(57)【要約】  光合波システムは、色合成素子及び並びに、２つ以上の、第１、第２及び第３のカラーチャネルを備える。それぞれのカラーチャネルはそれぞれに対応する第１、第２または第３の波長帯の光を色合成素子に向けて導く光源を有する。色合成素子は第１及び第２のウインドウを有する。第１及び第２のウインドウは固体透明材料でつくられ、合わせて、３つのコーティング面を有する。表面は非連接とすることができる、第１のコーティング面は第１、第２及び第３の波長帯の光を受け取る。第１のコーティング面は第１の波長帯の光を反射し、第２及び第３の波長帯の光を通す。第２のコーティング面は第１のコーティング面によって通された第２及び第３の波長帯の光を受け取る。第２のコーティング面は第２の波長帯の光を反射し、第３の波長帯の光を通す。第３のコーティング面は第２のコーティング面によって通された第３の波長帯の光を受け取り、これを反射する。反射された第１、第２及び第３の波長帯の光は色合成素子の第１のコーティング面を同軸ビームとして出る。
2017502335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合波システムにおいて、
色合成素子、
第１の表面及び第２の表面を有する第１の固体透明材料素子、
第３の表面及び第４の表面を有する第２の固体透明材料素子、
前記第１の表面上に配された第１のコーティング、
前記第２の表面上または前記第３の表面上に配された第２のコーティング、及び
前記第４の表面上に配された第３のコーティング、
を有する色合成素子と、
第１の波長帯を含む第１の光ビームを前記第１のコーティング上に向ける第１の光源を有する第１のカラーチャネルと、
第２の波長帯を含み、前記第１の光ビームに平行である第２の光ビームを前記第１のコーティング上に向ける第２の光源を有する第２のカラーチャネルと、
第３の波長帯を含み、前記第２の光ビームに平行である第３の光ビームを前記第１のコーティング上に向ける第３の光源を有する第３のカラーチャネルと、
を備え、
前記第１のコーティングは、前記第１の波長帯を反射し、前記第２の波長帯及び前記第３の波長帯を通す、
前記第２のコーティングは、前記第２の波長帯を反射し、前記第３の波長帯を通す、及び
前記第３のコーティングは前記第３の波長帯を反射する、
ことを特徴とする光合波システム。
【請求項２】
前記第１の固体透明材料素子及び前記第２の固体透明材料素子がガラスまたはプラスチックを含むことを特徴とする請求項１に記載の光合波システム。
【請求項３】
前記第１の波長帯の波長範囲、前記第２の波長帯の波長範囲及び前記第３の波長帯の波長範囲が重なり合っていないことを特徴とする請求項１または２に記載の光合波システム。
【請求項４】
前記反射された第１の波長帯、前記反射された第２の波長帯及び前記反射された第３の波長帯が同軸であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光合波システム。
【請求項５】
前記第３のコーティングが反射性金属材料を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光合波システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１３年１２月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／９１５１２６号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依存し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示はカラー画像形成、投影システム及びその他の用途のための光合波器に関する。さらに詳しくは、本開示は、投影または画像形成のために構成された光学システムに送出するための同軸多色ビームを形成するため、波長が異なる２つ以上の固体光源からの光を合成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電子画像形成及び投影システムは一般に、それぞれが異なるスペクトル帯（例えば、赤色、緑色及び青色）の光を供給する、いくつかのカラーチャネルを備える。それぞれのスペクトル帯からの光は所期の画像のカラー成分を構成する。成分カラー画像が混合（合成）され合成多色画像を形成する。成分カラー画像を混合するため、様々な手法を用いることができる。大規模システムについては、一般にそれぞれの成分カラー画像に対して個別の変調及び投影光学系が用いられ、成分カラー画像は集束光学系によるスクリーンまたはその他のディスプレイ表面上への成分カラー画像のコンバージェンスによって混合される。しかし、コンパクトな可搬型のシステムについては、同軸混合による成分カラー画像の合成が好ましいことが多い。同軸混合では、それぞれのカラーチャネルから発している成分カラー画像が、スクリーンまたはディスプレイ表面への送出に先立ち、共通の光軸上に合成及び合体される。成分カラー画像の同軸混合は、異なるカラーチャネルに対して一組の投影光学系を用いことにより、及び異なるカラーチャネルが変調及び光学コンポーネントを共有することで、空間及びコストを節約する。
【０００４】
初期の電子画像形成システムは、それぞれのカラーチャネルのカラー光を供給するために電球及びその他の多色光源を用いていた。初期システムにおいて、成分カラー画像の合成のためにいくつかの異なる光混合システム（例えば、カラーテレビジョンカメラ光学系から改変適合された複雑なプリズム構成）が開発された。さらに強力で一層単色に近い光源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザ）の出現により、色混合コンポーネントの大きさ及びコストの低減が可能になり、また画像形成システムの色域、光効率及び全体性能の向上も可能になった。色混合のため、投影システム及び同様の画像形成システムでの使用のために複合プリズム及びダイクロイックコーティングの様々な構成が開発された。初期の電子画像形成システムとともに用いられた解決策の中でもよく知られているのは、（図１Ａに示される）ＸキューブまたはＸプリズム及び関連するダイクロイック光学素子、並びに（図１Ｂに示される）フィリップスプリズムである。無プリズム解決策には、名称を「リレーレンズ及びダイクロイックコンバイナを備える空間光変調器を用いる投影装置(Projection Apparatus Using Spatial Light Modulator with Relay Lens and Dichroic Combiner)」とする、米国特許第６６７６２６０号（コブ(Cobb)、等）に提案されているような、傾斜ダイクロイックプレートの組合せがある。
【０００５】
図１Ａを参照すれば、Ｘキューブ１０は、コーティングされ、次いで貼り合わされて、単一のカラーコンバイナ素子を形成する、挿入図Ｅ１に示されるような、４つの分割プリズム素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄで形成された、複合プリズムである。Ｘキューブは、それぞれ、赤色光、緑色光及び青色光を発する、レーザダイオードのような、３つの固体光源１４ｒ、１４ｇ及び１４ｂからの光を合成する。集成されると、Ｘキューブ１０は、異なる波長を選択的に反射するように及び通すように処理された、２つの内部交差ダイクロイック界面１２ａ及び１２ｂを有する。ダイクロイック界面１２ａは青色波長を反射し、緑色波長及び赤色波長を通す。２つの界面がＸキューブの中心を通る線に沿って交差するようにダイクロイック界面１２ａに連接しているダイクロイック界面１２ｂは、赤色波長を反射し、緑色波長及び青色波長を通す。ダイクロイック面の交差線はＸキューブ１０が図１Ａに描かれているような図面の平面に直交している。色は、図１Ａには明解さのために別々の色経路で示されているが、実際は同軸である、光軸ＯＡ上に合成される。
