CN102282498A - 合色器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了光学元件、使用该光学元件的合色器以及使用该合色器的图像投影仪。该光学元件可构造成下述合色器，该合色器接收不同波长谱的光并且产生包括不同波长谱的光的组合输出光。在一个方面，所接收的输入光为非偏振的，并且组合输出光是在所需状态偏振的。在一个方面，所接收的输入光为非偏振的，并且组合输出光也为非偏振的。该光学元件被构造用于使可对合光器中的波长敏感型部件造成损害的光的通过降至最低。使用该合色器的图像投影仪可包括通过反射或透射偏振光工作的成像模块。

Description

合色器

背景技术

用于将图像投影到屏幕上的投影系统可使用多色光源，例如发光二极管(LED)，其具有不同颜色以生成照明光。在LED和图像显示单元之间设置若干光学元件，用于将来自LED的光混合并转移到图像显示单元。图像显示单元可以使用多种方法来将图像施加到光上。例如，正如透射型或反射型液晶显示器一样，图像显示单元可以利用偏振。

用于将图像投影在屏幕上的其它投影系统可使用被构造用于从数字微反射镜阵列进行成影像反射的白光，该数字微反射镜阵列(例如)为用于Texas Instruments的数字光处理器

显示器中的阵列。在

显示器中，数字微反射镜阵列内的各个反射镜表示投影图像的各个像素。当对应的反射镜倾斜以使得入射光导向到投影的光路时，显示像素被照明。安置在光路内部的旋转色轮被定时为对来自数字微反射镜阵列的光进行反射，从而使得反射的白光经过滤来投射与像素对应的颜色。然后，数字微反射镜阵列切换到下一个需要的像素颜色，并且这个过程以非常迅速的速度继续进行，从而使得整个投影的显示内容看起来被持续照亮。数字微反射镜投影系统需要较少的像素化阵列部件，这可能形成较小尺寸的投影仪。

图像亮度是投影系统的重要参数。彩色光源的亮度以及将集光、组合光、均质化光及将光递送到图像显示单元的效率均会影响亮度。由于现代投影仪系统的尺寸减小，因此在将彩色光源产生的热保持在低水平(可以在小型投影仪系统中扩散)的同时需要保持足够的输出亮度水平。需要光组合系统以更高的效率组合多个彩色光，从而得到具有足够亮度水平的输出光，而光源的功耗不能过大。

发明内容

一般来讲，本说明书涉及光学元件、使用所述光学元件的合色器和使用所述合色器的图像投影仪。在一个方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括反射型偏振器层合体，其具有设置在第一延迟片和第二延迟片之间的反射型偏振器，其中反射型偏振器设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交，以使得第一和第二光束被组合成组合椭圆偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置在第一延迟片和第二延迟片之间的第一反射型偏振器，其中第一反射型偏振器设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置在第三延迟片和第四延迟片之间的第二反射型偏振器，其中第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与来自第一反射型偏振器层合体的反射的第一和第二光束相交。光学元件另外还包括第一反射器和第二反射器，该第一反射器设置为使得垂直于第一反射器的线以成大约45度角与第一反射型偏振器相交，该第二反射器设置为使得垂直于第二反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器相交，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及第一和第二反射器配合，以使得第一和第二光束被组合成组合椭圆偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置在第一延迟片和第二延迟片之间的第一反射型偏振器，其中第一反射型偏振器设置为以成大约45度角与第一光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置在第三延迟片和第四延迟片之间的第二反射型偏振器，其中第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与来自第一反射型偏振器层合体的第二光束相交。光学元件另外还包括第一反射器和第二反射器，该第一反射器设置为使得垂直于第一反射器的线以成大约45度角与第一反射型偏振器相交，该第二反射器设置为使得垂直于第二反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器相交，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及第一和第二反射器配合，以使得第一和第二光束被组合成组合椭圆偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中第一延迟片设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中第二延迟片设置为以成大约45度角与来自第一反射型偏振器层合体的反射的第一和第二光束相交。光学元件另外还包括设置在第一延迟片和第二延迟片之间的半波长延迟片，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及半波长延迟片配合，以使得第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中第一延迟片设置为以成大约45度角与第一光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中第二延迟片设置为以成大约45度角与第二光束相交。光学元件另外还包括设置在第一延迟片和第二延迟片之间的半波长延迟片，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及半波长延迟片配合，以使得第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中第一延迟片设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中第二延迟片设置为以成大约45度角与来自第一反射型偏振器层合体的透射的第一光束和第二光束相交。光学元件另外还包括反射器，其设置为使得垂直于反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器相交，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及反射器配合，以使得第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中第一延迟片设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中第二延迟片设置为以成大约45度角与第二光束相交。光学元件另外还包括反射器，其设置为使得垂直于反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器相交，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及反射器配合，以使得第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中第一延迟片设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与透射的第一线性偏振态的第一和第二第三光束相交。光学元件另外还包括第一反射器和第二反射器，该第一反射器设置为使得垂直于第一反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器层合体相交，该第二反射器设置为使得垂直于第二反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器层合体相交，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及第一和第二反射器配合，以使得第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

在另一方面，本发明提供了包括第一颜色选择型二向色滤光器和第二颜色选择型二向色滤光器的光学元件，该第一颜色选择型二向色滤光器具有第一输入表面且设置为透射垂直于第一输入表面的第一光束，该第二颜色选择型二向色滤光器具有第二输入表面且设置为透射垂直于第二输入表面的第二光束。光学元件还包括第一反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中第一延迟片设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；和第二反射型偏振器层合体，其具有设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与透射的第一线性偏振态的第一光束相交。光学元件另外还包括第一反射器和第二反射器，该第一反射器设置为使得垂直于第一反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器层合体相交，该第二反射器设置为使得垂直于第二反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器层合体相交，其中第一和第二反射型偏振器层合体以及第一和第二反射器配合，以使得第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。在另一方面，本发明提供了包括该光学元件的合色器。在另一方面，本发明提供了包括成像面板和该合色器的显示系统。

本专利申请的这些方面和其他方面通过下文的具体描述将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。

附图说明

整个说明书中都参考了附图，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中：

图1为偏振分束器的透视图；

图2为具有四分之一波长延迟片的偏振分束器的透视图；

图3为具有抛光表面的偏振分束器的俯视示意图；

图4为偏振分束器的透视图；

图5为反射型偏振器层合体的横截面示意图；

图6为合色器的俯视示意图；

图7为合色器的俯视示意图；

图8为合色器的俯视示意图；

图9为合色器的俯视示意图；

图10为合色器的俯视示意图；

图11为合色器的俯视示意图；

图12A-12H为工序的示意图；并且

图13是投影仪的示意图。

附图未必按比例绘制。在附图中使用的相同的标号表示相同的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同标号标记的部件。

具体实施方式

典型的合色器包括夹在棱镜表面和二向色涂层之间的四分之一波长延迟薄膜，以用于输入至合色器的各个单个颜色。四分之一波长延迟片单独地由双折射材料制备，并且可不适于直接涂布高精度二向色层。因此，二向色涂层中的每一个不得不在单独基材上制备，并且通过层合将二向色涂布的基材装配到棱镜表面上。这些额外的部件和处理步骤可为合色器组件增加相当大的成本。

在一个方面，本发明减少了制造合色器(CC)所需的部件的数量。将四分之一波长薄膜从CC立方体的表面移到对角平面中。这允许将二向色涂层直接涂覆至棱镜基材，形成CC立方体。此外，已通过在位于对角平面处的反射型偏振器的两个侧面上层合，将三个独立的四分之一薄膜减少至两个薄膜。CC系统的输出偏振也为圆形的，导致较高的亮度均匀性，因为后续光学件不处理单个的s偏振和p偏振；相反，s偏振和p偏振均以类似程度存在，即为椭圆或圆偏振态。

在一个具体实施例中，本文所述的组合合色器可(例如)因减少所需部件的数量和简化组装过程而显著降低制造成本。在一些情况下，自动化机械可完成下述步骤，例如将反射型偏振器和四分之一波长延迟片拾取和放置到棱镜上、以及在层与层之间分配光学粘合剂。在一些情况下，可首先将四分之一波长延迟片/偏振/四分之一波长延迟片叠堆层合在一起，随后将其设置在具有光学粘合剂的CC棱镜之间。

本文描述的光学元件可以被构造为合色器，该合色器接收不同波长谱的光并且产生包括不同波长谱的光的组合输出光。在一个方面，所接收的输入光为非偏振的，并且组合输出光是在所需状态偏振的。在一个实施例中，将具有非所需偏振态的所接收的光进行再循环并且旋转至所需的偏振态，以提高光利用效率。组合光可以是具有不止一种波长谱的光的多色组合光。组合光可以是每个所接收光的按时间排序的输出。在一个方面，不同波长谱的光中的每一个对应不同的色光(如，红光、绿光和蓝光)并且组合输出光是白光或者按时间排序的红光、绿光和蓝光。为了本文说明的目的，“彩色光”和“波长谱光”都旨在意指具有可与特定颜色(如果肉眼可见)相关的波长谱范围的光。更普通的术语“波长谱光”是指可见的和其他波长谱的光，其包括，例如，红外光。

同样为了本文说明的目的，术语“与所需偏振态对准”旨在涉及光学元件的透光轴与穿过光学元件的光的所需偏振态(即，诸如s偏振、p偏振、右圆偏振、左圆偏振等等之类的所需偏振态)对准。在本文参照附图所述的一个实施例中，与第一偏振态对准的光学元件(例如偏振器)是指下述取向的偏振器，即通过p偏振态的光、并且反射或吸收第二偏振态(在这种情况下为s偏振态)的光。应当理解，如果需要，偏振器可相反对准成通过s偏振态的光、并且反射或吸收p偏振态的光。

