CN102282502A

CN102282502A - 偏振转换合色器

Info

Publication number: CN102282502A
Application number: CN2009801549456A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·J·乌德科克; 查尔斯·L·布鲁泽; 菲利普·E·沃森; 斯蒂芬·J·威利特; 戴尔·R·卢茨
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: TW201027226A; WO2010059412A3; EP2359182A4; JP2012509506A; EP2359182A2; US8654444B2; TWI487997B; CN102282502B; US20110242653A1; WO2010059412A2; KR20110086853A

Abstract

本发明描述了光学元件、使用所述光学元件的合色器以及使用所述合色器的图像投影仪。所述光学元件可构造成下述合色器，所述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。所述光学元件被构造用于使可对该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

偏振转换合色器

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以使用被构造用于从数字微反射镜镜阵列显示器中的阵列)进行影像反射的白光，该数字微反射镜阵列例如为用于Texas Instruments的数字光处理器

在

显示器中，数字微反射镜阵列中的各个反射镜表示投影的图像的各个像素。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。另外需要一种光组合系统，所述光组合系统以该光组合器中的波长敏感部件的劣化降至最低的方式来导向不同波长谱的光。

发明内容

一般来讲，本说明书涉及高耐久性光学元件、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。在一个方面，光学元件包括第一颜色选择型二向色滤光器，其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；光学元件还包括第二颜色选择型二向色滤光器，其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、第一延迟片和第二延迟片，该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，该第一延迟片设置为面向第一颜色选择型二向色滤光器，并且该第二延迟片设置为面向第二颜色选择型二向色滤光器。反射型偏振器和延迟片设置用于将第一和第二光束的第二偏振态分别转换成该第一和第二光束的第一偏振态。

在另一个方面，光学元件包括第一颜色选择型二向色滤光器，其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。光学元件还包括第二颜色选择型二向色滤光器，其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和第二反射型偏振器，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，第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与第二光束相交。光学元件另外还包括设置为面向第一颜色选择型二向色滤光器的第一延迟片和设置为面向第二颜色选择型二向色滤光器的第二延迟片。第一和第二反射型偏振器以及第一和第二延迟片设置用于将第一和第二光束的第二偏振态分别转换成第一和第二光束的第一偏振态。

在另一方面，光学元件包括第一颜色选择型二向色滤光器，其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；第二颜色选择型二向色滤光器，其具有第二输入表面且设置为透射垂直第二输入表面的第二光束；以及第三颜色选择型二向色滤光器，其具有第三输入表面且设置为透射垂直于第三输入表面的第三光束。光学元件还包括第一反射型偏振器和第二反射型偏振器，该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，该第二反射型偏振器设置为以成大约45度角与第三光束相交。光学元件还包括反射器，其设置为使得垂直于该反射器的线以成大约45度角与第二反射型偏振器相交。光学元件另外还包括第一、第二、第三和第四延迟片，其设置为分别面向第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器以及反射器中的每一个。第一和第二反射型偏振器以及延迟片设置用于将第一、第二和第三光束的第二偏振态分别转换成第一、第二和第三光束的第一偏振态。

在另一方面，光学元件包括第一颜色选择型二向色滤光器，其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；第二颜色选择型二向色滤光器，其具有第二输入表面且设置为透射垂直第二输入表面的第二光束；以及第三颜色选择型二向色滤光器，其具有第三输入表面且设置为透射垂直于第三输入表面的第三光束。光学元件还包括第一反射型偏振器，其设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；第二反射型偏振器，其设置为以成大约45度角与第三光束相交；以及半波长延迟片，其设置在第一反射型偏振器和第二反射型偏振器之间。光学元件另外还包括第一、第二和第三四分之一波长延迟片，其设置为分别面向第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的每一个。第一和第二反射型偏振器以及延迟片设置用于将第一、第二和第三光束的第二偏振态分别转换成第一、第二和第三光束的第一偏振态。