【０００６】
図１Ｂに示されるフィリップスプリズム７０は、色合成に用いられる、一層複雑な複合プリズムである。フィリップスプリズム７０は３つの分割プリズム−プリズム素子７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ−で形成され、空隙７２を有する。斜角ダイクロイック面配置が固体光源１４ｒ、１４ｇ及び１４ｂからの光を光軸ＯＡ上に向ける。
【０００７】
ダイクロイック面は様々な誘電体材料の極薄コーティングの積層で形成され、様々な波長の光に対して選択的な反射及び通過を与えるように設計／作製され得る。Ｘキューブ素子及びフィリップスプリズム素子、並びに関連するスペクトルコンバイナ及びスペクトルセパレータにおいては、様々なタイプのダイクロイックコーティングが、高度に制御された態様での光のスペクトル再合成またはスペクトル分離を可能にする、色選択機能を提供する。
【０００８】
小型の携帯型投影機及び様々なタイプの埋込型または付属型の投影機は一般に、赤色、緑色及び青色のレーザ光を単一の光軸上に混合するため、ダイクロイック面の配置を用いる。次いでこれらの装置は得られた光をディスプレイ表面上に高速スキャンする。バッテリの消費及び熱発生を最小限に抑えるため、これらの装置はそれぞれのレーザを直接変調し、よって画像自体を形成するために用いられる光しか生成しないことで、それぞれのピクセルを形成する。これらの投影機は、ディスプレイ表面に向けられる連続スキャンピクセル列を生成することで画像を形成する。
【０００９】
携帯型投影装置は従来の色合成手法を用いて良好な結果を達成するが、数多くの問題が残っている。ダイクロイック面を用いる従来の色合成にともなう問題の１つは入射角に関係する。ダイクロイック面は光を入射角及び波長の関数として反射し、通す。入射角が変化すると、通される光または反射される光の波長も変化する。小角度（法線に近い角度）で入射する光に対し、入射角または波長の狭い範囲にわたる応答の変動は非常に小さいかまたは無視可能であり得る。しかし、大角度で入射する光に対し、ある角度範囲にわたる応答の変動は顕著であり、ダイクロイックコーティングの性能を低下させ得る。これらのコーティングは法線に対して小さい入射角において最善にはたらき、大角度の、あるいは広い角度範囲にわたる、入射角で一様な結果を与えるダイクロイックコーティングを設計及び作製することは、費用がかかり、困難であり得る。ダイクロイックコーティングが広い角度範囲にわたって光を受け入れなければならない場合、感知され得る色非一様性が容易に生じ得る。
【００１０】
既存のカラーコンバイナの別の欠点は、光がその表面から反射するかまたはその表面を通るかにかかわらず、光が入射する表面の数に関わる。入射表面のそれぞれは効率損失を意味し、輝度の低下をもたらす。さらに、光のダイクロイック面反射または光のダイクロイック面通過のそれぞれは、不完全なダイクロイック性能により、いくらかの損失を生じさせる。光が（コーティングされているかいないかにかかわらず）表面に出合うと、漏洩により、コントラストも低下させられる。図１ＡのＸキューブ１０においては光ビームのそれぞれが少なくとも３つの表面に入射し、図１Ｂのフィリップスプリズム７０においては光ビームのそれぞれが少なくとも４つの表面に入射する。大きな表面数は色混合に対するＸキューブ素子及びフィリップスプロズム素子の性能を低下させる。
【００１１】
ダイクロイックコーティングに対する別の問題は偏光の反射及び通過に関する。ダイクロイック面上の光に対する入射角が大きくなるにつれて、異なる偏光状態に対する反射効率の差が益々顕著になっていく。さらに、入射偏光が複数のレーザダイオード源から生じている場合、異なるレーザダイオードの特有の偏光特性を考慮しなければならない。１つ以上の移相子を異なるカラーチャネルに加えることはできるが、余分のコスト及び複雑さが負担になるだけである。波長は異なるが偏光は同じレーザ光の合成を可能にするダイクロイックコーティングを設計し、作製するというタスクはかなりの難題を提示する。
【００１２】
レーザ源によって提供される色の混合における別の厄介な問題はレーザビームの寸法特性に関する。多くの固体レーザビームの断面形状はアナモルフィックである。ビーム断面は円形であるより楕円形であり、楕円ひずみの大きさは一般に色毎に異なる。これは、３つの成分色からの一様寸法のピクセルの形成を困難にし、色品質の低下をもたらす。
【００１３】
コストは従来のカラーミキサの別の問題である。図１Ａ及び１Ｂが示すように、色混合のための従来の装置はダイクロイック面及びプリズム素子の複雑な構成を有する。これらの実施のため、多くの作製及び精密組立の作業が必要とされる。従来の製造においては、２つ以上の分割プリズム素子が形成され、プリズム素子の１つ以上の外表面にダイクロイックコーティングが施され、次いで、２つ以上のプリズム素子が、精確な幾何学的配置で、貼り合わされるか、または別の手段で結合される。一般的なプリズムアセンブリにおいては、１つ以上のダイクロイックコーティングがカラーコンバイナの内部にあって、異なるプリズム素子を形成するガラスまたはその他の透明材料で囲まれている。色混合性能は、コーティング許容誤差、プリズム配置における僅かな位置不整合、空隙、表面欠陥及びその他の要因によって低下し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
コストを最小限に抑え、異なるカラーチャネルからの光が入射する表面の数を最小限に抑え、入射角を小さくし、偏光応答を改善する、固体光源のための色混合解決策が未だに必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はスペクトル波長帯（色）を混合するための光合波システムを提供する。光合波システムは色合成素子及び２つ以上のカラーチャネルを備える。カラーチャネルは特定のスペクトル波長帯（色）を含む光ビームを生成する光源を有する。それぞれのカラーチャネルは異なるスペクトル波長帯を含む光ビームを生成し、光ビームを色合成素子に向ける。色合成素子は２つ以上のカラーチャネルから光ビームを受け取り、それらを合成して出力ビームを形成する。一実施形態において、２つ以上のカラーチャネルから発している色は色合成素子によって混合されて、同軸出力ビームを生じる。同軸出力ビームは２つ以上の色、または３つ以上の色、あるいは４つ以上の色を含むことができる。
【００１６】
色合成素子は２個の固体材料素子を有する。それぞれの固体材料はカラーチャネルの少なくとも１つにともなうスペクトル波長帯にわたって透明である。固体透明材料はガラスまたはプラスチックとすることができる。２つの固体透明材料は、同じかまたは異なる組成、同じかまたは異なる寸法、あるいは同じかまたは異なる形状とすることができる。それぞれの固体透明材料素子は１つ以上のコーティング面を有し、固体透明材料素子の少なくとも１つは２つ以上のコーティング面を有する。表面上に配されるコーティングにダイクロイック材料を含むことができる。それぞれのコーティングは異なるカラーチャネルから発している波長帯を選択的に反射するように選ばれる。異なる波長帯はコーティング面のそれぞれで反射され、反射されたビームは混合されて出力ビームを形成する。コーティングには金属コーティングを含めることができる。
【００１７】
光合波システムは、必要に応じて、出力ビームから画像を投影または形成するための光学系を備えることができる。
【００１８】
一実施形態において、本発明は、
色合成素子であって、
第１の表面及び第２の表面を有する第１の固体透明材料素子、
第３の表面及び第４の表面を有する第２の固体透明材料素子、
