マクニール偏光子及びワイヤーグリッド偏光子を含む、他の反射型偏光子を使用することができるが、偏光の分割にそれ程効率的ではない。マクニール偏光子は、典型的には偏光選択表面に対して４５度であるか又はＰＢＳの入力面に垂直である設計角と実質的に異なる入射角で光を効率的に透過しない。マクニール偏光子を使用する効率的な偏光分割は、垂直よりも約６又は７度低い入射角に制限することができるが、それはｐ−偏光状態の有意な反射がいくらか大きい角度で生じ得、ｓ−偏光の有意な透過もいくらか大きい角度で生じ得るからである。両方の効果は、マクニール偏光子の分割効率を低減し得る。ワイヤーグリッド偏光子を使用して、偏光を効率的に分割するには、典型的に、ワイヤの一方の側に隣接する空隙が必要であり、ワイヤーグリッド偏光子が、より高い屈折率の媒体に埋没される際、効率が低下する。偏光の分割に使用されるワイヤーグリッド偏光子は、例えば、国際公開第２００８／１００２５４１号に示されている。
【００２８】
一態様では、図３ｂは、第一、第二及び第三の光源（３２０、３３０、３４０）の各々とＰＢＳ  ３００との間に配置される光トンネル３５０を含む色合成器として構成される光学素子３１０を示す。光トンネル３５０は、光源から発する光を部分的に視準合わせするのに有用である可能性があり、光がＰＢＳに入る角度を減少させることができる。第一、第二及び第三の光源３２０、３３０、３４０は、第一、第二及び第三の未偏光の色光３２１、３３１、３４１を発し、これは光トンネル３５０を通り、第一、第二及び第三の偏光回転反射体３６０、３７０、３８０（それぞれ）を通過してＰＢＳ  ３００に入り、色選択性積層リターデーション偏光子３９０を通過し、第一方向に偏光された第一、第二及び第三の色光３２２、３３２、３４２として光学素子３１０を出る。偏光回転反射体３６０、３７０、３８０は、他の個所でより十分に記載されることになるが、通常、ダイクロイックフィルタ及び位相差板を含む。近接する光源に対する位相差板及びダイクロイックフィルタの位置は、各偏光成分の所望の経路に依存し、図を参照しながら他の個所で記載される。光トンネル３５０は、光学素子３１０に関する任意構成要素であり、以下の色合成器の記載からは省略される。これらの光トンネルは、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。
【００２９】
いくつかの実施形態では、色選択性積層リターデーション偏光子３９０は任意であり、例えば、１つ以上の色光の偏光方向の回転が所望されない場合などである。いくつかの実施形態では、光学素子３１０は、未偏光光源を合成された未偏光の光の中に合成するように構成することができ、色選択性積層リターデーション偏光子３９０は必要とされない。
【００３０】
一態様では、反射型偏光子１９０は、コレステリック液晶偏光子などの円偏光子であることができる。この態様によると、偏光回転反射体３６０、３７０、３８０は、関連する位相差板を全く有さずにダイクロイックフィルタを含み、色選択性積層リターデーション偏光子３９０は省略されている。一実施形態では、第一、第二及び第三の未偏光色光３２１、３３１、３４１は、光トンネル３５０を通り、第一、第二及び第三の偏光回転反射体３６０、３７０、３８０を（それぞれ）通過してＰＢＳ  ３００に入り、第一、第二及び第三の未偏光（左及び右円偏光）色光３２２、３３２、３４２として色合成器３１０を出る。
【００３１】
一態様では、図４ａ〜４ｃは、ＰＢＳ  １００を含む色合成器４００の平面概略図である。色合成器４００は、他の個所で記載のように様々な光源と共に使用することができる。第一、第二及び第三の部分反射型光源４７０、４８０、４９０から発せられる各偏光の光線の経路は、色合成器４００の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図４ａ〜４ｃに示される。ＰＢＳ  １００は、他の個所で記載のように、第一の偏光方向１９５に位置合わせされた反射型偏光子１９０を含む。一態様では、反射型偏光子１９０は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。第一、第二及び第三の波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０は、それぞれ、第二、第三及び第四のプリズム面１４０、１５０、１６０に面して配置される。第一、第二及び第三の波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０は、第一、第二及び第三の波長スペクトルの光を透過し、他の波長スペクトルの光を反射するように選択されたダイクロイックフィルタであることができる。
【００３２】
位相差板２２０は、第一、第二及び第三の波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０の各々に面して配置される。位相差板２２０、波長選択性フィルタ（４４０、４５０、４６０）及び部分反射型光源（４７０、４８０、４９０）は、他の個所で記載のように、協働して一方の偏光方向の光を透過し、他方の偏光状態の光を再利用する。一実施形態では、色合成器４００内の各位相差板２２０は、第一偏光方向１９５に対して４５°に配向された１／４波長位相差板である。
【００３３】
色合成器４００はまた、第一のプリズム面１３０に面して配置されたフィルタ４３０を含み、フィルタ４３０は、少なくとも別の選択された波長スペクトルの光の偏光方向を変化させることなく、少なくとも１つの選択された波長スペクトルの光の偏光方向を変化させることができる。一態様では、フィルタ４３０は、ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタ（ＣｏｌｏｒＬｉｎｋ（登録商標）Ｉｎｃ．（Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ）から入手可能）などの色選択性積層リターデーション偏光子である。