同样为了本文说明的目的，术语“面向”是指设置一个元件使得元件表面的垂直线沿着同样垂直于其他元件的光程。一个面向另一个元件的元件可包括邻近彼此设置的元件。一个面向另一个元件的元件还包括元件，该元件被光学分离以便垂直于一个元件的光线同样垂直于另一个元件。

当将两个或两个以上的非偏振色光导向至光学件时，各个光根据通过一个或多个反射型偏振器产生的偏振而被分离。根据下述的一个实施例，色光组合系统从不同颜色的非偏振光源接收非偏振光，并且产生沿一个所需状态偏振的组合输出光。在一个方面，两个、三个、四个或更多个接收色光根据通过光学元件中反射型偏振器产生的偏振(如s偏振和p偏振或右或左圆偏振)分别进行分离。将一个偏振态的接收光进行再循环，以变为所需的偏振态。

根据一个方面，光学元件包括反射型偏振器，该反射型偏振器定位成使得来自三色光中的每一个的光以成大约45度角与该反射型偏振器相交。该反射型偏振器可为任何已知的反射型偏振器，例如麦克尼尔偏振器、线栅偏振器、多层光学膜偏振器或诸如胆甾型液晶偏振器之类的圆偏振器。根据一个实施例，多层光学膜偏振器可优选为反射型偏振器。

多层光学膜偏振器可包括用于与不同波长范围的光相互作用的不同层“组”。例如，一体多层光学膜偏振器在整个膜厚度上可包括若干层“组”，每个组与不同波长范围(如颜色)的光相互作用以反射一个偏振态并且透射其他偏振态。在一个方面，多层光学膜可具有第一层组、第二层组和第三层组，第一层组邻近膜的第一表面并且与(例如)蓝色光相互作用(即，“蓝层”)，第二层组与(例如)绿色光相互作用(即，“绿层)，且第三层组邻近膜的第二表面并且与(例如)红色光相互作用(即，“红层”)。通常，“蓝层”中的层之间的间距远小于“红层”中的层之间的间距，以便与较短(和较高能量)的蓝色波长的光相互作用。

聚合物多层光学膜偏振器可为尤其优选的反射型偏振器，其可包括上文所述的膜层组。通常，较高能量波长的光(例如蓝光)会不利地影响膜的老化稳定性，并且至少由于此原因，优选最小化蓝光与反射型偏振器相互作用的次数。另外，蓝光与膜相互作用的特性影响不利老化的严重程度。蓝光穿过膜的透射与从“蓝层”(即薄层)侧进入的蓝光的反射相比，通常对膜具有较小的损害。另外，从“蓝层”侧进入膜的蓝光的反射与从“红层”(即，厚层)侧进入的蓝光的反射相比，对膜具有较小的损害。

反射型偏振器可设置在两个棱镜的对角面之间，或者其可为诸如保护膜之类的自立式膜。在一些实施例中，当将反射型偏振器设置在两个棱镜(如偏振分束器(PBS))之间时，光学元件的光利用效率得到改善。在该实施例中，穿过PBS传播的光中原本会在光程中损失的一些光可以经历棱面的全内反射(TIR)并且再加入光程。至少由于此原因，下面的描述涉及其中反射型偏振器设置在两个棱镜的对角面之间的光学元件；然而，应当理解，当PBS用作护膜时，它可以相同的方式作用。在一个方面，PBS棱镜的所有外表面被高度抛光，使得进入PBS的光经历TIR。以此方式，光包含在PBS内并且光部分均质化。

根据一个方面，将诸如颜色选择型二向色滤光器之类的波长选择型滤光器设置在来自不同彩色光源中的每一个的输入光的路径中。颜色选择型二向色滤光器中的每一个设置为使输入光束以接近垂直入射的角度与滤光器相交，以使s及p偏振光的分离降至最低，并且还使色移降至最低。颜色选择型二向色滤光器中的每一个都选择为透射具有邻近输入光源的波长谱的光，并反射具有其他输入光源中的至少一个的波长谱的光。在一些实施例中，颜色选择型二向色滤光器中的每一个都选择为透射具有邻近输入光源的波长谱的光，并反射具有所有其他输入光源中的波长谱的光。在一个方面，颜色选择型二向色滤光器中的每一个都相对反射型偏振器设置，以使得接近垂直每个颜色选择型二向色滤光器的表面的输入光束以成大约45度的相交角与反射型偏振器相交。颜色选择型二向色滤光器的表面的法线是指垂直穿过颜色选择型二向色滤光器的表面的线；接近垂直是指距法线变化小于约20度或者优选距法线小于约10度。在一个实施例中，与反射型偏振器的相交角的范围为约25度至65度；35度至55度；40度至50度；43度至47度；或44.5度至45.5度。

在一个方面，非所需偏振态的输入光通过下述方式转换成所需偏振态，即将其导向至延迟片和颜色选择型二向色滤光器，在此处所述输入光借助穿过延迟片两次而反射并改变偏振态。在一个实施例中，延迟片设置在从每束输入光到棱面的光路内，以使来自一个光源的光在进入PBS棱面之前穿过颜色选择型二向色滤光器和延迟片。具有非所需偏振态的光通过在从至少第二颜色选择型二向色滤光器反射之前和之后穿过至少第二延迟片两次进行转换，从而变为所需的偏振态。

在一个实施例中，延迟片设置在颜色选择型二向色滤光器和反射型偏振器之间。颜色选择型二向色滤光器、延迟片和光源取向的特定组合共同配合，以得到更小、更紧凑的光学元件，该光学元件在构造成合色器时可有效地产生单一偏振态的组合光。根据一个方面，延迟片为以相对于反射型偏振器的偏振态成大约45度对准的四分之一波长延迟片。在一个实施例中，对准可为相对于反射型偏振器的偏振态成30至60度；40度至50度；43度至47度；或44.5到45.5度。

在一个方面，第一色光包括非偏振蓝光，第二色光包括非偏振绿光且第三色光包括非偏振红光，并且色光组合器组合红光、蓝光和绿光以产生偏振白光。在一个方面，第一色光包括非偏振蓝光，第二色光包括非偏振绿光且第三色光包括非偏振红光，并且色光组合器组合红光、绿光和蓝光以产生按照时序的偏振红光、绿光和蓝光。在一个方面，第一、第二和第三色光中的每一束都以单独的光源设置。在另一方面，将三色光中的一个以上组合为光源中的一个。在另一方面，将多于三束色光在光学元件中组合以产生组合光。

根据一个方面，反射型偏振膜包括多层光学膜。在一个实施例中，PBS产生第一组合输出光，该第一组合输出光包括p偏振的第二色光以及s偏振的第一和第三色光。在另一个实施例中，PBS产生p偏振的第一和第三色光、以及s偏振的第二色光。第一组合输出光可穿过颜色选择型堆叠延迟滤光器，该颜色选择型堆叠延迟滤光器在第二色光穿过该滤光器时选择性地改变第二色光的偏振态。这种颜色选择多层延迟滤光器购自例如科罗拉多州博尔德市的ColorLink公司。所述滤光器产生第二组合输出光，该第二组合输出光包括组合成具有相同偏振态(例如如，s偏振)的第一、第二和第三色光。第二组合输出光可用于调节偏振光来产生图像的透射型或反射型显示机制中的照明。

当光束进入PBS时包括可为准直、会聚或发散的光线。在穿过PBS的表面或端面中的一个时，进入PBS的会聚光或发散光会产生损失。为了避免此类损失，基于棱镜的PBS的所有外表面都可被抛光，以能在PBS内产生全内反射(TIR)。TIR的产生提高了进入PBS的光的利用率，以便所有在角度范围内进入PBS的光基本上被重导向，从而通过所需的表面射出PBS。

每束色光的偏振分量都可传送至偏振旋转反射器。根据设置在偏振旋转反射器中的延迟片的类型和取向，偏振旋转反射器使光的传播方向转向，并且改变偏振分量的振幅。偏振旋转反射器可包括诸如颜色选择型滤光器之类的波长选择型反射镜、以及延迟片。延迟片可以提供任何所需的延迟，例如，八分之一波长延迟片、四分之一波长延迟片等。在本文所述的实施例中，使用四分之一波长延迟片和相关的二向色反射器是有利的。当穿过被对准成与光偏振轴成45°角的四分之一波长延迟片时，线偏振光变为圆偏振光。合色器中的反射型偏振器和四分之一波长延迟片/反射器的后续反射导致从合色器输出有效的组合光。相反，随着其穿过其他延迟片并取向，线偏振光部分变为在s偏振和p偏振(椭圆或线状)之间的偏振态，并可造成光组合器的低效率。一般来讲，延迟和取向的改变可导致椭圆偏振光；然而，为简便起见，本文包含的说明涉及圆偏振光，其应被理解为椭圆偏振光的理想情况。偏振旋转反射器通常包括颜色选择型二向色滤光器和延迟片。延迟片和颜色选择型二向色滤光器相对邻近光源的位置取决于偏振分量中的每一个的所需路径，并且在别处参照附图进行描述。在一个方面，反射型偏振器可为圆偏振器，例如胆甾型液晶偏振器。根据此方面，偏振旋转反射器可包括不具有任何相关的延迟片的颜色选择型二向色滤光器。

光学元件的部件，包括棱镜、反射型偏振器、四分之一波长延迟片、反射镜、滤光器或其他部件，都可通过合适的光学粘合剂粘合在一起。用于将部件粘合在一起的光学粘合剂具有的折射率小于或等于用于光学元件中的棱镜的折射率。完全粘合在一起的光学元件提供的优点包括：组装、处理和使用期间的定向稳定性。在一些实施例中，可利用光学粘合剂将两个相邻棱镜粘合在一起。在一些实施例中，一体光学部件可整合两个相邻棱镜中的光学件；如(例如)整合两个相邻三角形棱镜中的光学件的单个三角形棱镜，如在别处所述。