第１の表面上に配された第１のコーティング、
第２の表面上または第３の表面上に配された第２のコーティング、及び
第４の表面上に配された第３のコーティング、
を有する色合成素子と、
第１の波長帯を含む第１の光ビームを第１のコーティング上に向ける第１の光源を有する第１のカラーチャネルと、
第２の波長帯を含み、第１の光ビームに平行である第２の光ビームを第１のコーティング上に向ける第２の光源を有する第２のカラーチャネルと、
第３の波長帯を含み、第２の光ビームに平行である第３の光ビームを第１のコーティング上に向ける第３の光源を有する第３のカラーチャネルと、
を備え、
第１のコーティングは、第１の波長帯を反射し、第２の波長帯及び第３の波長帯を通す、
第２のコーティングは、第２の波長帯を反射し、第３の波長帯を通す、及び
第３のコーティングは第３の波長帯を反射する、
光合波システム、
に及ぶ。
【００１９】
光混合または色合成を実施するため、３つ以上の外表面上に適切なコーティングを有する、少なくとも２個の、１つ以上の光通過性固体光学材料素子を有する色合成素子を用いることが、本発明の光合波システムの特徴である。光は色合成素子の、その上にダイクロイックコーティングが配されている表面上にしか入射しないことが好ましい。
【００２０】
ダイクロイック面に小角度で入射する３つ以上の色源からの単一光軸上への色合成を可能にすることが本発明の一利点である。
【００２１】
同じ偏光通過軸方位を有する３つ以上の色の合成を可能にすることが本発明の別の利点である。
【００２２】
本発明の上記及びその他の態様、目的、特徴及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を検討することから、及び添付図面を参照することにより、一層明快に理解され、認められるであろう。
【００２３】
さらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、本明細書の記述及び特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように実施形態を実施することによって認められるであろう。
【００２４】
上述の全般的説明及び以降の詳細な説明がいずれも例示に過ぎず、特許請求の範囲の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。
【００２５】
添付図面はさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本開示の選ばれた態様を例証し、記述とともに、本開示に包含される方法、製品及び組成物の原理及び動作の説明に役立つ。
【００２６】
本明細書は、本発明の主題を特に指摘し、明確に特許請求している、特許請求の範囲で締めくくられるが、本発明は、添付図面とともに読まれた場合に、以下の説明から一層良く理解されるであろうと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａはカラーコンバイナとして用いられるＸプリズム内のダイクロイック界面の動作を示している略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂはカラーコンバイナとして用いられるフィリップスプリズム内のダイクロイック界面の動作を示している略図である。
【図２】図２は従来のピコプロジェクタ装置（超小型投影機）のためのカラーコンバイナの動作を示す略図である。
【図３】図３は色合成素子及び３つのカラーチャネルを備える光合波システムを示している略図である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の一実施形態にしたがう平行コーティング面を有するカラーコンバイナ素子を示している斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の一実施形態にしたがう斜行コーティング面を有するカラーコンバイナ素子を示している斜視図である。
【図５】図５は、傾斜前面受光面を有する色合成素子の一実施形態についての、赤色チャネルにおける光の経路を示している略図である。
【図６】図６は、傾斜前面受光面を有する色合成素子の一実施形態についての、青色チャネルにおける光の経路を示している略図である。
【図７】図７は、傾斜前面受光面を有する色合成素子の一実施形態についての、緑色チャネルにおける光の経路を示している略図である。
【図８】図８は、ビームのアナモルフィズムを補償するための、色合成素子の一素子に対するレーザビームの方位を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
特に示されるかまたは説明されることのない要素が当業者には周知の様々な形態をとり得ることは当然である。例えば、通常のプリズム素子及びその他の光学コンポーネントは適する、ガラス基板、透明プラスチック、またはその他の、所望の屈折率及び用途に必要なその他の光学特性を有する、一般に透明な固体材料のブロックで形成される。ダイクロイックコーティングの仕様並びにその設計及びカスタマイズはコーティング技術の当業者に周知である。反射性金属コーティングもコーティング技術の当業者に周知である。
【００２９】
本明細書に示され、説明される図は、本発明にしたがう肝要な動作原理及びそれぞれの光路に沿うコンポーネントの関係を説明するために提供され、実際の寸法または尺度を示す目的で描かれてはいない。基本的な構造関係、機能または動作原理を強調するため、ある程度の誇張が必要になり得る。例えば、様々なタイプの光学マウントのような、説明される実施形態の実施に必要になるであろういくつかの通常のコンポーネントは、本発明自体の説明を簡単にするため、図面には示されていない。図面及び以下の本文において、同様のコンポーネントは同様の参照数字で指定され、既述のコンポーネント及び配置またはコンポーネントの相互作用に関する同様の説明は省略される。
【００３０】
「第１」、「第２」、等の用語は、用いられる場合、いずれかの順序関係または優先順位を必ずしも表さず、単に１つの要素を別の要素と一層明確に区別するために用いられ得る。術語「連接」は、１つ以上の境界に接しているかまたは１つ以上の境界を共有しているという、通常の意味を有する。２つの表面は、相互に直接には接触しない場合、非連接である。
【００３１】
光は、表面から反射される場合、または表面を横切る、すなわち通過する場合に、その表面に入射していると見なされる。
【００３２】
術語「斜行」は平行または垂直ではない、すなわち９０°の整数倍以外の、角度関係を表す。実際上、２つの光学面は平行または垂直から少なくとも約±２°以上外れていれば相互に斜行していると見なされる。同様に、直線及び平面は平行または垂直から少なくとも約±２°以上外れていれば相互に斜行していると見なされる。実質的に、平行平面は±２°内で平行である。同様に、平行ビームは±２°内で平行である。
【００３３】
術語「色（カラー）」及び「波長帯」は一般に、本開示の文脈で用いられるように、同義である。光源は、（６３５ｎｍのような）そのピーク波長または（６３０〜６４０ｎｍのような）その波長帯によるのではなく、（赤色のような）その一般色によって称され得る。本開示の文脈において、異なる色または波長帯は全く別であり、基本的に重なり合っていないと見なされる。
【００３４】