在另一方面，光学元件包括第一颜色选择型二向色滤光器，其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；第二颜色选择型二向色滤光器，其具有第二输入表面且设置为透射垂直第二输入表面的第二光束；以及第三颜色选择型二向色滤光器，其具有第三输入表面且设置为透射垂直于第三输入表面的第三光束。光学元件还包括第一反射型偏振器，其设置为以成大约45度角与第一光束和第二光束相交；以及第二反射型偏振器，其设置为以成大约45度角与第三光束相交。光学元件还包括半波长延迟片，其设置为面向第三颜色选择型二向色滤光器且位于第二反射型偏振器的相反侧；以及第一、第二和第三四分之一波长延迟片，其设置为分别面向第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的每一个。在一个实施例中，半波长延迟片改为邻近第二反射型偏振器，并且位于与第三颜色选择型二向色滤光器相反的一侧。第一反射型偏振器以及第一和第二延迟片设置用于将第一和第二光束的第二偏振态分别转换成第一和第二光束的第一偏振态，并且第二反射型偏振器和第三延迟片设置用于将第一、第二和第三光束的第一偏振态分别转换成第一、第二和第三光束的第二偏振态。

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是偏振分束器的透视图。

图2是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4a-4b为合色器的俯视示意图。

图5a-5b为合色器的俯视示意图。

图6a-6b为合色器的俯视示意图。

图7a-7d为合色器的俯视示意图。

图8a-8d为合色器的俯视示意图。

图9a-9c为合色器的俯视示意图。

图10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

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。本发明描述了下述技术，其包括设置和定向反射型偏振器来减少蓝光与反射型偏振器的相互作用次数以及降低相互作用的严重性。

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(如偏振光分束器(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，在此处该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，对准可为相对反射型偏振器的偏振态成35至55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。在另一个方面，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。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示出了抛光的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)均为抛光表面，其在抛光的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提高了抛光的PBS 300中的光利用率，尤其是当导向到抛光PBS300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)处满足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4a-4b为光学元件的俯视示意图，该光学元件被构造成合色器400，该合色器400包括PBS 100和邻近PBS 100的第四棱面160的反射棱镜460。合色器400可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一和第二光源440、450发射的各偏振态的光线的路径示于图4a-4b中，以更清晰地示出合色器400的各个部件的功能。PBS 100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190，如在别处所述。反射棱镜460重导向离开PBS 100的光的一部分，如在别处所述。反射棱镜460包括其间具有90度角的第五棱面462、第六棱面464，以及对角棱面466。反射镜468设置为邻近对角棱面466。反射镜468也可为类似于如在别处所述的薄膜反射型偏振器的薄膜，并且反射棱镜460为不需要的。在一个实施例中，反射棱镜460和第二棱镜120可为一体光学部件(未示出)，例如具有由反射镜468、反射型偏振器190以及第三和第六棱面150、464限定的三个侧面的棱镜。

第一和第二波长选择型滤光器410、420设置为分别面向第二和第一棱面140、130。第一和第二波长选择型滤光器410、420中的每一个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和第二波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个方面，反射型偏振器190可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，反射型偏振器190包括设置为靠近第一和第二颜色选择型二向色滤光器410、420的蓝层，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一和第二颜色选择型二向色滤光器410、420中的每一个。延迟片220、颜色选择型二向色滤光器(410、420)和反射型偏振器190配合以通过第三和第六棱面150、464透射一种偏振态的光，并且再循环其他偏振态的光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器400中的各个延迟片220均为相对第一偏振态195成45°取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一和第二光源440、450中的每一个提供任选的光隧道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400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(440、450)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共同未决的美国专利申请序列号60/938,834中，该专利的公开内容以其全文并入到本文中。