【００３４】
各部分反射型光源（４７０、４８０、４９０）は、少なくとも部分的に光反射性である表面を有する。各光源は、少なくとも部分的に反射性でもあり得る基板上に設置される。反射型光源及び任意の反射性基板は、色合成器と協働して光を再利用し、効率を向上させる。更に別の態様によると、他の個所で記載のように、偏光ビームスプリッタから光源を分離する間隙を提供するために、光トンネル又は収集レンズを提供することができる。合成された光出力の均一性を高めるために、インテグレータを色合成器の出力にて提供することができる。一態様によると、各部分反射型光源（４７０、４８０、４９０）は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。種々の光源、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又は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。本発明で有用な光源、光トンネル、レンズ及び光インテグレータは、例えば、同時係属中の米国特許出願第６０／９３８，８３４号に更に記載されており、その開示は、その全体が本明細書に含まれる。
【００３５】
第一色光４７１の経路は、ここで、図４ａを参照しながら記載され、未偏光第一色光４７１は、ｓ−偏光第一色光４７９として色合成器４００を出る。第一光源４７０は、未偏光第一色光４７１を第一のダイクロイックフィルタ４４０、位相差板２２０を通して入射させ、これは第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ｐ−偏光第一色光４７２とｓ−偏光第一色光４７３とに分かれる。ｓ−偏光第一色光４７３は、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないまま通過し、ｓ−偏光第一色光４７９になる。
【００３６】
ｐ−偏光第一色光４７２は、反射型偏光子１９０を透過し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０から反射し、ｐ−偏光第一色光４７４として第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に再び入る。ｐ−偏光第一色光４７４は、反射型偏光子１９０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、位相差板２２０を通過するときに第一方向円偏光第一色光４７５に変化する。第一方向円偏光第一色光４７５は、第一のダイクロイックフィルタ４４０を通過し、これは部分反射型第一光源４７０から反射する円偏光４７６になり、第二方向円偏光第一色光４７７としてダイクロイックフィルタ４４０を通過する。第二方向円偏光第一色光４７７は、位相差板２２０を通過し、ｓ−偏光第一色光４７８になり、これは第二の面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないまま通過し、ｓ−偏光第一色光４７９になる。
【００３７】
第二色光４８１の経路は、ここで、図４ｂを参照しながら記載され、未偏光第二色光４８１は、ｓ−偏光第二色光４８７として色合成器４００を出る。第二部分反射型光源４８０は、未偏光第二色光４８１を位相差板２２０及び第二のダイクロイックフィルタ４５０を通して入射させ、これは第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ｐ−偏光第二色光４８２とｓ−偏光第一色光４８３とに分かれる。ｐ−偏光第二色光４８２は、反射型偏光子１９０を変化しないまま通過し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を通過し、偏光方向を変化させてｓ−偏光第二色光４８７になる。
【００３８】
ｓ−偏光第二色光４８３は、反射型偏光子１９０から反射し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０から反射し、ｓ−偏光第二色光４８４として第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入る。ｓ−偏光第二色光４８４は、反射型偏光子１９０から反射し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ１００を出て、第二のダイクロイックフィルタ４５０を通過し、位相差板２２０を通過するときに円偏光第二色光４８５に変化する。円偏光第二色光４８５は、第二部分反射型光源４８０から反射し、円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過し、ｐ−偏光第二色光４８６に変化する。ｐ−偏光第二色光４８６は、第二のダイクロイックフィルタ４５０を通過し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を通過し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を通過するときにｓ−偏光第二色光４８７に変化する。
【００３９】
第三色光４９１の経路は、ここで、図４ｃを参照しながら記載され、未偏光第三色光４９１は、ｓ−偏光第三色光４９９として色合成器４００を出る。第三部分反射型光源４９０は、未偏光第三色光４９１を位相差板２２０及び第三のダイクロイックフィルタ４６０を通して入射させ、これは第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ｐ−偏光第三色光４９２とｓ−偏光第三色光４９３とに分かれる。ｐ−偏光第三色光４９２は、反射型偏光子１９０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、位相差板２２０を通過するときに円偏光第二色光４９５に変化する。円偏光第二色光４９５は、第一のダイクロイックフィルタ４４０から反射し、円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過するときにｓ−偏光第三色光４９８に変化する。ｓ−偏光第三色光４９８は、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないまま通過し、ｓ−偏光第三色光４９９になる。