術語「直接レーザ変調」は、画像形成レーザが迅速にオン／オフを切り換えられ、それぞれの相対出力パワーが画像の個々のピクセルのそれぞれに対して制御されるように、画像の個々のピクセルのそれぞれをレーザ光信号の合成として形成する、投影システムまたは画像形成システムの実施形態に適用される。この光変調形態は、例えば、従来の携帯型投影機に用いられ、いずれか特定のピクセルに必要な光しか発生させる必要がないから、低電力消費という利点を提供する。画像形成のための別の方法には、デジタルマイクロミラーアレイ、（シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）素子）のような液晶素子（ＬＣＤ）、またはスキャナとともに用いられる電気機械グレーティングリニアアレイ素子のような、空間光変調器に光を向ける方法がある。本開示の光合波システムの実施形態は、スキャナが光変調器コンポーネントとしてはたらくように作動され得る、直接レーザ変調型の画像形成方法、あるいは、赤色、緑色及び青色のような、順次色の光を用いて複合カラー画像を形成するために作動され得る空間光変調器を用いる画像形成方法を支援するために用いることができる。
【００３５】
術語「プリズム」または「プリズム素子」は本明細書において、光学で理解されているように、一般に光が入射する平坦面を有するｎ面多面体の形態にあり、光を屈折する透明固体材料で形成される、透明光学素子を指して用いられる。形状及び表面輪郭に関し、何がプリズムを構成するかの光学的認識はプリズムの公式の幾何学的定義よりも限定的ではないと理解される。先述したＸプリズム及びフィリップスプリズムのような、複合プリズムは、それぞれが別個に作製及びコーティングされ、次いで、色合成機能を提供するために、貼り合わされるか、あるいは、別の手段で、配置されるか、結合されるかまたは取り付けられる、２つ以上のプリズム素子で形成される集成プリズムである。
【００３６】
本発明の色合成構成がどのように動作するかをより良く理解するためには、例えば、ワトスン(Watson)等の、名称を「複数の電磁ビームを複合ビームに合成するための装置及び方法(Apparatus and Method for Combining Multiple Electromagnetic Beams Into a Composite Beam)」とする、米国特許第７１６７３１５号の明細書に教示され、図２の略図に示されるような、直接レーザ変調を用いる携帯型投影機のための従来の色合成動作を初めに復習することが有益である。色合成素子２０は複合プリズムであり、個別に作製及び処理され、次いで光学接着材を用いて接合された、プリズム素子２０ａ、２０ｂ及び２０ｃで形成されている。色合成素子２０は、平行平面上にある、２つの内部平ダイクロイック界面２２ａ及び２２ｂを有する。ダイクロイック界面２２ａは青色波長を反射し、緑色波長を通す。ダイクロイック界面２２ｂは赤色波長を反射し、緑色波長及び青色波長を通す。それぞれのカラーチャネルには一般にコリメートレンズ６４が備えられる。色は、図２においてはやはり明解さのために分離された色経路で示されているが、実際には同軸である、光軸ＯＡ上に合成される。
【００３７】
図２に示される従来手法にともなう問題は、とりわけ、固体光源１４ｒ、１４ｇ及び１４ｒからの光についての比較的大きな入射角である。光源１４ｒからの光は１つのダイクロイック界面２２ｂに４５°で入射する。光源１４ｂからの光はダイクロイック界面２２ａに４５°で入射し、次いでダイクロイック界面２２ｂに４５°で入射する。光源１４ｇからの光もダイクロイック界面２２ａ及び２２ｂのいずれにも４５°で入射する。これらの角度周りの範囲で光が入射すると、それぞれの界面において若干の効率損失がある。さらに、それだけではなく、入射光を受け取る無コーティング面上には反射防止（ＡＲ）コーティングを施さなければならず、色合成素子２０の作製にコスト及び複雑さが付加される。
【００３８】
図２の色合成素子２０の使用にともなう別の問題は反射光及び通過光が入射する表面の数に関する。光源１４ｒからの光は３つの表面に入射する。光源１４ｂ及び１４ｇからの光は４つの表面に入射する。先述したように、表面がコーティングされているかまたは無コーティングであるかに関わらず。それぞれの入射面においてはいくらかの効率損失がある。この従来手法にともなう別の性能問題は、以降で説明されるように、レーザ源によって提供される偏光及び一般にアナモルフィックなビーム形状に関する。
【００３９】
図２に示される色合成素子２０に対する従来の解決策にともなうまた別の問題は、作製に関する。この素子の製造にはダイクロイックコーティング処理並びに複雑な組立てと位置合わせ手順のいずれもが必要である。挿入図Ｅ２は、複合プリズム構造内に埋め込まれるダイクロイック界面２２ａ及び２２ｂを提供するために貼り合わされるプリズム素子２０ａ、２０ｂ及び２０ｃから色合成素子２０がどのように作製されるかを示す。
【００４０】
本発明は異なる光チャネルから発している光ビームを混合するための光合波システムを提供する。それぞれの光ビームはスペクトル波長帯を含む。光ビームまたはスペクトル波長帯は本明細書において色と称することができ、光合波システムは色を混合または合成するということができる。光ビームを供給する光チャネルは本明細書においてカラーチャネルと称することができる。光合波システムは色合成素子及び２つ以上のカラーチャネルを備える。カラーチャネルは光ビームを生成する光源を有する。光ビームはスペクトル波長帯（色）を含む。それぞれのカラーチャネルは異なるスペクトル波長帯を含む光ビームを生成し、光ビームを色合成素子に向ける。色合成素子は異なるカラーチャネルから２つ以上の光ビームを受け取り、これらを合成して複合出力ビームを形成する。２つ以上の光ビームのそれぞれは色合成素子と別様に相互作用し、色合成素子を通るかまたは色合成素子からの異なる経路を進む。複合出力ビームを形成するための２つ以上の色の合成は本明細書において色混合、色の混合、色合波、合波、等と称することができる。
【００４１】
色合成素子は２個の固体材料素子を有する。それぞれの固体材料素子はカラーチャネルの少なくとも１つにともなうスペクトル帯にわたって透明である。固体透明材料素子は無機材料または有機材料とすることができる。固体透明材料素子は、例えば、ガラスまたはプラスチックとすることができる。固体透明材料素子は、同じかまたは異なる組成、同じかまたは異なる寸法、あるいは同じかまたは異なる形状とすることができる。それぞれの固体透明材料素子は１つ以上のコーティング面を有し、固体透明材料素子の内の少なくとも１つは２つ以上のコーティング面を有する。コーティングはダイクロイック材料を含むことができる。それぞれのコーティングは特定のスペクトル波長帯（色）を選択的に反射するように選ばれる。それぞれのコーティングは特定のスペクトル波長帯を選択的に通すようにも選ばれる。コーティングは１つ以上の反射性金属層を、単独でまたはダイクロイック材料と組み合わせて、含むことができる。一実施形態において、色合成素子の前面、１つ以上の内部表面及び背面はダイクロイック材料でコーティングされる。別の実施形態において、色合成素子の前面及び１つ以上の内部表面はダイクロイック材料でコーティングされ、色合成素子の背面は反射性金属材料でコーティングされる。本明細書に用いられるように、前面は色合成素子の最初の入射面を指し、背面は、光合波システムの光源から発している光ビームが（反射または通過により）相互作用する一連の表面の最終面を指す。光合波システムの光合成素子は、光ビームが遭遇する、１つの前面、１つの背面及び２つ以上の内部表面を有する。以降でさらに十分に説明されるように、色合成素子に入射する光ビームの全てがコーティング面の全てと遭遇するとは限らないであろう。
【００４２】
光合波システムは、カラーチャネルの光源から発している光ビームが色合成素子の第１の表面に向けられて最初に入射するように、構成される。第１の表面上にはコーティングが配されている。異なるカラーチャネルからの光ビームは第１の表面に入射するときに平行であり得る。カラーチャネルの光源は、平行にすることができ、平行化光ビームを、直接にまたは中間光学系を介して、第１の表面に送ることができる。カラーチャネルの光源は非平行にすることができ、第１の表面に配されたコーティングに到達する前に平行な伝搬方向を達成するため、ミラーまたはその他の光学系で操作される光ビームを生成する。