现在将参照图4b来描述第一色光441的路径，其中非偏振的第一色光441以p偏振的第一色光445离开第三棱面150并且以p偏振的第一色光442离开第六棱面464。

第一光源440使非偏振的第一色光441注入穿过第一颜色选择型二向色滤光器410、四分之一波长延迟片220、通过第二棱面140进入PBS 100、与反射型偏振器190相交、并且分离成p偏振的第一色光442和s偏振的第一色光443。p偏振的第一色光442穿过反射型偏振器190、通过第四棱面160离开PBS 100、通过第五棱面462进入反射棱镜460、从反射镜468反射、以p偏振的第一色光442通过第六棱面464离开反射棱镜460。

S偏振的第一色光443从反射型偏振器190反射、通过第一棱面130离开PBS 100、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光444。圆偏振光444从第二颜色选择型二向色滤光器420反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第一色光445。p偏振的第一色光445通过第一棱面130进入PBS 100、无改变地穿过反射型偏振器190、并且以p偏振的第一色光445通过第三棱面150离开PBS 100。

现在将参照图4a来描述第二色光451的路径，其中非偏振的第二色光451以p偏振的第二色光452离开第三棱面150并且以p偏振的第二色光455离开第六棱面464。

来自第二光源450的非偏振的第二色光451穿过第二颜色选择型二向色滤光器420、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130进入PBS 100、与反射型偏振器190相交、并且分离成p偏振的第二色光452和s偏振的第二色光453。p偏振的第二色光452穿过反射型偏振器190，并且以p偏振的第二色光452通过第三棱面150离开PBS 100。

s偏振的第二色光453从反射型偏振器190反射、通过第二棱面140离开PBS 100、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光454。圆偏振光454从第一颜色选择型二向色滤光器410反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第二色光455。p偏振的第二色光455通过第二棱面140进入PBS 100、无改变地穿过反射型偏振器190、通过第四棱面160离开PBS 100、通过第五棱面462进入反射棱镜460、从反射镜468反射、并且以p偏振的第二色光455通过第六棱面464离开反射棱镜460。

在一个实施例中，第一色光441为绿光，并且第二色光451为洋红光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器410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420为反射绿光且透射洋红光的二向色滤光器。根据此实施例，第一偏振态的第二色光451的蓝色分量被透射两次，并且第二偏振态的第二色光451的蓝色分量被反射型偏振器190反射一次。单次反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器190的取向而产生，如在别处所述。

在一个方面，图5a-5b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 100和第二PBS 100’的合色器500。合色器500可与在别处描述的多种光源一起使用。从第一和第二光源540、550发射的各种偏振的光线的路径示于图5a-5b中，以更清晰地示出合色器500的各个部件的功能。第一PBS 100和第二PBS 100’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120以及110’、120’的对角面之间的第一和第二反射型偏振器190、190’，如在别处所述。在一个实施例中，第二PBS 100’的第一棱镜110’和第一PBS 100的第一棱镜110可为一体光学部件(未示出)，例如具有由第二反射型偏振器190’、第一反射型偏振器190以及第一棱面130’和第二棱面140限定的三个侧面的棱镜。

第一和第二波长选择型滤光器510、520设置为分别面向第一PBS100的第二棱面140和第二PBS 100’的第一棱面130’。第一和第二波长选择型滤光器510、520中的每一个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和第二波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个方面，第一和第二反射型偏振器190、190’可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，第一反射型偏振器190包括设置为靠近第一颜色选择型二向色滤光器510的蓝层，并且第二反射型偏振器190’包括设置为靠近第二颜色选择型二向色滤光器520的蓝层，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一和第二波长选择型滤光器510、520中的每一个。延迟片220、波长选择型滤光器(510、520)以及第一和第二反射型偏振器190、190’配合以通过第一PBS 100的第四棱面160和第二PBS 100’的第三棱面150’透射一种偏振态的光并且并且再循环其他偏振态的光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器500中的各个延迟片220均为相对第一偏振态195成45°取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一和第二光源540、550中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处参照图4a-4b所述，其公开内容同样适用于图5a-5b。

现在将参照图5b来描述第一色光541的路径，其中非偏振的第一色光541以p偏振的第一色光542离开第一PBS 100的第四棱面160并且以p偏振的第一色光545离开第二PBS 100’的第三棱面150’。