【００４０】
ｓ−偏光第三色光４９３は、反射型偏光子１９０から反射し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第二のダイクロイックフィルタ４５０から反射し、ｓ−偏光第三色光４９４として第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。ｓ−偏光第三色光４９４は、反射型偏光子１９０から反射し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０を通過し、位相差板２２０を通過するときに円偏光第三色光４９５に変化し、第三部分反射型光源４９０から反射して円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過するときにｐ−偏光第三色光４９６に変化する。ｐ−偏光第三色光４９６は、第三のダイクロイックフィルタ４６０を通過し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出る。ｐ−偏光第三色光４９６は、位相差板２２０を通過するときに円偏光第三色光４９５に変化し、第一のダイクロイックフィルタ４４０から反射して円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過するときにｓ−偏光第三色光４９７に変化する。ｓ−偏光第三色光４９７は、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないままｓ−偏光第三色光４９７として通過する。
【００４１】
一実施形態では、第一色光４７０は青色光であり、第二色光４８０は緑色光であり、第三色光４９０は赤色光である。この実施形態によると、ダイクロイックフィルタ４４０は赤色光反射型及び青色光透過型ダイクロイックフィルタであり、ダイクロイックフィルタ４５０は赤色光反射型及び緑色光透過型ダイクロイックフィルタであり、ダイクロイックフィルタ４６０は緑色及び青色光反射型並びに赤色光透過型ダイクロイックフィルタである。一実施形態によると、フィルタ４３０は、緑色光の偏光方向を変化させる一方で赤色及び青色光の両方を偏光における変化なしに透過させるＧＭ  ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタである。別の実施形態によると、フィルタ４３０は、赤色及び青色光の偏光方向を変化させる一方で緑色光を偏光における変化なしに透過させるＭＧ  ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタである。
【００４２】
一態様では、図７ａ〜７ｃは、説明の別の態様による色合成器の平面概略図である。図７ａ〜７ｃでは、第一〜第三光線７７１、７８１、７９１は、ＰＢＳ  １００を含む広げられた色合成器７００を通して説明される。広げられた色合成器７００は、図４ａ〜４ｃを参照しながら説明されている光合成器４００の一実施形態であり得、他の個所で記載のように様々な光源と共に使用することができる。平面７３０上に位置する第一、第二及び第三の部分反射型光源７７０、７８０、７９０から発せられる各偏光の光線の経路は、広げられた色合成器７００の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図７ａ〜７ｃに示される。一実施形態では、平面７３０は、３つの光源に共通の熱交換器を含み得る。
【００４３】
広げられた色合成器７００は、それぞれ、ＰＢＳ  １００の第二のプリズム面１４０及び第四のプリズム面１６０に面して配置される、第三のプリズム７１０と、第四のプリズム７２０と、を含む（他の個所で記載される）。第三のプリズム７１０及び第四のプリズム７２０は各々、「旋光プリズム」である。平面７３０上に配置された第一及び第三の光源７７０、７９０から発する第一及び第三の光７７１、７９１は、第三及び第四のプリズム７１０、７２０によって、それぞれ、第二及び第四のプリズム面１４０、１６０に対して垂直な方向でＰＢＳ  １００に入るように曲げられる。
【００４４】
第三のプリズム７１０は、第五及び第六のプリズム面７１２、７１４と、それらの間の対角プリズム面９１６と、を含む。第五及び第六のプリズム面７１２、７１４は、「旋光プリズム面」である。第一のプリズム面７１２は、第一光源７７０からの第一光７７１を受光して第二のプリズム面１４０に光を方向付けるように配置される。第四のプリズム７２０は、第七及び第八のプリズム面７２２、７２４と、それらの間の対角プリズム面７２６と、を含む。第七及び第八のプリズム面７２２、７２４も「旋光プリズム面」である。第七のプリズム面７２２は、第三光源７９０からの第三光７９１を受光して第四のプリズム面１６０に光を方向付けるように配置される。
【００４５】
第五、第六、第七、及び第八のプリズム面７１２、７１４、７２２、７２４、並びに対角プリズム面７１６、７２６は、他の個所で記載されるように、ＴＩＲを維持するために、研磨することができる。また、第三及び第四のプリズム７１０、７２０の対角プリズム面７１６、７２６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、又は組み合わせを含むことができる。
【００４６】