【００４３】
第１の表面に配されたコーティングは１つのカラーチャネルからの光ビームを反射し、１つ以上の他のカラーチャネルからの１つ以上の光ビームを通す。通された１つ以上の光ビームは色合成素子の第１の固体透明材料素子の内部に入り、第１の固体透明材料素子を通って第１の固体透明材料素子の第２の表面まで伝搬する。第１の固体透明材料素子の第２の表面は第１の固体透明材料素子の第１の表面に平行とすることができる。第１の固体透明材料素子の第２の表面は無コーティングとすることができ、あるいはその上に配されたコーティングを有することができる。存在する場合、第２の表面上に配されたコーティングは、第１の表面上に配されたコーティングによって通された光ビームの内の１つを反射し、第１の表面上に配されたコーティングによって通された他の光ビームに第２の表面を通過させる、材料で形成される。無コーティングである場合、第２の表面は第１の表面上に配されたコーティングによって通された光ビームを通す。
【００４４】
第２の表面を通過した１つ以上の光ビームは色合成素子の第１の固体透明材料素子を出て、第２の固体透明材料素子に向けて伝搬する。第２の固体透明材料素子は第２の表面によって通された１つ以上の光ビームを第３の表面において受け取る。第２の固体透明材料素子の第３の表面は第１の固体透明材料素子の第２の表面に平行とすることができる。第３の表面は無コーティングとすることができ、あるいはその上に配されたコーティングを有することができる。存在する場合、第２の固体透明材料素子の第３の表面上に配されたコーティングは、第２の表面によって通された光ビームの内の１つを反射し、第２の表面によって通された他の光ビームを通す、材料で形成される。第２の表面及び第３の表面の少なくとも一方がコーティングされる。
【００４５】
第１の固体透明材料素子は第２の固体透明材料素子と直接に接していることもいないこともあり得る。第１の実施形態において、第１の固体透明材料素子の第２の表面にはコーティングが配され、第２の固体透明材料素子の第３の表面は無コーティングであり、第１の固体透明材料素子及び第２の固体透明材料素子は、第２の表面上に配されたコーティングが無コーティングの第３の表面と直接に接しているように、配置される。第２の実施形態において、第１の固体透明材料素子の第２の表面にはコーティングが配され、第２の固体透明材料素子の第３の表面は無コーティングであり、第１の固体透明材料素子及び第２の固体透明材料素子は、第２の表面に配されたコーティングが無コーティングの第３の表面と直接には接していないように、配置される。例えば、間隙またはフィラー材が第２の表面上に配されたコーティングと無コーティングの第３の表面の間に存在し得る。フィラー材は、光学セメントのような、光学的に透明な材料とすることができる。
【００４６】
第３の実施形態において、第１の固体透明材料素子の第２の表面は無コーティングであり、第２の固体透明材料素子の第３の表面上にはコーティングが配され、第１の固体透明材料素子及び第２の固体透明材料素子は、第３の表面上に配されたコーティングが無コーティングの第２の表面と直接に接しているように、配置される。第４の実施形態において、第１の固体透明材料素子の第２の表面は無コーティングであり、第２の固体透明材料素子の第３の表面上にはコーティングが配され、第１の固体透明材料素子及び第２の固体透明材料素子は、第３の表面上に配されたコーティングが無コーティングの第２の表面と直接には接していないように、配置される。例えば、間隙またはフィラー材が第３の表面上に配されたコーティングと無コーティングの第２の表面の間に存在し得る。フィラー材は、光学セメントのような、光学的に透明な材料とすることができる。
【００４７】
第５の実施形態においては、第１の固体透明材料素子の第２の表面上にコーティングが配され、第２の固体透明材料素子の第３の表面上にコーティングが配され、第１の固体透明材料素子及び第２の固体透明材料素子は、第２の表面上に配されたコーティングが第３の表面上に配されたコーティングと直接に接しているように、配置される。第６の実施形態においては、第１の固体透明材料素子の第２の表面上にコーティングが配され、第２の固体透明材料素子の第３の表面上にコーティングが配され、第１の固体透明材料素子及び第２の固体透明材料素子は、第２の表面上に配されたコーティングが第３の表面上に配されたコーティングと直接に接していないように、配置される。例えば、間隙またはフィラー材が第２の表面上に配されたコーティングと第３の表面上に配されたコーティングの間に存在し得る。フィラー材は、光学セメントのような、光学的に透明な材料とすることができる。
【００４８】
第２の固体透明材料素子の第３の表面上に配されたコーティングで反射されない、第１の固体透明材料素子を出る光ビームは、第３の表面を通過して第２の固体透明材料素子に入り、第４の表面に向けて第２の固体透明材料素子を通って伝搬する。第２の固体透明材料素子の第４の表面は第２の固体透明材料素子の第３の表面と平行にすることができる。第４の表面上にはコーティングが配されている。第４の表面上に配されるコーティングはダイクロイック材料または反射性金属材料とすることができ、再３の表面を通された光ビームを反射する。
【００４９】
第１の固体透明材料素子の第１の表面上に配されたコーティング、第２の固体透明材料素子の第４の表面上に配されたコーティング及び第１の固体透明材料素子の第２の表面上または第２の固体透明材料素子の第３の表面上の一方にまたはいずれにも配されたコーティングから反射された光ビームは平行にすることができ、あるいは共通の光軸に沿って導くことができる。共通の光軸に沿って伝搬しているビームは本明細書において同軸ビームと称することができる。
【００５０】
カラーチャネルの光源は固体光源であることが好ましい。固体光源には固体レーザ及び固体ＬＥＤがある。固体光源の活性（光発生）材料には１つ以上の半導体材料及び／または半導体材料間の接合を含めることができる。固体レーザにはダイオードレーザを含めることができる。固体光源によって供給されるスペクトル波長帯は、赤外領域、可視領域または紫外領域にあることができる。固体光源によって供給されるスペクトル波長帯は波長が重なり合わないようにすることができる。一実施形態において、光合波システムは、可視領域において重なり合わないスペクトル波長帯を有する光ビームを供給する光源を有するカラーチャネルを備える。システムは、例えば、スペクトルの赤色領域、緑色領域及び青色領域にある光ビームを供給する３つの光源を備えることができる。光源に加えて、カラーチャネルは、光源によって生成された光ビームを集束するか、コリメートするか、フィルタリングするか、整形するかまたは反射するための光学系を有することができる。
【００５１】
本開示にしたがう光合波システムの一例が図３に示される。光合波システム１００は光合成素子１６０及び３つのカラーチャネルを備える。光合成素子１６０は固体透明材料素子１６５及び１７０を有する。光合成素子１６０は前面１６２、背面１６８並びに中間面１６４及び１６６を有する。表面１６２及び１６４は固体透明材料素子１６５に付帯し、表面１６６及び１６８は固体透明材料素子１７０に付帯する。前面１６２は中間面１６４に平行である。中間面１６６は背面１６８に平行である。図３の実施形態において、固体透明材料素子１６５及び１７０は前面１６２が背面１６８に平行であるように配置される。図３の実施形態において、前面１６２、中間面１６４、中間面１６６及び背面１６８は、１つ以上の光ビームが入射する、光合成素子１６０の表面である。前面１６２、中間面１６４、中間面１６６及び背面１６８は本明細書において受光面と称することができる。前面１６２及び中間面１６４は固体透明材料素子１６５の非連接面である。中間面１６６及び背面１６８は固体透明材料素子１７０の非連接面である。