通过参照附图和下面的附图说明，上述的实施例可以更容易地理解。

图1为PBS的透视图。PBS 100包括设置在棱镜110和120的对角面之间的反射型偏振器190。棱镜110包括两个端面175、185，以及在两个端面之间的具有90°角的第一和第二棱面130、140。棱镜120包括两个端面170、180，以及在其间具有90°角的第三和第四棱面150、160。第一棱面130与第三棱面150平行，第二棱面140与第四棱面160平行。采用“第一”、“第二”、“第三”和“第四”标识图1所示的四个棱面，仅用于使下面的讨论中对PBS 100的描述更清楚。第一反射型偏振器190可以是笛卡尔反射型偏振器或非笛卡尔反射型偏振器。非笛卡尔反射型偏振器，例如麦克尼尔偏振器，可包括多层无机膜，例如由无机电介质顺序沉积而产生的那些。笛卡尔反射型偏振器具有偏振轴状态，并且包括线栅偏振器和聚合物多层光学薄膜，该聚合物多层光学薄膜例如可通过对多层聚合层合物进行挤出并且随后进行拉伸而制备。在一个实施例中，反射型偏振器190定向为使得一个偏振轴与第一偏振态195平行，并且与第二偏振态196垂直。在一个实施例中，第一偏振态195可为s偏振态，并且第二偏振态196可为p偏振态。在另一个实施例中，第一偏振态195可为p偏振态，并且第二偏振态196可为s偏振态。如图1所示，第一偏振态195垂直于端面170、175、180、185中的每一个。

笛卡尔反射型偏振膜使偏振分束器能够以高效率使不完全准直的以及从中心光束轴发散或偏斜的输入光线通过。笛卡尔反射型偏振膜可以包括具有多层的电介质或聚合物材料的聚合物多层光学膜。电介质膜的使用可以具有低光衰减和高透光效率的优势。多层光学膜可以包括聚合物多层光学膜，例如在美国专利5,962,114(Jonza等人)或美国专利6,721,096(Bruzzone等人)中所述的那些。

图2为在一些实施例中使用的四分之一波长延迟片与PBS对准的透视图。四分之一波长延迟片可用于改变入射光的偏振态。PBS延迟片系统200包括具有第一棱镜110和第二棱镜120的PBS 100。四分之一波长延迟片220设置为与第一棱面130相邻。反射型偏振器190为(例如)与第一偏振态195对准的笛卡尔反射型偏振膜。四分之一波长延迟片220包括可与第一偏振态195成45°对准的四分之一波长偏振态295。尽管图2示出的偏振态295在顺时针方向上与第一偏振态195成45°对准，但偏振态295可相反在逆时针方向上与第一偏振态195成45°对准。在一些实施例中，四分之一波长偏振态295可相对于第一偏振态195成任何角度取向对准，例如从逆时针方向的90°到顺时针方向的90°。将延迟片以大约+/-45°取向是有利的，因为当线偏振光穿过相对于偏振态这样对准的四分之一波长延迟片时产生圆偏振光。在从反射镜反射时，四分之一波长延迟片的其他取向会导致s偏振光未完全转换为p偏振光以及p偏振光未完全转换为s偏振光，从而造成在本说明书别处所述的光学元件的效率降低。

图3示出了抛光PBS 300内的光线路径的俯视图。根据一个实施例，棱镜110和120的第一、第二、第三和第四棱面130、140、150、160为抛光外表面。根据另一个实施例，PBS 100的所有外表面(包括未示出的端面)均为抛光的表面，其在抛光PBS 300内产生倾斜光线的TIR。抛光的外表面与具有比棱镜110和120的折射率“n₂”小的折射率“n₁”的材料接触。TIR提高了抛光PBS 300中的光利用率，尤其是当导向到抛光PBS 300内的光没有沿中心轴准直时，即入射光为会聚光或者发散光时。至少一些光由于全内反射捕获在抛光的PBS 300中，直至其通过第三棱面150离开。在一些情况下，基本上所有的光都由于全内反射捕获在抛光的PBS 300内，直至其通过第三棱面150离开。

如图3所示，光线L₀在角度θ₁的范围内进入第一棱面130。抛光的PBS 300内的光线L₁在角度θ₂的范围内传播，使得在棱面140、160和端面(未示出)满足TIR条件。光线“AB”、“AC”和“AD”表示通过抛光的PBS 300的多个光程中的三个，其在穿过第三棱面150射出之前以不同入射角与反射型偏振器190相交。另外光线“AB”和“AD”在射出之前均分别在棱面160和140经历TIR。应当理解，角度θ₁和θ₂的范围可以为角锥，以便还可在抛光的PBS 300的端面发生反射。在一个实施例中，反射型偏振器190被选择为在宽泛的入射角范围内有效地将不同偏振的光分离。聚合物多层光学膜特别适于在入射角的宽泛范围内分光。可以使用包括麦克尼尔偏振器和线栅偏振器在内的其他反射型偏振器，但是其在分离偏振光方面效率较低。麦克尼尔偏振器在显著不同于设计角的入射角下不会有效地透射光，该设计角通常关于偏振选择表面成45度，或垂直于PBS的入射面。利用麦克尼尔偏振器进行偏振光的有效分离可受距法线方向低于约6或7度的入射角的限制，因为在一些更大角度下可发生p偏振态的显著反射，并且在一些更大角度下也可发生s偏振态的显著透射。这两种影响均可降低麦克尼尔偏振器的分离有效性。利用线栅偏振器的偏振光的有效分离通常需要邻近线一侧的空气间隙，并且当线栅偏振器沉浸在较高折射率介质中时效率下降。用于分离偏振光的线栅偏振器示于例如PCT公开WO 2008/1002541中。

在一个方面，图4为PBS 400的透视图，该PBS 400包括如在别处所述的第一棱镜110和第二棱镜120、以及设置于它们之间的对角面上的反射型偏振器层合体490。在一个具体实施例中，反射型偏振器层合体490包括设置在第一四分之一波长延迟片220和第二四分之一波长延迟片220’之间的反射型偏振器190。

在一个方面，图4为PBS 400的透视图，该PBS 400包括如在别处所述的第一棱镜110和第二棱镜120、以及设置于它们之间的对角面上的反射型偏振器层合体390。在一个具体实施例中，反射型偏振器层合体390包括设置在反射型偏振器190和第一棱镜110的对角表面之间的第一四分之一波长延迟片220，并且第二四分之一波长延迟片220’被省去。

反射型偏振器190可与第一偏振方向195对准，并且第一和第二四分之一波长延迟片可与第一偏振方向195成角“θ”对准。在一个具体实施例中，四分之一波长延迟片中的每一个与第一偏振方向195成角θ＝+/-45度对准，如在别处所述。在一些情况下，可改变延迟薄膜(通常为四分之一波长板或QWP)相对反射型偏振器慢轴(偏振方向)的延迟和取向以解决玻璃中的45度浸没入射角。可计算45度浸没入射角下的最佳QWP参数，并且可比较最佳设计相对运行在45度浸没入射角下的常规垂直入射QWP设计的效率增益。

可使用常规光学建模软件对使用45度浸没玻璃入射角下的QWP的CC效率进行建模。在一些情况下，四分之一波长延迟片可相对于反射型偏振器的偏振态成大约45度对准。在一个实施例中，对准可为相对于反射型偏振器的偏振态成30至60度；40度至50度；43度至47度；或44.5到45.5度。在一个具体实施例中，对于QWP/偏振器/QWP层合体，从θ＝+/-45度偏离约11度取向的偏移值可导致效率改善。在此实施例中，QWP相对于反射型偏振器的对准可为约θ＝+/-34度。在一些情况下，QWP膜也可制成较厚，以便从四分之一波长(90度延迟)延迟增加至大于90度延迟，例如，以解决因45度浸没入射角导致的变化。在一些情况下，延迟可产生大约四分之一波长延迟(即，90度延迟)，例如90度+/-10％延迟。在一些情况下，延迟片可提供大约90度至大约120度的延迟。

在一个具体实施例中，图5为穿过反射型偏振器层合体490的光路500的横截面示意图，其中示出了与非偏振光541的相互作用。光路500中所示的细节可用于更好地理解涉及合色的下述图6-11。光路500包括第一和第二宽带反射镜(550、560)、第三四分之一波长延迟片570、以及反射型偏振器层合体490。反射型偏振器层合体490包括相对于第一偏振方向195进行设置的设置在第一和第二四分之一波长延迟片(220、220’)之间的反射型偏振器190，如在别处所述。

参照图5来描述非偏振光541的路径。非偏振光541在离开第三四分之一波长延迟片570之后变为组合的p偏振光548和s偏振光549。根据反射型偏振器层合体490内的部件的特性和取向，如在别处所述，组合的p偏振光548和s偏振光549可认为是“非偏振的”，或者可保留某些程度的偏振(椭圆或线性)。

非偏振光541以成大约45度角与反射型偏振器层合体490相交，并且穿过第二四分之一波长延迟片220’，在位置541’处与反射型偏振器190相交，在该处其分离成位置541’处的s偏振分量和位置541’处的p偏振分量。

位置541’处的s偏振分量从反射型偏振器190反射、随着其穿过第二四分之一波长延迟片220’变为s圆偏振光543，并且随着其穿过第三四分之一波长延迟片570变为p偏振光548。