第一、第二及び第三の波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０は、それぞれ、第二、第三及び第四のプリズム面１４０、１５０、１６０に面して配置される。第一、第二及び第三の波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０は、第一、第二及び第三の波長スペクトルの光を透過し、他の波長スペクトルの光を反射するように選択されたダイクロイックフィルタであることができる。図７ａ〜７ｃに示されるように、第二及び第三の波長選択性フィルタ４５０、４６０は、それぞれ、第三及び第四のプリズム面１５０、１６０に面して近接して配置され、一方、第一の波長選択性フィルタは、他の個所で記載されているように、第二のプリズム面１４０に面するが近接せずに配置される。
【００４７】
位相差板２２０は、第一、第二及び第三の波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０の各々に面して配置される。位相差板２２０、波長選択性フィルタ（４４０、４５０、４６０）及び部分反射型光源（７７０、７８０、７９０）は、他の個所で記載のように、協働して一方の偏光方向の光を透過し、他方の偏光状態の光を再利用する。一実施形態では、広げられた色合成器７００内の各位相差板２２０は、第一の偏光方向１９５に対して４５°に配向された１／４波長位相差板である。
【００４８】
図７ａ〜図７ｃに示される一実施形態では、第一の波長選択性フィルタ４４０及び関連位相差板２２０は、それぞれ、第五及び第六のプリズム面７１２、７１４に面して配置され、また、ＰＢＳ  １００の第二のプリズム面１４０にも面して配置される。一実施形態では、第三の波長選択性フィルタ４６０及び関連位相差板２２０は、それぞれ、第八及び第七のプリズム面７２４、７２２に面して配置され、また、ＰＢＳ  １００の第四のプリズム面１６０にも面して配置される。別の実施形態（図示せず）では、第一の波長選択性フィルタ４４０及び関連位相差板２２０は、第二の波長選択性フィルタ４５０及び関連位相差板２２０の配置と同様の方法で（例えば、互いに近接して）、互いに面して配置される。この場合、第一の波長選択性フィルタ４４０及び位相差板２２０は、第五のプリズム面７１２に近接してか又は第二のプリズム面１４０に近接してかのいずれかで配置することができる。原則として、広げられた光合成器７００は、光線の経路に対する各々の配向が変化していない、すなわち、各々が、光線の経路に対して実質的に垂直であるという条件で、波長選択性フィルタ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７１６及び７２６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、光効率の喪失を生じ得、プリズム面１４０及び１６０に対して、より近く波長選択性フィルタ４４０及び４６０を配置することにより、最小化することができる。
【００４９】
波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０の各々は、図７ａ〜図７ｃに示されるように、関連１／４波長位相差板２２０から分離することができる。更に、波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０の各々は、近接する１／４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、波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０の各々は、光学接着剤を用いて、近接する１／４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。
【００５０】
広げられた光合成器７００は、２色合成器であってもよい。本実施形態では、波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０のうちの２つは、それぞれ、第一及び第二の色光を透過し、他の色の光を反射するように選択される、第一及び第二のダイクロイックフィルタである。第三の反射体は、鏡である。鏡とは、実質的に全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。第一及び第二の色光は、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。
【００５１】
図７ａ〜図７ｃに示される一実施形態では、広げられた光合成器７００は、３色合成器である。本実施形態では、波長選択性フィルタ４４０、４５０、４６０は、それぞれ、第一、第二及び第三の色光を透過し、他の色の光を反射するように選択される、第一、第二及び第三のダイクロイックフィルタである。一態様では、第一、第二、及び第三の色光は、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７００を使用する方法は、第一色を有する第一光７７１を、第一のダイクロイックフィルタ４４０に方向付ける工程と、第二色を有する第二光７８１を、第二のダイクロイックフィルタ４５０に方向付ける工程と、第三色を有する第三光７９１を、第三のダイクロイックフィルタ４６０に方向付ける工程と、ＰＢＳ  １００の第二の面１３０から、合成された光を受光する工程と、を含む。第一、第二、及び第三の光７７１、７８１、７９１の各々の経路を、図７ａ〜図７ｃを参照して、更に説明する。
【００５２】
一実施形態では、第一、第二及び第三の光７７１、７８１、７９１の各々は未偏光の光であってもよく、合成された光は偏光される。更なる実施形態では、第一、第二及び第三の光７７１、７８１、７９１の各々は、赤色、緑色及び青色の未偏光の光であってもよく、合成された光は、偏光白色光であってもよい。第一、第二及び第三の光７７１、７８１、７９１の各々は、図４ａ〜図４ｃを参照して他の個所で記載されているように、光を含むことができる。