【００５２】
３つのカラーチャネルはそれぞれ、固体レーザ１０５、１２５及び１４５を有する。第１のカラーチャネルはコリメートレンズ１１５を通過する光ビーム１１０を供給する。第２のカラーチャネルはコリメートレンズ１３５を通過する光ビーム１３０を供給する。第３のカラーチャネルはコリメートレンズ１５５を通過する光ビーム１５０を供給する。この図の例において、固体レーザ１０５、１２５及び１４５は、それぞれ、赤色、青色及び緑色の出力ビームを供給する。赤色ビーム１１０、青色ビーム１３０及び緑色ビーム１５０に含まれる波長の範囲はそれぞれ、固体レーザ１０５、１２５及び１４５の性能によって決定される。一般的な固体レーザに対し、出力ビームの線幅は狭く、スペクトル強度は狭い波長範囲にわたって分布する。図３の実施形態において、固体レーザ１０５、１２５及び１４５によって生成されるスペクトル波長帯は重なり合わない。
【００５３】
前面１６２及び背面１６８の上にはダイクロイックコーティングが配されている。あるいは、背面１６８の上には金属コーティングが配され得る。図３の実施形態において、中間面１６４と１６６の間に、中間面１６４及び１６６と接して、第３のコーティングが配されている。固体透明材料素子１６５及び１７０は中間の第３のコーティングを介して相互に接している。第３のコーティングは初め、色合成素子１６０を形成するために素子１６５と１７０を集成する前に、表面１６４または表面１６６の上に配され得る。
【００５４】
カラーチャネルは赤色ビーム１１０、青色ビーム１３０及び緑色ビーム１５０を前面１６２に向ける。赤色ビーム１１０、青色ビーム１３０及び緑色ビーム１５０は、前面１６２への入射時に、平行である。前面１６２上に配されたコーティングは赤色ビーム１１０を反射して、青色ビーム１３０を通し、緑色ビーム１５０を通す。反射された赤色ビーム１１２は出力ビーム１８０の一成分になる。通された青色ビーム１３０及び通された緑色ビーム１５０は固体透明材料素子１６５に入り、中間面１６４と１６６の間に配されたコーティングに向けて伝搬する。中間面１６４と１６６の間に配されたコーティングは青色ビーム１３２を反射して、緑色ビーム１５２を通す。反射された青色ビーム１３４は固体透明材料素子１６５を通って戻り、前面１６２に配されたコーティングを通過し、反射された赤色ビーム１１２と合同して、出力ビーム１８０の第２の成分になる。通された緑色ビーム１５２は固体透明材料素子１７０に入り、背面１６８上に配されたコーティングに向けて伝搬する。背面１６８上に配されたコーティングは緑色ビーム１５２を反射する。反射された緑色ビーム１５４は固体透明材料素子１７０を通って戻り、中間面１６４と１６６の間に配されたコーティングを通って伝搬し、固体透明材料素子１６５に入り、前面１６２上に配されたコーティングを通過し、反射された青色ビーム１３４及び反射された赤色ビーム１１２と合同して、出力ビーム１８０の第３の成分になる。反射された緑色ビーム１５４、反射された青色ビーム１３４及び反射された赤色ビーム１１２は同軸で合同して、出力ビーム１８０を形成する。
【００５５】
図３の実施形態は３つのカラーチャネルによって供給された３つの色の、３つの色のそれぞれを含む同軸出力ビームを提供するための、混合を示す。図３の実施形態について示される一般原理は、２つ以上の重なり合わないスペクトル波長帯を送り出す２つ以上のカラーチャネルを有する光合波システムに拡張される。ｎ色を混合するに必要な固体透明材料素子の数はｎ−１とすることができ、ｎ色を混合するに必要なコーティング面の数はｎとすることができる。例えば、４色の混合は４つの非連接コーティング面を含む３つの固体透明材料素子を有する色合成素子を用いて達成することができる。色合成素子を形成するために用いられる固体透明材料素子のための材料及びコーティングを形成するために用いられるダイクロイック材料は、スペクトルの赤外領域、可視領域及び紫外領域において波長帯を選択的に反射し、通すように選ぶことができる。
【００５６】
上で示したように、色合成素子を形成する、いずれかのまたはいずれの固体透明材料素子の非連接受光面は平行または非平行とすることができる。図４Ａは平行受光面２３２及び２３４を有する固体透明材料素子２３０を示す。図４Ｂは、非平行であり、くさび角βをなして互いに対して斜行配置されている、受光面２４２及び２４４を有する固体透明材料素子２４０を示す。色合成素子は、２個の図４Ａに示されるタイプの固体透明材料素子、または２個の図４Ｂに示されるタイプの固体透明材料素子、あるいは１個の図４Ａに示されるタイプの固体透明材料素子及び１個の図４Ｂに示されるタイプの固体透明材料素子を有することができる。（受光面に平行にとられた断面のような）光軸に直交してとられた固体透明材料素子の断面の形状は長方形、円筒形、六角形またはその他の適する形状とすることができる。
【００５７】
図５は、図４Ａに示される固体透明材料素子２３０及び図４Ｂに示される固体透明材料素子２４０を有し、表面２３２と２４４が直接に接している、色合成素子を示す。表面２４２、表面２３２と２４４の一方、及び表面２３４はダイクロイック材料でコーティングされている。色合成素子は、図４Ｂに示されるくさび角βによって示されるように傾けられた、表面２４２が前面受光面であるように構成される。図５は、図３の実施形態の赤色チャネルからの赤色ビーム１１０の固体透明材料素子２４０の受光面２４２上への入射及び反射された赤色ビーム１１２の光軸ＯＡ上への反射を示す。図６は、図３の実施形態の青色チャネルからの青色ビーム１３０の固体透明材料素子２４０の受光面２４２上への入射を示す。受光面２４２上に配されるコーティングは赤色光を反射し、青色光及び緑色光を通すように選ばれる。通された青色ビーム１３２は固体透明材料素子２４０を通過して、表面２３２または２４４のいずれかの上に配されたコーティングによって反射される。反射された青色ビーム１３４は光軸ＯＡに沿って導かれる。図７は、図３の実施形態の緑色チャネルからの緑色ビーム１５０の固体透明材料素子２４０の受光面２４２上への入射を示す。受光面２４２上に配されるコーティングは赤色光を反射し、青色光及び緑色光を通すように選ばれる。表面２３２または２４４の一方の上に配されるコーティングは青色光を反射し、緑色光を通すように選ばれる。通された緑色ビーム１５２は固体透明材料素子２３０を通過し、表面２３４上に配されたコーティングによって反射される。反射された緑色ビーム１５４は光軸ＯＡに沿って導かれる。
【００５８】
本発明の色合成素子は、光源のそれぞれからの光ビームの入射角が小さくなるような光源の位置決めを可能にする。本明細書に用いられるように、入射角は光ビームの入射方向と光ビームが入射する表面の法線との間の角度を指す。小入射角は、ダイクロイックコーティングを通されるかまたはダイクロイックコーティングから反射される光の波長依存性を、また反射光の偏光状態へのダイクロイックコーティングの効果も、弱めるから有益である。一般に、ダイクロイックコーティングは、入射面に平行な通過軸を有する、ｐ偏光を通し、直交方向に偏光しているｓ偏光を反射するように設計される。この特性は、ダイクロイック面においていくつかの色は反射され、他の色は通されるという、カラーコンバイナにともなう問題を提示する。直交偏光軸は、例えば、個々のピクセルの偏光状態を選択的に変えることで光を変調するＬＣｏＳ素子に照光が与えられる場合に、問題である。従来の画像形成装置においては、この状態を補正するために波長板が用いられなければならない。本発明の色合成素子の実施形態では、ダイクロイック面における小入射角が偏光によるダイクロイック応答の差を低減する。入射角は２０°より小さく、または１０°より小さく、あるいは５°より小さくすることができる。傾斜受光面に対し、入射角はくさび角βより小さくすることもできる。