位置541’处的p偏振分量穿过反射型偏振器190并且在穿过第一四分之一波长延迟片220之后变为p圆偏振光542。P圆偏振光542从第二宽带反射镜560反射从而改变圆偏振方向、并且在位置544’处变为s偏振光。位置544’处的s偏振光从反射型偏振器190反射、随着其穿过第一四分之一波长延迟片220变为s圆偏振光545、从第一宽带反射镜550反射从而改变圆偏振方向、并且在穿过第一四分之一波长延迟片220之后变为位置546’处的p偏振光。位置546’处的p偏振光穿过反射型偏振器190并且在穿过第二四分之一波长延迟片220’之后变为p圆偏振光547。p圆偏振光547穿过第三四分之一波长延迟片570并且变为s偏振光549。

在一个方面，图6为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成包括PBS 400的合色器600。合色器600可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一、第二和第三光源(640、650、660)发射的各种偏振态的光线的路径示于图6中，以更清晰地示出合色器600的各个部件的功能。PBS 400包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间的反射型偏振器层合体490，如在别处所述。

第一、第二和第三波长选择型滤光器(610、620、630)设置为分别面向第三、第二和第一棱面(150、140、130)。第一、第二和第三波长选择型滤光器(610、620、630)中的每一个均可为颜色选择型二向色滤光器，其被选择用于分别透射第一、第二和第三波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个具体实施例中，颜色选择型二向色滤光器中的每一个可紧邻相应棱面，例如直接涂布在棱面上。在一个方面，反射型偏振器层合体490可包括聚合物多层光学膜。

颜色选择型二向色滤光器(610、620、630)和反射型偏振器层合体490配合，以通过第四棱面160透射组合光。各个非偏振输入光分离成p圆偏振和s圆偏振分量，所述分量通过第四棱面160进行重新组合。在一些情况下，反射型偏振器层合体中的部件的特性、对准和效率可导致某种偏振(即，椭圆或圆)的组合光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器600中的各个延迟片220均为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一、第二和第三光源(640、650、660)中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，以便提供将光源与偏振分束器分开的间距，以及提供某一准直的光。光隧道可具有直的或弯曲的侧面，或者其可被透镜系统代替。根据每种应用的具体详情，可以优选不同的方法，并且本领域的技术人员将会很容易为具体的应用选择最佳的方法。

可在合色器600的输出端提供任选积分器(未示出)，以提高组合输出光的均匀度。根据一个方面，每个光源(640、650、660)包括一个或多个发光二极管(LED)。可以结合合适的集光器或反射器来使用各种光源，例如激光器、激光二极管、有机LED(OLED)和诸如超高压(UHP)卤素灯或氙灯的非固态光源。可用于本发明的光源、光隧道、透镜和光积分器进一步地描述于(例如)公开的美国专利申请号US2008/0285129中，该专利申请的公开内容以其全文并入到本文中。

现在将参照图6来描述第一色光641的路径，其中非偏振的第一色光641以p圆偏振的第一色光645和s圆偏振的第一色光643离开第四棱镜面160。

第一光源640使非偏振的第一色光641通过第一颜色选择型二向色滤光器610注入、通过第三棱面150进入PBS 400、与反射型偏振器层合体490相交、并且分离成反射的s圆偏振的第一色光643和透射的p圆偏振的第一色光642。反射的s圆偏振的第一色光643以s圆偏振的第一色光643离开第四棱面160。

透射的p圆偏振的第一色光642离开反射型偏振器层合体490、从第三颜色选择型二向色滤光器630反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第一色光642以反射的s圆偏振的第一光644离开反射型偏振器层合体490。s圆偏振的第一光644从第二颜色选择型二向色滤光器620反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第一色光644以透射的p圆偏振的第一色光645离开反射型偏振器层合体490、并且以p圆偏振的第一色光645穿过第四棱面160。

现在将参照图6来描述第二色光651的路径，其中非偏振的第二色光651以p圆偏振的第二色光652和s圆偏振的第一色光655离开第四棱面160。

第二光源650使非偏振的第二色光651通过第二颜色选择型二向色滤光器620注入、通过第二棱面140进入PBS 400、与反射型偏振器层合体490相交、并且分离成反射的s圆偏振的第二色光653和透射的p圆偏振的第二色光652。透射的p圆偏振的第二色光652以p圆偏振的第二色光652离开第四棱面160。

反射的s圆偏振的第二色光653从第三颜色选择型二向色滤光器630反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第二色光653以透射的p圆偏振的第二色光654离开反射型偏振器层合体490、从第一颜色选择型二向色滤光器610反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第二色光654以反射的s圆偏振的第二色光655离开反射型偏振器层合体490、并且以s圆偏振的第二色光655穿过第四棱面160。

现在将参照图6来描述第三色光661的路径，其中非偏振的第三色光661以p圆偏振的第三色光665和s圆偏振的第三色光664离开第四棱面160。

第三光源660使非偏振的第三色光661通过第三颜色选择型二向色滤光器630注入、通过第一棱面130进入PBS 400、与反射型偏振器层合体490相交、并且分离成反射的s圆偏振的第三色光663和透射的p圆偏振的第三色光662。

反射的s圆偏振的第三色光663从第二颜色选择型二向色滤光器620反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第三色光663以透射的p圆偏振的第三色光665离开反射型偏振器层合体490、并且以p圆偏振的第三色光665穿过第四棱面160。

透射的p圆偏振的第三色光662从第一颜色选择型二向色滤光器610反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第三色光662以反射的s圆偏振的第三色光664离开反射型偏振器层合体490、并且以s圆偏振的第二色光664穿过第四棱面160。

在一个实施例中，第一色光641为绿光，第二色光651为红光，并且第三色光661为蓝光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器610为反射红和蓝(即，洋红)光且透射绿光的二向色滤光器；第二颜色选择型二向色滤光器620为反射绿和蓝光且透射红光的二向色滤光器；并且第三颜色选择型二向色滤光器630为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器。

在一个方面，图7为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成包括PBS 400的合色器700。合色器700可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一、第二和第三光源(740、750、760)发射的各种偏振态的光线的路径示于图7中，以更清晰地示出合色器700的各个部件的功能。PBS 400包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间的反射型偏振器层合体490，如在别处所述。

第一和第二波长选择型滤光器(710、720)设置为面向第一棱面130，并且第三波长选择型滤光器730设置为面向第二棱面140。宽带反射镜770设置为面向第三棱面150。第一、第二和第三波长选择型滤光器(710、720、730)中的每一个均可为颜色选择型二向色滤光器，其被选择用于分别透射第一、第二和第三波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个具体实施例中，颜色选择型二向色滤光器中的每一个和宽带反射镜可紧邻相应棱面，例如直接涂布在棱面上。在一个方面，反射型偏振器层合体490可包括聚合物多层光学膜。

颜色选择型二向色滤光器(710、720、730)和反射型偏振器层合体490配合，以通过第四棱面160透射组合光。各个非偏振输入光分离成p圆偏振和s圆偏振分量，所述分量通过第四棱面160进行重新组合。在一些情况下，反射型偏振器层合体中的部件的特性、对准和效率可导致某种偏振(即，椭圆或圆)的组合光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器700中的各个延迟片220均为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一、第二和第三光源(740、750、760)中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处所述。根据另一方面，可在合色器700的输出端提供任选积分器，如在别处所述。根据一个方面，各个光源可为在别处(例如)参照图6所述的光源中的任何一种。

现在将参照图7来描述第一色光741的路径，其中非偏振的第一色光741以p圆偏振的第一色光744和s圆偏振的第一色光745离开第四棱面160。

第一光源740使非偏振的第一色光741通过第一颜色选择型二向色滤光器710注入、通过第一棱面130进入PBS 400、与反射型偏振器层合体490相交、并且分离成反射的s圆偏振的第一色光743和透射的p圆偏振的第一色光742。

反射的s圆偏振的第一色光743从第三颜色选择型二向色滤光器730反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第一色光743以透射的p圆偏振的第一色光744离开反射型偏振器层合体490、并且以p圆偏振的第一色光744离开第四棱面160。

透射的p圆偏振的第一色光742离开反射型偏振器层合体490、从宽带反射镜770反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第一色光742以反射的s圆偏振的第一光745离开反射型偏振器层合体490、并且以s圆偏振的第一色光745穿过第四棱面160。

现在将参照图7来描述第二色光751的路径，其中非偏振的第二色光751以p圆偏振的第二色光754和s圆偏振的第二色光755离开第四棱面160。

第二光源750使非偏振的第二色光751通过第一颜色选择型二向色滤光器710注入、通过第一棱面130进入PBS 400、与反射型偏振器层合体490相交、并且分离成反射的s圆偏振的第二色光753和透射的p圆偏振的第二色光752。

反射的s圆偏振的第二色光753从第三颜色选择型二向色滤光器730反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第二色光753以透射的p圆偏振的第二色光754离开反射型偏振器层合体490、并且以p圆偏振的第二色光754离开第四棱面160。

透射的p圆偏振的第二色光742离开反射型偏振器层合体490、从宽带反射镜770反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第二色光752以反射的s圆偏振的第二光755离开反射型偏振器层合体490、并且以s圆偏振的第二色光755穿过第四棱面160。

现在将参照图7来描述第三色光761的路径，其中非偏振的第三色光761以p圆偏振的第三色光762和s圆偏振的第一色光765离开第四棱面160。

第三光源760使非偏振的第三色光761通过第三颜色选择型二向色滤光器730注入、通过第二棱面140进入PBS 400、与反射型偏振器层合体490相交、并且分离成反射的s圆偏振的第三色光763和透射的p圆偏振的第三色光762。透射的p圆偏振的第三色光762以p圆偏振的第三色光762离开第四棱面160。