来自第一光源540的非偏振的第一色光541穿过第一颜色选择型二向色滤光器510、四分之一波长延迟片220、通过第二棱面140进入第一PBS 100、与反射型偏振器190相交、并且分离成p偏振的第一色光542和s偏振的第一色光543。p偏振的第一色光542穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第一色光542通过第四棱面160离开第一PBS 100。

S偏振的第一色光543从第一反射型偏振器190反射、通过第一棱面130离开第一PBS 100、通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、从第二反射型偏振器190’反射、并且通过第一棱面130’离开第二PBS100’。s偏振的第一色光543随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光544、从第二颜色选择型二向色滤光器520反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第一色光545。p偏振的第一色光545通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’并且以p偏振的第一色光545通过第三棱面150’离开第二PBS 100’。

现在将参照图5a来描述第二色光551的路径，其中非偏振的第二色光551以p偏振的第二色光555离开第一PBS 100的第四棱面160并且以p偏振的第二色光552离开第二PBS 100’的第三棱面150’。

来自第二光源550的非偏振的第二色光551穿过第二颜色选择型二向色滤光器520、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第二色光552和s偏振的第二色光553。p偏振的第二色光552穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第二色光552通过第三棱面150’离开第二PBS 100’。

S偏振的第二色光553从第二反射型偏振器190’反射、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、通过第一棱面130进入第一PBS 100、从第一反射型偏振器190反射并且通过第二棱面140离开第一PBS100。s偏振的第二色光553随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光554、从第一颜色选择型二向色滤光器510反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第二色光555。p偏振的第二色光555通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第二色光555通过第四棱面160离开第一PBS 100。

在一个实施例中，第一色光541为绿光，并且第二色光551为洋红光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器510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520为反射绿光且透射洋红光的二向色滤光器。根据此实施例，第一偏振态的第二色光551的蓝色分量被透射一次并且第二偏振态的第二色光551的蓝色分量被反射型偏振器190、190’中的每一个反射一次。单次反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器190、190’的取向而产生，如在别处所述。

在一个方面，图6a-6c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 100和第二PBS 100’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650、660、670发射的各种偏振的光线的路径示于图6a-6c中，以更清晰地示出合色器600的各个部件的功能。第一PBS 100和第二PBS 100’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120以及110’、120’的对角面之间的第一和第二反射型偏振器190、190’，如在别处所述。在一个实施例中，第二PBS100’的第二棱镜120’和第一PBS 100的第二棱镜120可为一体光学部件(未示出)，例如具有由第二反射型偏振器190’、第一反射型偏振器190以及第四棱面160’和第三棱面150限定的三个侧面的棱镜。

第一、第二和第三波长选择型滤光器610、620、630设置为分别面向第一PBS 100的第一棱面130、第二PBS 100’的第二棱面140’和第二PBS 100’的第一棱面130’。第一、第二和第三波长选择型滤光器610、620、630中的每一个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。在一个方面，第一和第二反射型偏振器190、190’可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，第一反射型偏振器190包括设置为靠近第一颜色选择型二向色滤光器610的蓝层，并且第二反射型偏振器190’包括设置为靠近第二颜色选择型二向色滤光器620以及第三颜色选择型二向色滤光器630的蓝层，如在别处所述。

包括宽带反射镜640的偏振旋转反射器设置为面向第一PBS 100的第二棱面140。偏振旋转反射器还包括设置在第二棱面140和宽带反射镜640之间的延迟片220。宽带反射镜640和延迟片220用于转换通过第二棱面140离开第一PBS 100的光的偏振态，并且将转换了偏振态的光重导向返回到第一PBS 100内，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一、第二和第三颜色选择型滤光器610、620、630中的每一个。延迟片220、颜色选择型滤光器(610、620、630)和第一和第二反射型偏振器190、190’配合以通过第一PBS 100的第三棱面150和第二PBS 100’的第四棱面160’透射一种偏振态的光并且并且再循环其他偏振态的光，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均为相对第一偏振态195成45°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650、660、670中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处参照图4a-4b所述，其公开内容同样适用于图6a-6c。