【００５３】
一態様では、広げられた光合成器７００は、図３ｂに記載のように、任意の光トンネル３５０を含むことができる。光トンネル３５０は、光源から発する光を視準合わせするのに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３５０は、広げられた色合成器７００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。
【００５４】
広げられた色合成器７００はまた、第一のプリズム面１３０に面して配置されたフィルタ４３０を含み、フィルタ４３０は、少なくとも別の選択された波長スペクトルの光の偏光方向を変化させることなく、少なくとも１つの選択された波長スペクトルの光の偏光方向を変化させることができる。一態様では、フィルタ４３０は、ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタ（ＣｏｌｏｒＬｉｎｋ（登録商標）Ｉｎｃ．（Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ）から入手可能）などの色選択性積層リターデーション偏光子である。
【００５５】
各部分反射型光源（７７０、７８０、７９０）は、少なくとも部分的に光反射性である表面を有する。各光源は、同様に少なくとも部分的に反射性であり得る平面７３０上に設置される。反射型光源及び任意の反射性平面は、広げられた色合成器と協働して、光を再利用し、効率を高める。更に別の態様によると、他の個所で記載のように、偏光ビームスプリッタから光源を分離する間隙を提供するために、光トンネル又は収集レンズを提供することができる。合成された光出力の均一性を高めるために、インテグレータを色合成器の出力にて提供することができる。一態様によると、各部分反射型光源（７７０、７８０、７９０）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又は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。本発明で有用な光源、光トンネル、レンズ及び光インテグレータは、例えば、同時係属中の米国特許出願第６０／９３８，８３４号に更に記載されており、その開示は、その全体が本明細書に含まれる。
【００５６】
第一色光７７１の経路は、ここで、図７ａを参照しながら記載され、未偏光第一色光７７１は、ｓ−偏光第一色光７７９として、広げられた色合成器７００を出る。第一光源７７０は、第一のダイクロイックフィルタ４４０を通して未偏光第一色光７７１を入射させ、これは第五のプリズム面７１２を通って第三のプリズム７１０に入り、対角プリズム面７１６から反射し、第六のプリズム面７１４を通って第三のプリズム７１０を出る。未偏光第一色光７７１は、位相差板２２０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ｐ−偏光第一色光７７２とｓ−偏光第一色光７７３とに分かれる。ｓ−偏光第一色光７７３は、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないまま通過し、ｓ−偏光第一色光７７９になる。
【００５７】
ｐ−偏光第一色光７７２は、反射型偏光子１９０を透過し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０から反射し、ｐ−偏光第一色光７７４として第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に再び入る。ｐ−偏光第一色光７７４は、反射型偏光子１９０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ１００を出て、位相差板２２０を通過するときに第一方向円偏光第一色光７７５に変化する。第一方向円偏光第一色光７７５は、第六のプリズム面７１４を通って第三のプリズム７１０に入り、対角プリズム面７１６から反射して第二方向円偏光第一色光に変化し、第五のプリズム面７１２を通って第三のプリズム７１０を出て、第一のダイクロイックフィルタ４４０を変化しないまま通過し、部分反射型第一光源７７０から反射して第一方向円偏光第一色光に変化し、ダイクロイックフィルタ４４０を通過する。第一方向円偏光第一色は、第五のプリズム面７１２を通って第三のプリズム７１０に入り、対角プリズム面７１６から反射して、円偏光の方向を変化させて第二方向円偏光第一色光７７６になり、第六のプリズム面７１４を通って第三のプリズム７１０を出る。第二方向円偏光第一色光７７６は、位相差板２２０を通過し、ｓ−偏光第一色光７７７になり、これは第二面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないまま通過し、ｓ−偏光第一色光７７９になる。
【００５８】
第二色光７８１の経路は、ここで、図７ｂを参照しながら記載され、未偏光第二色光７８１は、ｓ−偏光第二色光７８７として、広げられた色合成器７００を出る。第二部分反射型光源７８０は、未偏光第二色光７８１を位相差板２２０及び第二のダイクロイックフィルタ４５０を通して入射させ、これは第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ｐ−偏光第二色光７８２とｓ−偏光第一色光７８３とに分かれる。ｐ−偏光第二色光７８２は、反射型偏光子１９０を変化しないまま通過し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を通過し、偏光方向を変化させてｓ−偏光第二色光７８７になる。
【００５９】