反射的s圆偏振的第三色光763从第一或第二颜色选择型二向色滤光器(710、720)反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第三色光763以透射的p圆偏振的第三色光764离开反射型偏振器层合体490、从宽带反射镜770反射从而改变圆偏振方向、并且与反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第三色光764以反射的s圆偏振的第三色光765离开反射型偏振器层合体490、并且以s圆偏振的第三色光765穿过第四棱面160。

在一个实施例中，第一色光741为蓝光，第二色光751为红光，并且第三色光761为绿光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器710为反射红和绿光且透射蓝光的二向色滤光器；第二颜色选择型二向色滤光器720为反射绿和蓝光且透射红光的二向色滤光器；并且第三颜色选择型二向色滤光器730为反射蓝和红光且透射绿光的二向色滤光器。

在一个方面，图8为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成包括第一PBS 400和第二PBS 400’的合色器800。合色器800可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一、第二和第三光源(840、850、860)发射的各种偏振态的光线的路径示于图8中，以更清晰地示出合色器800的各个部件的功能。第一PBS 400包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间的第一反射型偏振器层合体490，如在别处所述。第二PBS 400’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110’、120’的对角面之间的第二反射型偏振器层合体490’，如在别处所述。第一宽带反射器870设置为邻近第二PBS 400’的第三棱面150’，并且第二宽带反射器880设置为邻近第一PBS 400的第三棱面150。

第一和第二波长选择型滤光器(810、820)设置为面向第一PBS 400的第二棱面140。第三波长选择型滤光器830设置为面向第二PBS 400’的第二棱面140’。第一、第二和第三波长选择型滤光器(810、820、830)中的每一个均可为颜色选择型二向色滤光器，其被选择用于分别透射第一、第二和第三波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个具体实施例中，颜色选择型二向色滤光器和宽带反射镜中的每一个可紧邻相应棱面，例如直接涂布在棱面上。在一个方面，反射型偏振器190可包括聚合物多层光学膜。

颜色选择型二向色滤光器(810、820、830)、以及反射型偏振器层合体490、490’配合，以通过第四棱面(160、160’)透射组合光。各个非偏振输入光分离成p圆偏振和s圆偏振分量，所述分量通过第四棱面(160、160’)进行重新组合。在一些情况下，反射型偏振器层合体中的部件的特性、对准和效率可导致某种偏振(即，椭圆或圆)的组合光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器800中的各个延迟片220均为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

任选延迟片225可设置为面向第四棱面(160、160’)。任选延迟片225、颜色选择型二向色滤光器(810、820、830)、反射型偏振器层合体(490、490’)、以及宽带反射器(870、880)配合，以分别通过第一和第二PBS(400、400’)的第四棱面(160、160’)透射各个色光的正交线性偏振态。在下文所述的一个实施例中，延迟片225为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一、第二和第三光源(840、850、860)中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处所述。根据另一方面，可在合色器800的输出端提供任选积分器，如在别处所述。根据一个方面，各个光源可为在别处(例如)参照图6所述的光源中的任何一种。

现在将参照图8来描述第一色光841的路径，其中非偏振的第一色光841以p圆偏振的第一色光842离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以s圆偏振的第一色光845离开第二PBS 400’的第四棱面160’。任选四分之一波长延迟片225将圆偏振光分别改变为s偏振的第一色光846和p偏振的第一色光847。

第一光源840使非偏振的第一色光841通过第一颜色选择型二向色滤光器810注入、通过第二棱面140进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体490相交、并且分离成透射的p圆偏振的第一色光842和反射的s圆偏振的第一色光843。透射的p圆偏振的第一色光842通过第四棱面160离开第一PBS 400、并且随着其穿过任选四分之一波长延迟片225变为s偏振的第一色光846。

反射的s圆偏振的第一色光843通过第一棱面130离开第一PBS400、通过第一棱面130’进入第二PBS 400’、并且与第二反射型偏振器层合体490’相交。s圆偏振的第一色光843以透射的p圆偏振的第一色光844离开第二反射型偏振器层合体490’、从第一宽带反射镜870反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体490’相交。p圆偏振的第一色光844以反射的s圆偏振的第一色光845离开第二反射型偏振器层合体490’、通过第四棱面160’离开第二PBS 400’、并且随着其穿过任选四分之一波长延迟片225变为p偏振的第一色光847。

现在将参照图8来描述第二色光851的路径，其中非偏振的第二色光851以p圆偏振的第二色光852离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以s圆偏振的第二色光855离开第二PBS 400’的第四棱面160’。任选四分之一波长延迟片225将圆偏振光分别改变为s偏振的第二色光856和p偏振的第二色光857。

第二光源850使非偏振的第二色光851通过第二颜色选择型二向色滤光器820注入、通过第二棱面140进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体490相交、并且分离成透射的p圆偏振的第二色光852和反射的s圆偏振的第二色光853。透射的p圆偏振的第二色光852通过第四棱面160离开第一PBS 400、并且随着其穿过任选四分之一波长延迟片225变为s偏振的第二色光856。

反射的s圆偏振的第二色光853通过第一棱面130离开第一PBS400、通过第一棱面130’进入第二PBS 400’、并且与第二反射型偏振器层合体490’相交。s圆偏振的第二色光853以透射的p圆偏振的第二色光854离开第二反射型偏振器层合体490’、从第一宽带反射镜870反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体490’相交。p圆偏振的第二色光854以反射的s圆偏振的第二色光855离开第二反射型偏振器层合体490’、通过第四棱面160’离开第二PBS 400’、并且随着其穿过任选四分之一波长延迟片225变为p偏振的第二色光857。

现在将参照图8来描述第三色光861的路径，其中非偏振的第三色光861以s圆偏振的第三色光865离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p圆偏振的第三色光862离开第二PBS 400’的第四棱面160’。任选四分之一波长延迟片225将圆偏振光分别改变为p偏振的第三色光867和s偏振的第三色光866。

第三光源860使非偏振的第三色光861通过第三颜色选择型二向色滤光器830注入、通过第二棱面140’进入第二PBS 400’、与第二反射型偏振器层合体490’相交、并且分离成透射的p圆偏振的第三色光862和反射的s圆偏振的第三色光863。透射的p圆偏振的第三色光862通过第四棱面160’离开第二PBS 400’、并且随着其穿过任选四分之一波长延迟片225变为p偏振的第三色光866。

反射的s圆偏振的第三色光863通过第一棱面130’离开第二PBS400’、通过第一棱面130进入第一PBS 400、并且与第一反射型偏振器层合体490相交。s圆偏振的第三色光863以透射的p圆偏振的第三色光864离开第一反射型偏振器层合体490、从第二宽带反射镜880反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体490相交。p圆偏振的第三色光864以反射的s圆偏振的第三色光865离开第一反射型偏振器层合体490、通过第四棱面160离开第一PBS 400、并且随着其穿过任选四分之一波长延迟片225变为p偏振的第三色光867。

在一个实施例中，第一色光841为红光，第二色光851为蓝光，并且第三色光861为绿光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器810为反射蓝和绿光且透射红光的二向色滤光器；第二颜色选择型二向色滤光器820为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器；并且第三颜色选择型二向色滤光器830为反射蓝和红光且透射绿光的二向色滤光器。

在一个方面，图9为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成包括第一PBS 400和第二PBS 400’的合色器900。合色器900可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一、第二和第三光源(940、950、960)发射的各种偏振态的光线的路径示于图9中，以更清晰地示出合色器900的各个部件的功能。

第一PBS 400包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间的第一反射型偏振器层合体390，如在别处所述。第二PBS 400’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110’、120’的对角面之间的第二反射型偏振器层合体390’，如在别处所述。第一和第二反射型偏振器层合体(390、390’)各自仅包括一个设置在反射型偏振器190与PBS(400、400’)的相应第一棱镜(110、110’)之间的延迟片，如图4所示。

第一和第二波长选择型滤光器(910、920)设置为面向第一PBS 400的第二棱面140。第三波长选择型滤光器930设置为面向第二PBS 400’的第二棱面140’。第一、第二和第三波长选择型滤光器(910、920、930)中的每一个均可为颜色选择型二向色滤光器，其被选择用于分别透射第一、第二和第三波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个具体实施例中，颜色选择型二向色滤光器中的每一个可紧邻相应棱面，例如直接涂布在棱面上。在一个方面，反射型偏振器190可包括聚合物多层光学膜。

颜色选择型二向色滤光器(910、920、930)、以及反射型偏振器层合体390、390’配合，以通过第四棱面(160、160’)透射组合光。各个非偏振输入光分离成p偏振和s圆偏振分量。s圆偏振分量被转换成p偏振分量，从而导致通过第四棱面(160、160’)的p偏振组合输出。在一些情况下，反射型偏振器层合体中的部件的特性、对准和效率可导致某种偏振(即，椭圆或圆)的组合光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器900中的各个延迟片220均为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

半波长延迟片225设置在第一和第二PBS(400、400’)的各自第一棱面(130、130’)之间，如图9所示。半波长延迟片225、颜色选择型二向色滤光器(910、920、930)和反射型偏振器层合体(390、390’)配合，以将各个色光的圆偏振态转换成相应的正交圆偏振态。在下文所述的一个实施例中，半波长延迟片225相对于第一偏振态195成大约45度取向。

根据另一方面，可为第一、第二和第三光源(940、950、960)中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处所述。根据另一方面，可在合色器900的输出端提供任选积分器，如在别处所述。根据一个方面，各个光源可为在别处(例如)参照图6所述的光源中的任何一种。