【００５９】
固体レーザのダイバージェンスは通常アナモルフィックであり、一軸に沿って直交軸に沿うよりも長い。図８は、例えば、図３の実施形態の青色チャネルの青色レーザ光源１２５及びコリメータレンズ１３５を出てくるときの楕円形ビームプロファイルＣＳ１の断面図を示す。ビームプロファイルＣＳ１はｙ方向（この例では垂直方向）で小さい発散角を有し、ｘ方向で大きい発散角を有する。このレーザビームは、小発散角（ｙ方向）が実質的に、図示される例においては垂直方向の、図５〜７に示される色合成素子の固体透明材料素子２４０のくさび角βの平面にあることが好ましい。色合成素子の固体透明材料素子２４０の、光ビーム経路が高さ及び幅の次元に関して誇張されて表されている、側断面図及び平断面図が示されている。光ビームの垂直成分すなわちｙ成分は、対応してビームを垂直方向に広げる、くさび形屈折構造を「見る」。光ビームの直交する水平成分すなわちｘ成分は、平断面図に示されるように、この方向においては認められるほどの屈折に出合わずに、色合成素子の固体透明材料素子２４０を通過する。結果として、得られるビームプロファイルＣＳ２はより対称に、すなわち円形になる。
【００６０】
混合色の同軸ビームは光軸ＯＡに沿って向きが定められ、さらに、出力ビームを供給するための、光学系、変調器、あるいはその他のビーム整形素子またはビーム操作素子に導かれ得る。出力ビームはディスプレイに導かれ得る。一実施形態において、同軸ビームは、ビーム強度を変調することができる、スキャナのような、光変調器に導かれる。スキャナは連続するピクセル列を形成し、光をディスプレイ表面に向けて導くために作動することができる。それぞれのピクセルは個々に書くことができ、原色の、赤色光、緑色光及び青色光の合成として形成することができる。高速ピクセル生成を提供するため、それぞれのカラーチャネルのそれぞれの固体光源（例えば、１０５、１２５及び１４５）はスキャナと同期して動作する、対応するレーザドライバを有することができる。例えば、米国ワシントン州レドモンド(Redmond)のマイクロビジョン社(Microvision Inc.)からのPico Projector Displayに、一例の高速ピクセル生成及びスキャンタイミングパターンが用いられている。
【００６１】
同軸出力ビームは、投影のための画像を形成するため、空間光変調器に向けることができる。空間光変調器の例には、作動されると反射または回折を用いて光を変調する、デジタルマイクロミレーアレイまたは、様々なタイプの電気機械グレーティング光変調器を含む、その他の超小型電気機械画像形成アレイ、あるいは液晶素子のような偏光変調素子がある。変調のために一様な光ビームを提供するため、光インテグレータ素子（例えば、蠅の眼レンズインテグレータ、インテグレータバー、またはその他の適するタイプの光ホモジナイザ）を用いることができる。色順次構成で画像を形成するため、光軸に沿って光インテグレータ素子に、一度に一色ずつ、光を向けるために、レンズを用いることができる。この場合、色合成素子の機能は光インテグレータを通して空間光変調器に、一度に１つずつ、それぞれの固体光源を向けることとすることができる。ディスプレイ表面に向けて光を導くために投影レンズを用いることができる。
【００６２】
光合波システムは光源の出力パワーを測定するためのセンサをさらに備えることができる。センサは、光源の出力パワーを安定化するため、制御エレクトロニクスに組み込むことができる。センサは、入射するか、通されたかまたは反射された光ビームの光路を妨害しない場所で、固体透明材料素子の一方に、またはいずれにも、取り付けることができる。センサは、例えば、本発明の色合成素子の固体透明材料素子の、一方のまたは両方の、無コーティング面に取り付けることができる。センサは迷光または不完全反射光を検出することでパワーを測定することができる。光合波システムに備えられるそれぞれの光源についてパワーを測定することができる。
【００６３】
本発明の色合成素子に用いられる固体透明材料素子は、コスト、屈折率及びコーティングに対する適合性を含む、多くの要因に基づいて選ばれる。材料の屈折率は、レーザ源からの光の入射角に関わるから、重要である。材料の屈折率は、例えば、固体光源の角度位置決めにおける要因である。
【００６４】
ダイクロイック材料でコーティングされる固体透明材料素子の表面は平坦である。光源からの光は色合成素子の他の無コーティング面には入射しないため、この素子の他の表面は、例えば実装または取付けに有用であり得るであろう、ある程度の湾曲または他の形状を有するような、平坦以外とすることができる。いくつかの実施形態においては研削ガラス表面が許容され得る。
【００６５】
本発明のいくつかの好ましい実施形態を特に参照して詳細に説明したが、当業者には、上述したような、及び添付される特許請求の範囲に示されるような、本発明の範囲内で、本発明の範囲を逸脱することなく、変形及び改変が実施され得ることが理解されるであろう。例えば、上記説明は主にレーザダイオードに向けられているが、本発明の色合成素子は、別のタイプのレーザを含む、別のカラー光源とともに、及び、画像形成または光合成に必要なその他の機能に適する波長帯で発光するようにエネルギーを与えることができる固体光源とともに、利用され得るであろう。複数の発光体のアレイを用いることができよう。一般に、この手法は、ビーム幅が狭い、十分にコリメートされた光を供給する光源を用いることで最善にはたらくであろう。本発明の色合成素子はカラーコンバイナの前面受光面における入射の前に空間光変調器によって変調されることはない照光混合について説明されるが、この手法は、代わりに、それぞれのカラーチャネルで個別の変調器アレイを用いて既に変調されている光を合成するために用いることができよう。しかし、変調された光の合成に対しては、それぞれのカラーチャネル内のひずみはかなり異なり得るから、先述したような直接レーザ変調を用いて変調された光に対する以外に、いくつかの実施上の制約があり得る。示された実施形態例が赤色チャネル、緑色チャネル及び青色チャネルを説明し、特定の色を通すかまたは反射するように作製されたダイクロイック面の特定の配置を示すことにも注意すべきである。しかし、これらの例は特定の実施形態を説明することが目的とされ、限定ではない。ダイクロイック面挙動に対する、例えば、様々な図における色指定を交換する、及び反射されたか通された色の異なる配置または従来の赤色波長帯、緑色波長帯及び青色波長帯とは異なる波長帯を可能にする、別の色合成が用いられ得るであろう。
【００６６】
したがって、提供されるのは、画像形成装置において第１、第２及び第３の波長帯の光を合成するための装置及び方法である。
【００６７】
別途に明白に言明されない限り、本明細書に述べられるいかなる方法もその工程が特定の順序で実施されることが必要であると解されることは全く意図されていない。したがって、方法請求項が、その工程がしたがうべき順序を実際に挙げていないか、そうではなくとも、工程が特定の順序に限定されるべきであることが請求項または説明内で特に言明されていない場合、いかなる特定の順序も推定されることは全く意図されていない。
【００６８】
本発明の精神または範囲を逸脱することなく様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。当業者には、本発明の精神及び実質を組み込んでいる開示された実施形態の改変、組合せ、サブ組合せ及び変形が思い浮かび得るから、本発明は添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に全てを含むと解されるべきである。
【００６９】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７０】