ｓ−偏光第二色光７８３は、反射型偏光子１９０から反射し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０から反射し、ｓ−偏光第二色光７８４として第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入る。ｓ−偏光第二色光７８４は、反射型偏光子１９０から反射し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ１００を出て、第二のダイクロイックフィルタ４５０を通過し、位相差板２２０を通過するときに円偏光第二色光７８５に変化する。円偏光第二色光７８５は、第二部分反射型光源７８０から反射し、円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過し、ｐ−偏光第二色光７８６に変化する。ｐ−偏光第二色光７８６は、第二のダイクロイックフィルタ４５０を通過し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を通過し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を通過するときにｓ−偏光第二色光７８７に変化する。
【００６０】
第三色光７９１の経路は、ここで、図７ｃを参照しながら記載され、未偏光第三色光７９１は、ｓ−偏光第三色光７９６として、広げられた色合成器７００を出る。第三部分反射型光源７９０は、位相差板２２０を通して未偏光第三色光７９１を入射させ、これは第七のプリズム面７２２を通って第四のプリズム７２０に入り、対角プリズム面７２６から反射し、第八のプリズム面７２４を通って第四のプリズム７２０を出る。未偏光第三色光７９１は、第三のダイクロイックフィルタ４６０を通過し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ｐ−偏光第三色光７９２とｓ−偏光第三色光７９３とに分かれる。ｐ−偏光第三色光７９２は、反射型偏光子１９０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、位相差板２２０を通過するときに第一方向円偏光第二色光７９４に変化する。第一方向円偏光第二色光７９４は、第六のプリズム面７１４を通って第三のプリズム７１０に入り、対角プリズム面７１６から反射して、円偏光の方向を変化させて第二方向円偏光第二色光になり、第五のプリズム面７１２を通って第三のプリズム７１０を出て、第一のダイクロイックフィルタ４４０から反射し、再び円偏光の方向を変化させて第一方向円偏光第二色光になり、第五のプリズム面７１２を通って第三のプリズム７１０に入り、対角プリズム面７１６から反射し、再び円偏光の方向を変化させて第二方向円偏光第二色光７７５になる。第二方向円偏光第二色光７７５は、第六のプリズム面７１４を通って第三のプリズム７１０を出て、位相差板２２０を通過するときにｓ−偏光第三色光７９６に変化する。ｓ−偏光第三色光７９６は、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ４３０を変化しないまま通過し、ｓ−偏光第三色光７９６になる。
【００６１】
ｓ−偏光第三色光７９３は、反射型偏光子１９０から反射し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第二のダイクロイックフィルタ４５０から反射し、ｓ−偏光第三色光７９７として第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入る。ｓ−偏光第三色光７９７は、反射型偏光子１９０から反射し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０を通過し、第八のプリズム面７２４を通って第四のプリズム７２０に入り、対角プリズム面７２６から反射し、第七のプリズム面７２２を通って第四のプリズム７２０を出る。ｓ−偏光第三色光７９７は、位相差板２２０を通過するときに円偏光第三色光７９８に変化し、次に、第三部分反射型光源７９０から反射して円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過するときにｐ−偏光第三色光７９９に変化する。ｐ−偏光第三色光７９９は、第七のプリズム面７２２を通って第四のプリズム７２０に入り、対角プリズム面７２６から反射し、第八のプリズム面７２４を通って第四のプリズム７２０を出て、第三のダイクロイックフィルタ４６０を通過し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を通過する。次に、ｐ−偏光第三色光７９９は、上記のｐ−偏光第三色光７９２と同一の、広げられた色合成器７００を通る経路に従い、ｓ−偏光第三色光７９６として、広げられた色合成器７００を出る。
【００６２】
一実施形態では、第一色光７７１は青色光であり、第二色光７８１は緑色光であり、第三色光７９１は赤色光である。この実施形態によると、ダイクロイックフィルタ４４０は赤色光反射型及び青色光透過型ダイクロイックフィルタであり、ダイクロイックフィルタ４５０は赤色光反射型及び緑色光透過型ダイクロイックフィルタであり、ダイクロイックフィルタ４６０は緑色及び青色光反射型並びに赤色光透過型ダイクロイックフィルタである。一実施形態によると、フィルタ４３０は、緑色光の偏光方向を変化させる一方で赤色及び青色光の両方を偏光における変化なしに透過させるＧＭ  ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタである。別の実施形態によると、フィルタ４３０は、赤色及び青色光の偏光方向を変化させる一方で緑色光を偏光における変化なしに透過させるＭＧ  ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタである。
【００６３】