现在将参照图9来描述第一色光941的路径，其中非偏振的第一色光941以p偏振的第一色光942离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第一色光946离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第一光源940使非偏振的第一色光941通过第一颜色选择型二向色滤光器910注入、通过第二棱面140进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第一色光942和反射的s圆偏振的第一色光943。透射的p偏振的第一色光842通过第四棱面160离开第一PBS 400。

反射的s圆偏振的第一色光943通过第一棱面130离开第一PBS400、随着其穿过半波长延迟片225变为p圆偏振的第一色光944、通过第一棱面130’进入第二PBS 400’、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。p圆偏振的第一色光944以反射的s圆偏振的第一色光945离开第二反射型偏振器层合体390’、从第三颜色选择型二向色滤光器930反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。s圆偏振的第一色光945以透射的p偏振的第一色光946离开第二反射型偏振器层合体390’、并且通过第四棱面160’离开第二PBS400’。

现在将参照图9来描述第二色光951的路径，其中非偏振的第二色光951以p偏振的第二色光952离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第二色光956离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第二光源950使非偏振的第二色光951通过第二颜色选择型二向色滤光器920注入、通过第二棱面140进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第二色光952和反射的s圆偏振的第二色光953。透射的p偏振的第二色光952通过第四棱面160离开第一PBS 400。

反射的s圆偏振的第二色光953通过第一棱面130离开第一PBS400、随着其穿过半波长延迟片225变为p圆偏振的第二色光954、通过第一棱面130’进入第二PBS 400’、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。p圆偏振的第二色光954以反射的s圆偏振的第二色光955离开第二反射型偏振器层合体390’、从第三颜色选择型二向色滤光器930反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。s圆偏振的第二色光955以透射的p偏振的第二色光956离开第二反射型偏振器层合体390’、并且以p偏振的第二色光956通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

现在将参照图9来描述第三色光961的路径，其中非偏振的第三色光961以p偏振的第三色光962离开第二PBS 400’的第四棱面160’，并且以p偏振的第三色光966离开第一PBS 400的第四棱面160。

第三光源960使非偏振的第三色光961通过第三颜色选择型二向色滤光器930注入、通过第二棱面140’进入第二PBS 400’、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且分离成透射的p偏振的第三色光962和反射的s圆偏振的第三色光963。透射的p偏振的第三色光962通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

反射的s圆偏振的第三色光963通过第一棱面130’离开第二PBS400’、随着其穿过半波长延迟片225变为p圆偏振的第三色光964、通过第一棱面130进入第一PBS 400、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。p圆偏振的第三色光964以反射的s圆偏振的第三色光965离开第一反射型偏振器层合体390、从第一或第二颜色选择型二向色滤光器(910、920)反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。s圆偏振的第三色光965以透射的p偏振的第三色光966离开第一反射型偏振器层合体390、并且以p偏振的第三色光966通过第四棱面160离开第一PBS 400。

在一个实施例中，第一色光941为红光，第二色光951为蓝光，并且第三色光961为绿光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器910为反射蓝和绿光且透射红光的二向色滤光器；第二颜色选择型二向色滤光器920为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器；并且第三颜色选择型二向色滤光器930为反射蓝和红光且透射绿光的二向色滤光器。

在一个方面，图10为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成包括第一PBS 400和第二PBS 400’的合色器1000。合色器1000可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一、第二和第三光源(1040、1050、1060)发射的各种偏振态的光线的路径示于图10中，以更清晰地示出合色器1000的各个部件的功能。

第一PBS 400包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间的第一反射型偏振器层合体390，如在别处所述。第二PBS 400’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110’、120’的对角面之间的第二反射型偏振器层合体390’，如在别处所述。第一和第二反射型偏振器层合体(390、390’)各自仅包括一个设置在反射型偏振器190与PBS(400、400’)的相应第一棱镜(110、110’)之间的延迟片，如图4所示。宽带反射器1070设置为邻近第二PBS 400’的第一棱面130’。

第一波长选择型滤光器1010设置为面向第一PBS 400的第一棱面130。第二波长选择型滤光器1020设置为面向第一PBS 400的第二棱面140。第三波长选择型滤光器1030设置为面向第二PBS 400的第二棱面140’。第一、第二和第三波长选择型滤光器(1010、1020、1030)中的每一个均可为颜色选择型二向色滤光器，其被选择用于分别透射第一、第二和第三波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个具体实施例中，颜色选择型二向色滤光器中的每一个和宽带反射镜可紧邻相应棱面，例如直接涂布在棱面上。在一个方面，反射型偏振器190可包括聚合物多层光学膜。

颜色选择型二向色滤光器(1010、1020、1030)、宽带反射镜1070、以及反射型偏振器层合体390、390’配合，以通过第四棱面(160、160’)透射组合光。各个非偏振输入光分离成p偏振和s圆偏振分量。s圆偏振分量被转换成p偏振分量，从而导致通过第四棱面(160、160’)的p偏振组合输出。在一些情况下，反射型偏振器层合体中的部件的特性、对准和效率可导致某种偏振(即，椭圆或圆)的组合光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器1000中的各个延迟片220均为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一、第二和第三光源(1040、1050、1060)中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处所述。根据另一方面，可在合色器1000的输出端提供任选积分器，如在别处所述。根据一个方面，各个光源可为在别处(例如)参照图6所述的光源中的任何一种。

现在将参照图10来描述第一色光1041的路径，其中非偏振的第一色光1041以p偏振的第一色光1044离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第一色光1047离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第一光源1040使非偏振的第一色光1041通过第一颜色选择型二向色滤光器1010注入、通过第一棱面130进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第一色光1042和反射的s圆偏振的第一色光1043。

透射的p偏振的第一色光1042通过第三棱面150离开第一PBS400、通过第三棱面150’进入第二PBS 400’、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且透射为p圆偏振的第一色光1045。p圆偏振的第一色光1045从宽带反射镜1070反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且反射为s圆偏振的第一色光1046。s圆偏振的第一色光1046从第三颜色选择型二向色滤光器1030反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、透射为p偏振的第一色光1047，其通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

反射的s圆偏振的第一色光1043从第二颜色选择型二向色滤光器1020反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。s圆偏振的第一色光1043以透射的p偏振的第一色光1044离开第一反射型偏振器层合体390、并且通过第四棱面160离开第一PBS400。

现在将参照图10来描述第二色光1051的路径，其中非偏振的第二色光1051以p偏振的第二色光1052离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第二色光1057离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第二光源1050使非偏振的第二色光1051通过第二颜色选择型二向色滤光器1020注入、通过第二棱面140进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第二色光1052和反射的s圆偏振的第二色光1053。透射的p偏振的第二色光1052通过第四棱面160离开第一PBS 400。

反射的s圆偏振的第二色光1053从第一颜色选择型二向色滤光器1010反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。s圆偏振的第二色光1053以透射的p偏振的第二色光1054离开第一反射型偏振器层合体390、通过第三棱面150离开第一PBS 400、通过第三棱面150’进入第二PBS 400’、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。p偏振的第二色光1054以透射的p圆偏振的第二色光1055离开第二反射型偏振器层合体390’、从宽带反射镜1070反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。p圆偏振的第二色光1055以反射的s圆偏振的第二色光1056离开第二反射型偏振器层合体390’、从第三颜色选择型二向色滤光器1030反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、以透射的p偏振的第二色光1057离开第二反射型偏振器层合体390’、并且以p偏振的第二色光1057通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

现在将参照图10来描述第三色光1061的路径，其中非偏振的第三色光1061以p偏振的第三色光1067离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第三色光1062离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第三光源1060使非偏振的第三色光1061通过第三颜色选择型二向色滤光器1030注入、通过第二棱面140’进入第二PBS 400’、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且分离成透射的p偏振的第三色光1062和反射的s圆偏振的第三色光1063。透射的p偏振的第三色光1062通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

反射的s圆偏振的第三色光1063从宽带反射镜1070反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。s圆偏振的第三色光1063以透射的p偏振的第三色光1064离开第二反射型偏振器层合体390’、通过第三棱面150’离开第二PBS 400’、通过第三棱面150进入第一PBS 400、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。p偏振的第三色光1064以透射的p圆偏振的第三色光1065离开第一反射型偏振器层合体390、从第一颜色选择型二向色滤光器1010反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。p圆偏振的第三色光1065以反射的s圆偏振的第三色光1066离开第一反射型偏振器层合体390、从第二颜色选择型二向色滤光器1020反射从而改变圆偏振方向、与第一反射型偏振器层合体390相交、以透射的p偏振的第三色光1067离开第一反射型偏振器层合体390、并且以p偏振的第三色光1067通过第四棱面160离开第一PBS 400。

在一个实施例中，第一色光1041为蓝光，第二色光1051为红光，并且第三色光1061为绿光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器1010为反射红和绿光且透射蓝光的二向色滤光器；第二颜色选择型二向色滤光器1020为反射绿和蓝光且透射红光的二向色滤光器；并且第三颜色选择型二向色滤光器1030为反射蓝和红光且透射绿光的二向色滤光器。

在一个方面，图11为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成包括第一PBS 400和第二PBS 400’的合色器1100。合色器1100可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一、第二和第三光源(1140、1150、1160)发射的各种偏振态的光线的路径示于图11中，以更清晰地示出合色器1100的各个部件的功能。

第一PBS 400包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间的第一反射型偏振器层合体390，如在别处所述。第二PBS 400’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110’、120’的对角面之间的第二反射型偏振器层合体390’，如在别处所述。第一和第二反射型偏振器层合体(390、390’)各自仅包括一个设置在反射型偏振器190与PBS(400、400’)的相应第一棱镜(110、110’)之间的延迟片，如图4所示。第一宽带反射器1170设置为邻近第二PBS400’的第二棱面140’，并且第二宽带反射器1180设置为邻近第二PBS400’的第一棱面130’。