现在将参照图6c来描述第一色光651的路径，其中非偏振的第一色光651以p偏振的第一色光652离开第一PBS 100的第三棱面150并且以p偏振的第一色光659离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第一光源650的非偏振的第一色光651穿过第一颜色选择型二向色滤光器610、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130进入第一PBS 100、与第一反射型偏振器190相交、并且分离成p偏振的第一色光652和s偏振的第一色光653。p偏振的第一色光652穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第一色光652通过第三棱面150离开第一PBS 100。

S偏振的第一色光653从第一反射型偏振器190反射、通过第二棱面140离开第一PBS 100、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光654、从宽带反射镜640反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第一色光655。p偏振的第一色光655通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、通过第四棱面160离开第一PBS 100、通过第三棱面150’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且通过第一棱面130’离开第二PBS 100’。p偏振的第一色光655随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光656、从第三颜色选择型二向色滤光器630反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第一色光657、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、从第二反射型偏振器190’反射、并且通过第二棱面140’离开第二PBS 100’。s偏振的第一色光657随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光658、从第二颜色选择型二向色滤光器620反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第一色光659、通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第一色光659通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

现在将参照图6b来描述第二色光661的路径，其中非偏振的第二色光661以p偏振的第二色光669离开第一PBS 100的第三棱面150并且以p偏振的第二色光662离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第二光源660的非偏振的第二色光661穿过第二颜色选择型二向色滤光器620、四分之一波长延迟片220、通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第二色光662和s偏振的第二色光663。p偏振的第二色光662穿过第二反射型偏振器190’，并且以p偏振的第二色光662通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

S偏振的第二色光663从第二反射型偏振器190’反射、通过第一棱面130’离开第二PBS 100’、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光664、从第三颜色选择型二向色滤光器630反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第二色光665、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且通过第三棱面150’离开第二PBS 100’。p偏振的第二色光665通过第四棱面160进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、通过第二棱面140离开第一PBS 100、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光666。圆偏振光666从宽带反射镜640反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第二色光667、通过第二棱面140进入第一PBS 100、从第一反射型偏振器190反射、并且通过第一棱面130离开第一PBS 100。s偏振的第二色光667随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光668、从第一颜色选择型二向色滤光器610反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第二色光669并且通过第一棱面130进入第一PBS 100。p偏振的第二色光669穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第二色光669通过第三棱面150离开第一PBS 100。

现在将参照6a来描述第三色光671的路径，其中非偏振的第三色光671以p偏振的第三色光679离开第一PBS 100的第三棱面150并且以p偏振的第三色光675离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第三光源670的非偏振的第三色光671穿过第三颜色选择型二向色滤光器630、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第三色光672和s偏振的第三色光673。p偏振的第三色光672穿过第二反射型偏振器190’、通过第三棱面150’离开第二PBS 100’、通过第四棱面160进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且通过第二棱面140离开第一PBS 100。p偏振的第三色光672随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光676、从宽带反射镜640反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第三色光677、并且通过第二棱面140进入第一PBS 100。s偏振的第三色光677从第一反射型偏振器190反射、通过第一棱面130离开第一PBS100、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光678、从第一颜色选择型二向色滤光器610反射以改变圆偏振状态、并且穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第三色光679。p偏振的第三色光679通过第一棱面130进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第三色光679通过第三棱面150离开第一PBS 100。

S偏振的第三色光673从第二反射型偏振器190’反射、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光674、从第二颜色选择型二向色滤光器620反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第三色光675。p偏振的第三色光675通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第三色光675通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