一態様では、図６ａ〜６ｂは、ＰＢＳ１００を含む色合成器６００の平面概略図である。色合成器６００は、他の個所で記載のように様々な光源と共に使用することができる。一実施形態では、図６ａ〜６ｂは、第一部分反射型光源６７０に含まれる２つ以上の色（例えば、赤色及び青色）を示し、第二部分反射型光源６８０は第三の色（例えば、緑色）を含み、これらは色合成器６００で合成される。この実施形態では、色合成器６００は、他の実施形態に見られるいくつかの構成要素を除外するが、それは光路内に配置されるダイクロイックフィルタの使用を必要とし得ないからである。
【００６４】
第一及び第二の光源６７０、６８０から発せられる各偏光の光線の経路は、色合成器６００の種々の構成要素の機能をより明瞭に示すために、図６ａ〜６ｂに示される。ＰＢＳ  １００は、他の個所で記載のように、第一の偏光方向１９５に位置合わせされた反射型偏光子１９０を含む。一態様では、反射型偏光子１９０は、ポリマー多層光学フィルムを含むことができる。第一及び第二の位相差板２２０は、それぞれ、第二及び第三のプリズム面１４０、１５０に面して配置される。鏡６６０は、第四のプリズム面１６０に面して配置される。
【００６５】
位相差板２２０、鏡６６０及び部分反射型光源（６７０、６８０）は、他の個所で記載のように、協働して一方の偏光方向の光を透過し、他方の偏光状態の光を再利用する。一実施形態では、色合成器６００内の各位相差板２２０は、第一の偏光方向１９５に対して４５°に配向された１／４波長位相差板である。
【００６６】
色合成器６００はまた、第一のプリズム面１３０に面して配置されたフィルタ６３０を含み、フィルタ６３０は、少なくとも別の選択された波長スペクトルの光の偏光方向を変化させることなく、少なくとも１つの選択された波長スペクトルの光の偏光方向を変化させることができる。一態様では、フィルタ６３０は、ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタ（ＣｏｌｏｒＬｉｎｋ（登録商標）Ｉｎｃ．（Ｂｏｕｌｄｅｒ，ＣＯ）から入手可能）などの色選択性積層リターデーション偏光子である。
【００６７】
各部分反射型光源（６７０、６８０）は、少なくとも部分的に光反射性である表面を有する。各光源は、少なくとも部分的に反射性でもあり得る基板上に設置される。反射型光源及び任意の反射性基板は、色合成器と協働して光を再利用し、効率を向上させる。更に別の態様によると、他の個所で記載のように、偏光ビームスプリッタから光源を分離する間隙を提供するために、光トンネル又はレンズを提供することができる。合成された光出力の均一性を高めるために、インテグレータを光合成器の出力にて提供することができる。一態様によると、各部分反射型光源（６７０、６８０）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又は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。本発明で有用な光源、光トンネル及び光インテグレータは、例えば、同時係属中の米国特許出願第６０／９３８，８３４号に更に記載されており、その開示は、その全体が本明細書に含まれる。
【００６８】
第一部分反射型光源６７０からの光の経路は、ここで、図６ａを参照しながら記載され、未偏光第一光６７１は、ｓ−偏光第一光６７７として色合成器６００を出る。第一部分反射型光源６７０は第一色光及び第二色光を含むことができ、これらの色光の各々のための経路は色合成器６００を通る同一のものであることが理解される。第一部分反射型光源６７０は、第一光６７１を位相差板２２０を通して入射させ、これは第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ここでｐ−偏光第一光６７２とｓ−偏光第一光６７３とに分かれる。ｓ−偏光第一光６７３は、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ６３０を変化しないままｓ−偏光第一光６７７として通過する。
【００６９】
ｐ−偏光第一光６７２は、反射型偏光子１９０を通過し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、鏡６６０から変化しないまま反射し、ｐ−偏光第一光６７４として第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入る。ｐ−偏光第一光６７４は、反射型偏光子１９０を通過し、第二のプリズム面１４０を通ってＰＢＳ  １００を出て、位相差板２２０を通過するときに円偏光第一光６７５に変化し、部分反射型第一光源６７０から反射して円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過するときにｓ−偏光第一光６７６に変化する。ｓ−偏光第一光６７６は、第二のプリズム面を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０から反射し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ６３０を変化しないままｓ−偏光第一光６７７として通過する。
【００７０】
第二部分反射型光源６８０からの光の経路は、ここで、図６ｂを参照しながら記載され、未偏光第二光６８１は、ｓ−偏光第二光６８７として色合成器６００を出る。第二部分反射型光源６８０は、第二光６８１を位相差板２２０を通して入射させ、これは第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を横切り、ここでｐ−偏光第二光６８２とｓ−偏光第二光６８３とに分かれる。ｐ−偏光第二光６８２は、反射型偏光子１９０を通過し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ６３０を通過するときにｓ−偏光第二光６８７に変化する。
【００７１】