第一和第二波长选择型滤光器(1110、1120)设置为面向第一PBS400的第一棱面130。第三波长选择型滤光器1130设置为面向第一PBS400的第二棱面140。第一、第二和第三波长选择型滤光器(1110、1120、1130)中的每一个均可为颜色选择型二向色滤光器，其被选择用于分别透射第一、第二和第三波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个具体实施例中，颜色选择型二向色滤光器和宽带反射镜中的每一个可紧邻相应棱面，例如直接涂布在棱面上。在一个方面，反射型偏振器190可包括聚合物多层光学膜。

颜色选择型二向色滤光器(1110、1120、1130)、宽带反射镜(1170、1180)、以及反射型偏振器层合体390、390’配合，以通过第四棱面(160、160’)透射组合光。各个非偏振输入光分离成p偏振和s圆偏振分量。s圆偏振分量被转换成p偏振分量，从而导致通过第四棱面(160、160’)的p偏振组合输出。在一些情况下，反射型偏振器层合体中的部件的特性、对准和效率可导致某种偏振(即，椭圆或圆)的组合光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器1100中的各个延迟片220均为相对于第一偏振态195成大约45度取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一、第二和第三光源(1140、1150、1160)中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处所述。根据另一方面，可在合色器1100的输出端提供任选积分器，如在别处所述。根据一个方面，各个光源可为在别处(例如)参照图6所述的光源中的任何一种。

现在将参照图11来描述第一色光1141的路径，其中非偏振的第一色光1141以p偏振的第一色光1144离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第一色光1147离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第一光源1140使非偏振的第一色光1141通过第一颜色选择型二向色滤光器1110注入、通过第一棱面130进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第一色光1142和反射的s圆偏振的第一色光1143。

透射的p偏振的第一色光1142通过第三棱面150离开第一PBS400、通过第三棱面150’进入第二PBS 400’、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且透射为p圆偏振的第一色光1145。p圆偏振的第一色光1145从第二宽带反射镜1180反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且反射为s圆偏振的第一色光1146。s圆偏振的第一色光1146从第一宽带反射镜1170反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、透射为p偏振的第一色光1147，其通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

反射的s圆偏振的第一色光1143从第三颜色选择型二向色滤光器1130反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。s圆偏振的第一色光1143以透射的p偏振的第一色光1144离开第一反射型偏振器层合体390，其通过第四棱面160离开第一PBS 400。

现在将参照图11来描述第二色光1151的路径，其中非偏振的第二色光1151以p偏振的第二色光1154离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第二色光1157离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第二光源1150使非偏振的第二色光1151通过第二颜色选择型二向色滤光器1120注入、通过第一棱面130进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第二色光1152和反射的s圆偏振的第二色光1153。

透射的p偏振的第二色光1152通过第三棱面150离开第一PBS400、通过第三棱面150’进入第二PBS 400’、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且透射为p圆偏振的第二色光1155。p圆偏振的第二色光1155从第二宽带反射镜1180反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且反射为s圆偏振的第二色光1156。s圆偏振的第二色光1156从第一宽带反射镜1170反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、并且透射为p偏振的第二色光1157，其通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

反射的s圆偏振的第二色光1153从第三颜色选择型二向色滤光器1130反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。s圆偏振的第二色光1153以透射的p偏振的第二色光1154离开第一反射型偏振器层合体390、并且通过第四棱面160离开第一PBS400。

现在将参照图11来描述第三色光1161的路径，其中非偏振的第三色光1161以p偏振的第三色光1162离开第一PBS 400的第四棱面160，并且以p偏振的第三色光1167离开第二PBS 400’的第四棱面160’。

第三光源1160使非偏振的第三色光1161通过第三颜色选择型二向色滤光器1130注入、通过第二棱面140进入第一PBS 400、与第一反射型偏振器层合体390相交、并且分离成透射的p偏振的第三色光1162和反射的s圆偏振的第三色光1163。透射的p偏振的第三色光1162通过第四棱面160离开第一PBS 400。

反射的s圆偏振的第三色光1163从第一或第二颜色选择型二向色滤光器(1110、1120)反射从而改变圆偏振方向、并且与第一反射型偏振器层合体390相交。s圆偏振的第三色光1163以透射的p偏振的第三色光1164离开第一反射型偏振器层合体390、通过第三棱面150离开第一PBS 400、通过第三棱面150’进入第二PBS 400’、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。p偏振的第三色光1164以透射的p圆偏振的第三色光1165离开第二反射型偏振器层合体390’、从第二宽带反射镜1180反射从而改变圆偏振方向、并且与第二反射型偏振器层合体390’相交。p圆偏振的第三色光1165以反射的s圆偏振的第三色光1166离开第二反射型偏振器层合体390’、从第一宽带反射镜1170反射从而改变圆偏振方向、与第二反射型偏振器层合体390’相交、以透射的p偏振的第三色光1167离开第二反射型偏振器层合体390’、并且以p偏振的第三色光1167通过第四棱面160’离开第二PBS 400’。

在一个实施例中，第一色光1141为蓝光，第二色光1151为红光，并且第三色光1161为绿光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器1110为反射红和绿光且透射蓝光的二向色滤光器；第二颜色选择型二向色滤光器1120为反射绿和蓝光且透射红光的二向色滤光器；并且第三颜色选择型二向色滤光器1130为反射蓝和红光且透射绿光的二向色滤光器。

在一些情况下，少于三种颜色可在上述实施例的任何一个中进行组合。在这种实施例中，宽带反射镜可取代颜色选择型二向色滤光器、任选光隧道和移除的光源。在一些情况下，也可将第四色光(未示出)注入到上述合色器中。在这种实施例中，取代宽带反射镜(如果存在)的第四颜色选择型二向色滤光器、任选光隧道和第四光源的设置方式可类似于其他光源、任选光隧道和颜色选择型二向色滤光器。第四颜色选择型二向色滤光器反射第一、第二和第三色光，并且透射第四色光。

在一个方面，图12A-12H为用于制备包括反射型偏振器层合体490的PBS 1200的工序的示意图。图12A示出了支承在夹具105中的第一棱镜110。第一棱镜110包括第一棱面130、第二棱面140、以及它们之间的第一对角面135。将第三颜色选择型二向色滤光器630涂布在第一棱面130上，并且将第二颜色选择型二向色滤光器620涂布在第二棱面140上。可通过本领域中已知的任何方法将第二和第三颜色选择型二向色滤光器620、630涂布在相应棱面上，包括(例如)真空沉积、溅射、溶液涂布、膜层合等等。将光学粘合剂层330沉积在第一对角面135上。光学粘合剂层330可为任何已知的光学粘合剂，尤其可用的光学粘合剂可为那些可固化的光学粘合剂，例如辐射或热固化粘合剂。

图12B示出了设置在光学粘合剂涂层330上的第一延迟片220。第一延迟片220可为在别处所述的延迟片中的任何一种(例如四分之一波长延迟片)，并且根据需要相对于第一和第二棱面130、140来定位延迟片的慢轴。

图12C示出了设置在第一延迟片220上的光学粘合剂涂层330。

图12D示出了设置在光学粘合剂涂层330上的反射型偏振器190。反射型偏振器190可为在别处所述的反射型偏振器中的任何一种，并且根据需要相对于延迟片220来定位慢轴。

图12E示出了设置在反射型偏振器190上的光学粘合剂涂层330。

图12F示出了设置在光学粘合剂涂层上的第二延迟片220’。第二延迟片220’可为在别处所述的延迟片中的任何一种(例如四分之一波长延迟片)，并且根据需要相对于反射型偏振器190来定位延迟片的慢轴。

图12G示出了设置在第二延迟片220’上的光学粘合剂330。

图12H示出了第二棱镜120，其具有第三棱面150和第四棱面160、以及它们之间的第二对角面155。将第一颜色选择型二向色滤光器610涂布在第三棱面150上，并且将第二对角面155设置在光学粘合剂层330上。可通过本领域中已知的任何方法将第一颜色选择型二向色滤光器610涂布在第三棱面150上，包括(例如)真空沉积、溅射、溶液涂布、膜层合等等。将光学粘合剂330、反射型偏振器190和延迟片(220、220’)的交替层进行固化以形成包括反射型偏振器层合体490的PBS1200，如在别处所述。

色光组合系统中的光源可按顺序通电，如在共同未决的公开的美国专利申请号US 2008/0285129中所述。根据一个方面，时序与接收来自色光组合系统的组合输出光的投影系统中的透射型或反射型成像装置同步。根据一个方面，以足够快的速率来重复该时序，使得避免了投影图像出现闪烁，并且避免了投影视频图像中出现诸如色断的运动伪影。

图13示出包括三色光组合系统1302的投影仪1300。三色光组合系统1302在输出区域1304提供组合输出光。在一个实施例中，输出区域1304的组合输出光被偏振。输出区域1304的组合输出光穿过光引擎光学件1306到达投影光学件1308。

光引擎光学件1306包括透镜1322、1324和反射器1326。投影光学件1308包括透镜1328、PBS 1330和投影透镜1332。投影透镜1332中的一个或多个可相对于PBS 1330移动，以实现对投影图像1312的对焦调节。反射型成像装置1310调节投影光学件中的光的偏振态，使得穿过PBS 1330并进入投影透镜的光的强度将被调节以产生投影图像1312。控制电路1314连接到反射型成像装置1310以及光源1316、1318和1320，以将反射型成像装置1310的操作与光源1316、1318和1320的时序同步。在一个方面，输出区域1304处组合光的第一部分被引导穿过投影光学件1308，且组合输出光的第二部分可穿过输出区域1304循环返回到合色器1302内。组合光的第二部分可通过(例如)反射镜、反射型偏振器、反射型LCD等的反射而循环返回到合色器内。图13中所示的布置是示例性的，并且所公开的光组合系统也可与其它投影系统一起使用。根据一个可供选择的方面，可以使用透射型成像装置。