在一个实施例中，第一色光651为绿光，第二色光661为蓝光，并且第三色光671为红光。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为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器；第三颜色选择型二向色滤光器630为反射蓝和绿光且透射红光的二向色滤光器。根据此实施例，第一偏振态的蓝色第二色光661通过反射型偏振器190、190’中的每一个透射两次，并且第二偏振态的蓝色第二色光661被反射型偏振器190、190’中的每一个反射一次。单次反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器190、190’的取向而产生，如在别处所述。

在一个实施例中，也可将第四色光(未示出)注入到合色器600中。在此实施例中，偏振旋转反射器包括替代上述宽带反射镜640的第四颜色选择型二向色滤光器、任选光隧道以及第四光源，其设置方式类似于图6a-6c中所示的第一、第二和第三光源650、660、670、任选光隧道430以及颜色选择型二向色滤光器610、620、630。第四颜色选择型二向色滤光器反射第一、第二和第三色光651、661、671，并且透射第四色光(未示出)。在此实施例中，第四色光也以p偏振态穿过第一PBS 100的第三棱面150以及第二PBS 100’的第四棱面160’。

在一个方面，图7a-7d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 100和第二PBS 100’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发射的各种偏振的光线的路径示于图7a-7c中，以更清晰地示出合色器700的各个部件的功能。任选第四光源780的路径示于图7d中。第一PBS 100和第二PBS 100’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120以及110’、120’的对角面之间的第一和第二反射型偏振器190、190’，如在别处所述。

第一、第二和第三波长选择型滤光器710、720、730设置为分别面向第一PBS 100的第二棱面140、第二PBS 100’的第二棱面140’以及第二PBS 100’的第一棱面130’。第一、第二和第三波长选择型滤光器710、720、730中的每一个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。在一个方面，第一和第二反射型偏振器190、190’可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，第一反射型偏振器190包括设置为靠近第一颜色选择型二向色滤光器710的蓝层，并且第二反射型偏振器190’包括设置为靠近第二颜色选择型二向色滤光器720以及第三颜色选择型二向色滤光器730的蓝层，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一、第二和第三颜色选择型滤光器710、720、730中的每一个。延迟片220、颜色选择型滤光器(710、720、730)以及第一和第二反射型偏振器190、190’配合以通过第一PBS 100的第四棱面160和第二PBS 100’的第四棱面160’透射一种偏振态的光，并且再循环其他偏振态的光，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均为相对第一偏振态195成45°取向的四分之一波长延迟片。

合色器700还包括设置在第一PBS 100的第一棱面130和第二PBS100’的第三棱面150’之间的半波长延迟片770。半波长延迟片770与第一和第二偏振器190、190’配合以转换从其穿过的光的偏振态，并且另外相对第一偏振态195成45度取向。

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)，如在别处参照图4a-4b所述，其公开内容同样适用于图7a-7d。

现在将参照图7c来描述第一色光741的路径，其中非偏振的第一色光741以p偏振的第一色光742离开第一PBS 100的第四棱面160并且以p偏振的第一色光748离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第一光源740的非偏振的第一色光741穿过第一颜色选择型二向色滤光器710、四分之一波长延迟片220、通过第二棱面140进入第一PBS 100、与反射型偏振器190相交、并且分离成p偏振的第一色光742和s偏振的第一色光743。p偏振的第一色光742穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第一色光742通过第四棱面160离开第一PBS 100。

S偏振的第一色光743从第一反射型偏振器190反射、通过第一棱面130离开第一PBS 100、随着其穿过半波长延迟片770变为p偏振的第一色光744、通过第三棱面150’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且通过第一棱面130’离开第二PBS 100’。p偏振的第一色光744随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光745、从第三颜色选择型二向色滤光器730反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第一色光746。s偏振的第一色光746通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、从第二反射型偏振器190’反射、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光747。圆偏振光747从第二颜色选择型二向色滤光器720反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第一色光748、通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第一色光748通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

现在将参照图7b来描述第二色光751的路径，其中非偏振的第二色光751以p偏振的第二色光758离开第一PBS 100的第四棱面160并且以p偏振的第二色光752离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第二光源750的非偏振的第二色光751穿过第二颜色选择型二向色滤光器720、四分之一波长延迟片220、通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第二色光752和s偏振的第二色光753。p偏振的第二色光752穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第二色光752通过第四棱面160’离开第二PBS100’。