ｓ−偏光第二光６８３は、反射型偏光子１９０から反射し、第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００を出て、鏡６６０から変化しないまま反射し、ｓ−偏光第二光６８４として第四のプリズム面１６０を通ってＰＢＳ  １００に入る。ｓ−偏光第二光６８４は、反射型偏光子１９０から反射し、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００を出て、位相差板２２０を通過するときに円偏光第二光６８５に変化し、第二部分反射型光源６８０から反射して円偏光の方向を変化させ、位相差板２２０を通過するときにｐ−偏光第二光６８６に変化する。ｐ−偏光第二光６８６は、第三のプリズム面１５０を通ってＰＢＳ  １００に入り、反射型偏光子１９０を通過し、第一のプリズム面１３０を通ってＰＢＳ  １００を出て、フィルタ６３０を通過するときにｓ−偏光第二光６７７に変化する。
【００７２】
一実施形態では、第一光６７１は同一パッケージ内に青色光及び赤色光を含み、例えば、表記ＯＳＴＡＲ（登録商標）ＳＭＰシリーズＬＥＤの下でＯｓｒａｍ  Ｏｐｔｏ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓから入手可能なものが挙げられる。この実施形態では、第二色光６８１は緑色光である。一実施形態によると、フィルタ６３０は、緑色光の偏光方向を変化させる一方で赤色及び青色光の両方を偏光における変化なしに透過させるＧＭ  ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタである。別の実施形態によると、フィルタ６３０は、赤色及び青色光の偏光方向を変化させる一方で緑色光を偏光における変化なしに透過させるＭＧ  ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ（登録商標）フィルタである。
【００７３】
３色光合成システムにおける光源は、同時係属中の米国特許出願第６０／６３８８３４号に記載のように、連続して励起することができる。一態様によると、時系列は、３色光合成光学システムから合成光出力を受け取る投影システム内の透過型又は反射型撮像装置と同期される。一態様によると、時系列は、投影画像のちらつきの出現を回避し、また投影されたビデオ画像における色割れのようなモーションアーチファクトの出現を回避するように、十分に速い速度で繰り返される。
【００７４】
図５は、３色光合成システム５０２を含むプロジェクタ５００を示す。３色光合成システム５０２は、出力領域５０４に合成光出力を提供する。一実施形態では、出力領域５０４における合成光出力は、偏光されている。出力領域５０４における合成光出力は、光エンジンオプティクス５０６を通ってプロジェクタオプティクス５０８へと通過する。
【００７５】
光エンジンオプティクス５０６は、レンズ５２２、５２４及び反射体５２６を含む。プロジェクタオプティクス５０８は、レンズ５２８、ビームスプリッタ５３０及び投影レンズ５３２を含む。投影レンズ５３２のうちの１つ以上は、投影される画像５１２についての焦点調整を提供するために、ビームスプリッタ５３０に対して可動であり得る。反射型撮像装置５１０は、プロジェクタオプティクス内の光の偏光状態を調節し、その結果、ＰＢＳを通過して投影レンズの中に入る光の強度は、投影された画像５１２を作るために調節される。制御回路５１４は、反射型撮像装置５１０の操作を光源５１６、５１８及び５２０の配列決定と同期させるために、反射型撮像装置５１０に、並びに、光源５１６、５１８及び５２０に、組み合わされる。一態様では、出力領域５０４における合成光の第一部分は、プロジェクタオプティクス５０８を通して方向付けられ、合成光出力の第二部分は、出力領域５０４を通して色合成器５０２の中に戻って再利用される。合成光の第二部分は、例えば、鏡、反射型偏光子、反応型ＬＣＤ及びこれらに類するものからの反射により、色合成器の中に戻って再利用することができる。図５に示された構成は例示的なものであり、開示されている光合成システムは、他の投影システムと共に同様に使用することができる。一代替態様によると、透過型撮像装置を使用することができる。
【００７６】
一態様によると、上記のような色光合成光学システムは３色（白）出力を生成する。反射型偏光子フィルムを有する偏光ビームスプリッタの偏光特性（ｓ−偏光の反射及びｐ−偏光の透過）は、広範囲の光源光の入射角に関して低い感度を有するので、本光学システムは高性能である。色合成器内における光源からの光の視準合わせを改善するために、追加的な視準構成要素を使用することができる。一定程度の視準がないと、入射角（ＡＯＩ）の機能としてのダイクロイック反射の変動に関連する有意な光喪失、ＴＩＲの喪失、若しくは、ＴＩＲを不満足にするエバネセント結合の増大、並びに／又は、ＰＢＳにおける偏光識別及び機能の劣化が存在する。本開示において、偏光ビームスプリッタは、内部全反射により含有されたまま所望の表面を通ってのみ放射される光を保持するための光パイプとして機能する。
【００７７】
好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない形態及び詳細の変更を行えることが、当業者であれば理解できるであろう。
【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４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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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７ｃ】
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【国際調査報告】
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