実施形態１
光合波システムにおいて、
色合成素子、
第１の表面及び第２の表面を有する第１の固体透明材料素子、
第３の表面及び第４の表面を有する第２の固体透明材料素子、
前記第１の表面上に配された第１のコーティング、
前記第２の表面上または前記第３の表面上に配された第２のコーティング、及び
前記第４の表面上に配された第３のコーティング、
を有する色合成素子と、
第１の波長帯を含む第１の光ビームを前記第１のコーティング上に向ける第１の光源を有する第１のカラーチャネルと、
第２の波長帯を含み、前記第１の光ビームに平行である第２の光ビームを前記第１のコーティング上に向ける第２の光源を有する第２のカラーチャネルと、
第３の波長帯を含み、前記第２の光ビームに平行である第３の光ビームを前記第１のコーティング上に向ける第３の光源を有する第３のカラーチャネルと、
を備え、
前記第１のコーティングは、前記第１の波長帯を反射し、前記第２の波長帯及び前記第３の波長帯を通す、
前記第２のコーティングは、前記第２の波長帯を反射し、前記第３の波長帯を通す、及び
前記第３のコーティングは前記第３の波長帯を反射する、
光合波システム。
【００７１】
実施形態２
前記第２のコーティングが前記第２の表面及び前記第３の表面と直接に接している、実施形態１に記載の光合波システム。
【００７２】
実施形態３
前記第１の固体透明材料素子及び前記第２の固体透明材料素子がガラスまたはプラスチックを含む、実施形態１または２に記載の光合波システム。
【００７３】
実施形態４
前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム及び前記第３の光ビームの内の第１が赤色光を含み、前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム及び前記第３の光ビームの内の第２が青色光を含み、前記第１の光ビーム、前記第２の光ビーム及び前記第３の光ビームの内の第３が緑色光を含む、実施形態１から３のいずれかに記載の光合波システム。
【００７４】
実施形態５
前記第１の光ビームが赤色光を含み、前記第２の光ビームが青色光を含み、前記第３の光ビームが緑色光を含む、実施形態４に記載の光合波システム。
【００７５】
実施形態６
前記第１の波長帯の波長範囲、前記第２の波長帯の波長範囲及び前記第３の波長帯の波長範囲が重なり合っていない、実施形態１から４のいずれかに記載の光合波システム。
【００７６】
実施形態７
前記第１の光源、前記第２の光源及び前記第３の光源が平行である、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００７７】
実施形態８
前記第１の光源、前記第２の光源及び前記第３の光源が固体光源である、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００７８】
実施形態９
前記反射された第１の波長帯、前記反射された第２の波長帯及び前記反射された第３の波長帯が同軸である、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００７９】
実施形態１０
前記第３のコーティングが前記第２の表面上に配される、実施形態１に記載の光合波システム。
【００８０】
実施形態１１
前記第１の表面及び前記第２の表面が平行である、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００８１】
実施形態１２
前記第３の表面及び前記第４の表面が平行である、実施形態１１に記載の光合波システム。
【００８２】
実施形態１３
前記第１の表面及び前記第４の表面が平行である、実施形態１２に記載の光合波システム。
【００８３】
実施形態１４
前記反射された第１の波長帯、前記反射された第２の波長帯及び前記反射された第３の波長帯を受け取るために配された光インテグレータをさらに備える、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００８４】
実施形態１５
前記反射された第１の波長帯、前記反射された第２の波長帯及び前記反射された第３の波長帯をディスプレイ表面に向けるために配された投影光学系をさらに備える、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００８５】
実施形態１６
前記反射された第１の波長帯、前記反射された第２の波長帯及び前記反射された第３の波長帯を受け取るために配された光変調器をさらに備える、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００８６】
実施形態１７
前記光変調器が、デジタルマイクロミラーアレイ、液晶素子及びスキャナからなる群から選ばれる、実施形態１６に記載の光合波システム。
【００８７】
実施形態１８
前記第１の固体透明材料素子及び前記第２の固体透明材料素子が間隙で隔てられている、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【００８８】
実施形態１９
前記間隙が光学的に透明な材料で埋められている、実施形態１８に記載の光合波システム。
【００８９】
実施形態２０
前記第３のコーティングが反射性金属材料を含む、実施形態１から６のいずれかに記載の光合波システム。
【符号の説明】
【００９０】
１０    Ｘキューブ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ    Ｘキューブの分割プリズム素子
１２ａ，１２ｂ    内部交差ダイクロイック界面
１４ｂ，１４ｇ，１４ｒ    固体光源
２０    色合成素子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ    プリズム素子
２２ａ，２２ｂ    平ダイクロイック界面
６４    コリメートレンズ
７０    フィリップスプリズム
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ    フィリップスプリズムの分割プリズム素子
７２    空隙
１００    光合波システム
１０５，１２５，１４５    固体レーザ
１１０    赤色ビーム
１１２    反射された赤色ビーム
１１５，１３５，１５５    コリメートレンズ
１３０    青色ビーム
１３２    通された青色ビーム
１３４    反射された青色ビーム
１５０    緑色ビーム
１５２    通された緑色ビーム
１５４    反射された緑色ビーム
１６０    光合成素子
１６２    前面
１６４、１６６    中間面
１６５，１７０，２３０，２４０    固体透明材料素子
１６８    背面
１８０    出力ビーム
２３２，２３４，２４２，２４４    受光面
ＣＳ１，ＣＳ２    ビームプロファイル
ＯＡ    光軸
【図１Ａ】
2017502335.tif 000003
【図１Ｂ】
2017502335.tif 000004
【図２】
2017502335.tif 000005
【図３】
2017502335.tif 000006
【図４Ａ】
2017502335.tif 000007
【図４Ｂ】
2017502335.tif 000008
【図５】
2017502335.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
2017502335.tif 000012
【国際調査報告】
2017502335.tif 000013
2017502335.tif 000014
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