根据一个方面，如上文所述的色光组合系统生成三色(白色)输出。该系统具有高效率的原因在于，具有反射型偏振膜的偏振分束器的偏振性质(对s偏振光的反射和对p偏振光的透射)对于大范围的光源入射角的敏感性低。另外的准直组件可以用于提高合色器内光源的光的准直。在没有一定程度的准直的情况下，将存在如下方面导致的大量光损失：取决于入射角(AOI)的二向色性反射的变化、TIR的损失或增加的阻止TIR的短暂连接和/或PBS内的劣化的偏振鉴别度和功能。在本公开中，偏振分束器用作光管，用于使光由于全内反射而被包含并且只通过所需表面射出。

尽管已经结合优选的实施例描述了本发明，但是本领域中的熟练工人将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节的修改。

除非另外指明，否则在说明书和权利要求中使用的表示部件的尺寸、数量和物理特性的所有数字应当被理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则在上述说明书和所附权利要求中所提出的数值参数为近似值，可根据本领域内的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性而变化。

除了与本公开可能直接抵触的程度，本文引用的所有参考文献及出版物都明确地以引用方式全文并入本文中。虽然本文已经示出和描述了一些具体实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以用多种替代和/或等同实现方式来代替所示出和描述的具体实施例。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变型。因此，本发明仅受权利要求书及其等同内容的限制。

Claims (35)

1.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；和

反射型偏振器层合体，包括设置在第一延迟片和第二延迟片之间的反射型偏振器，

其中所述反射型偏振器设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交，以使得所述第一和第二光束被组合成组合椭圆偏振光。

2.根据权利要求1所述的光学元件，还包括第三颜色选择型二向色滤光器，所述第三颜色选择型二向色滤光器具有第三输入表面且设置为透射垂直于所述第三输入表面的第三光束，其中所述反射型偏振器设置为以成大约45度角与所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束相交，以使得所述第一、第二和第三光束被组合成组合椭圆偏振光。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述反射型偏振器与第一偏振态对准，并且各个延迟片具有相对于所述第一偏振态成大约45度角对准的大约四分之一波长延迟。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的光学元件，还包括反射器，所述反射器设置为使得垂直于所述反射器的线以成大约45度角与所述反射型偏振器相交。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其中所述第一光束和所述第二光束的第一椭圆偏振态从所述反射器反射。

6.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述第一光束和所述第二光束各自包括会聚光线或发散光线。

7.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述第一光束和所述第二光束中的每一个包括不同颜色非偏振光。

8.根据权利要求1所述的光学元件，还包括形成偏振分束器(PBS)的第一和第二棱镜，并且其中所述反射型偏振器层合体设置在所述PBS的第一对角面上。

9.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述反射型偏振器包括聚合物多层光学膜。

10.根据权利要求4所述的光学元件，其中所述反射器包括宽带反射镜。

11.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置在第一延迟片和第二延迟片之间的第一反射型偏振器，其中所述第一反射型偏振器设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置在第三延迟片和第四延迟片之间的第二反射型偏振器，其中所述第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与来自所述第一反射型偏振器层合体的反射的第一和第二光束相交；

第一反射器，设置为使得垂直于所述第一反射器的线以成大约45度角与所述第一反射型偏振器相交；和

第二反射器，设置为使得垂直于所述第二反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器相交，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述第一和第二反射器配合，以使得所述第一和第二光束被组合成组合椭圆偏振光。

12.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置在第一延迟片和第二延迟片之间的第一反射型偏振器，其中所述第一反射型偏振器设置为以成大约45度角与所述第一光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置在第三延迟片和第四延迟片之间的第二反射型偏振器，其中所述第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与来自所述第一反射型偏振器层合体的所述第二光束相交；

第一反射器，设置为使得垂直于所述第一反射器的线以成大约45度角与所述第一反射型偏振器相交；和

第二反射器，设置为使得垂直于所述第二反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器相交，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述第一和第二反射器配合，以使得所述第一和第二光束被组合成组合椭圆偏振光。

13.根据权利要求11或权利要求12所述的光学元件，还包括第三颜色选择型二向色滤光器，所述第三颜色选择型二向色滤光器具有第三输入表面且设置为透射垂直于所述第三输入表面的第三光束，其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述第一和第二反射器配合，以使得所述第一、第二和第三光束被组合成组合椭圆偏振光。

14.根据权利要求11或权利要求12所述的光学元件，还包括能够将所述组合椭圆偏振光转换成组合线性偏振光的第五延迟片。

15.根据权利要求14所述的光学元件，其中所述第五延迟片为相对于第一偏振态成大约45度角对准的四分之一波长延迟片。

16.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中所述第一延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中所述第二延迟片设置为以成大约45度角与来自所述第一反射型偏振器层合体的反射的第一光束和第二光束相交；和

半波长延迟片，设置在所述第一延迟片和所述第二延迟片之间，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述半波长延迟片配合，以使得所述第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。

17.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中所述第一延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中所述第二延迟片设置为以成大约45度角与所述第二光束相交；和

半波长延迟片，设置在所述第一延迟片和所述第二延迟片之间，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述半波长延迟片配合，以使得所述第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。

18.根据权利要求16或权利要求17所述的光学元件，还包括第三颜色选择型二向色滤光器，所述第三颜色选择型二向色滤光器具有第三输入表面且设置为透射垂直于所述第三输入表面的第三光束，其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述半波长延迟片配合，以使得所述第一、第二和第三光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。

19.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中所述第一延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中所述第二延迟片设置为以成大约45度角与来自所述第一反射型偏振器层合体的透射的第一光束和第二光束相交；和

反射器，设置为使得垂直于所述反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器相交，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述反射器配合，以使得所述第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。

20.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中所述第一延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中所述第二延迟片设置为以成大约45度角与第二光束相交；和

反射器，设置为使得垂直于所述反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器相交，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述反射器配合，以使得所述第一和第二光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。

21.根据权利要求19或权利要求20所述的光学元件，还包括第三颜色选择型二向色滤光器，所述第三颜色选择型二向色滤光器具有第三输入表面且设置为透射垂直于所述第三输入表面的第三光束，其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述反射器配合，以使得所述第一、第二和第三光束被组合成具有第一偏振态的组合线性偏振光。

22.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中所述第一延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中所述第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与所述第一和第二、第三光束的透射第一线性偏振态相交；

第一反射器，设置为使得垂直于所述第一反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器层合体相交；和

第二反射器，设置为使得垂直于所述第二反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器层合体相交，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述第一和第二反射器配合，以使得所述第一和第二光束被组合成具有所述第一偏振态的组合线性偏振光。

23.一种光学元件，包括：

第一颜色选择型二向色滤光器，具有第一输入表面且设置为透射垂直于所述第一输入表面的第一光束；

第二颜色选择型二向色滤光器，具有第二输入表面且设置为透射垂直于所述第二输入表面的第二光束；

第一反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第一延迟片的第一反射型偏振器，其中所述第一延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束和所述第二光束相交；

第二反射型偏振器层合体，包括设置为邻近第二延迟片的第二反射型偏振器，其中所述第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与所述第一光束的透射第一线性偏振态相交；

第一反射器，设置为使得垂直于所述第一反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器层合体相交；和

第二反射器，设置为使得垂直于所述第二反射器的线以成大约45度角与所述第二反射型偏振器层合体相交，

其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述第一和第二反射器配合，以使得所述第一和第二光束被组合成具有所述第一偏振态的组合线性偏振光。

24.根据权利要求22或权利要求23所述的光学元件，还包括第三颜色选择型二向色滤光器，所述第三颜色选择型二向色滤光器具有第三输入表面且设置为透射垂直于所述第三输入表面的第三光束，其中所述第一和第二反射型偏振器层合体以及所述第一和第二反射器配合，以使得所述第一、第二和第三光束被组合成具有所述第一偏振态的组合线性偏振光。

25.根据权利要求11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与第一偏振态对准，并且各个延迟片具有相对于所述第一偏振态成大约45度角对准的大约四分之一波长延迟。

26.根据权利要求1、11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与第一偏振态对准，并且各个延迟片具有相对于所述第一偏振态成约30度至约45度角对准的大约四分之一波长延迟。

27.根据权利要求1、11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与第一偏振态对准，并且各个延迟片具有相对于所述第一偏振态成大约34度角对准的大约四分之一波长延迟。

28.根据权利要求1、11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与第一偏振态对准，各个延迟片提供90度至120度的延迟，并且各个延迟片还相对于所述第一偏振态成大约34度角对准。

29.根据权利要求11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个光束包括会聚光线或发散光线。

30.根据权利要求11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个光束包括不同颜色的非偏振光。

31.根据权利要求11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，还包括：

形成第一偏振分束器(PBS)的第一和第二棱镜，其中所述第一反射型偏振器层合体设置在所述第一PBS的第一对角面上；以及

形成第二PBS的第三和第四棱镜，其中所述第二反射型偏振器层合体设置在所述第二PBS的第二对角面上。

32.根据权利要求11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中所述第一反射型偏振器和所述第二反射型偏振器各自包括聚合物多层光学膜。

33.根据权利要求11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件，其中各个反射器均具有宽带反射镜。

34.一种合色器，包括根据权利要求1、11、12、16、17、19、20、22或23中任一项所述的光学元件。

35.一种显示系统，包括成像面板和根据权利要求34所述的合色器。

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