S偏振的第二色光753从第二反射型偏振器190’反射、通过第一棱面130’离开第二PBS 100’、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光754、从第三颜色选择型二向色滤光器730反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第二色光755、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且通过第三棱面150’离开第二PBS 100’。p偏振的第二色光755随着其穿过半波长延迟片770变为s偏振的第二色光756、通过第一棱面130进入第一PBS 100、从第一反射型偏振器190反射、通过第二棱面140离开第一PBS 100、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光757。圆偏振光757从第一颜色选择型二向色滤光器710反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第二色光758、通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第二色光758通过第四棱面160离开第一PBS 100。

现在将参照图7a来描述第三色光761的路径，其中非偏振的第三色光761以p偏振的第三色光768离开第一PBS 100的第四棱面160并且以p偏振的第三色光765离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第三光源760的非偏振的第三色光761穿过第三颜色选择型二向色滤光器730、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第三色光762和s偏振的第三色光763。p偏振的第三色光762穿过第二反射型偏振器190’、通过第三棱面150’离开第二PBS 100’、并且随着其穿过半波长延迟片770变为s偏振的第三色光766。s偏振的第三色光766从第一反射型偏振器190反射、通过第二棱面140离开第一PBS 100、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光767、从第一颜色选择型二向色滤光器710反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第三色光768。p偏振的第三色光768通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第三色光768通过第四棱面160离开第一PBS 100。

S偏振的第三色光763从第二反射型偏振器190’反射、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光764、从第二颜色选择型二向色滤光器720反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第三色光765。p偏振的第三色光765通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第三色光765通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

在一个实施例中，第一色光741为绿光，第二色光751为蓝光，并且第三色光761为红光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器710为反射红和蓝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720为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器；第三颜色选择型二向色滤光器730为反射蓝和绿光且透射红光的二向色滤光器。根据此实施例，第一偏振态的蓝色第二色光751通过第二反射型偏振器190’透射两次并且通过第一反射型偏振器190透射一次；第二偏振态的蓝色第二色光751被第二反射型偏振器190’和第一反射型偏振器190中的每一个反射一次。从每个反射型偏振器的单次反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器190、190’的取向而产生，如在别处所述。

在一个实施例中，也可将第四色光注入到合色器700中，如图7d所示。在此实施例中，可邻近第一PBS 100的第三棱面150设置任选光隧道430和第四光源780，其设置方式类似于如图7a-7c中所示的第一、第二和第三光源740、750、760以及任选光隧道430。在此实施例中，不需要额外的四分之一波长延迟片220和额外的颜色选择型二向色滤光器，因为来自第一、第二、或第三光源740、750、760的任何光线均不穿过第三棱面150。在此实施例中，s偏振的第四色光穿过第一PBS 100的第四棱面160和第二PBS 100’的第四棱面160’。s偏振的第四色光可通过颜色选择型层叠延迟滤光片旋转成p偏振的第四色光，如在别处所述。

来自第四色光源780的第四色光781穿过任选光隧道430、通过第三棱面150进入第一PBS 100、并且与第一反射型偏振器190相交，在该处其分离成p偏振的第四色光782和s偏振的第四色光783。s偏振的第四色光783从第一反射型偏振器190反射并且以s偏振的第四色光783通过第四棱面160离开第一PBS 100。

P偏振的第四色光782穿过第一反射型偏振器190、通过第一棱面130离开第一PBS 100、随着其穿过半波长延迟片770变为s偏振的第四色光784、通过第三棱面150’进入第二PBS 100、从第二反射型偏振器190’反射、并且以s偏振的第四色光784通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

在一个方面，图8a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 100和第二PBS 100’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。从第三光源860发射的各种偏振的光线的路径示于图8a中，以更清晰地示出合色器800的各个部件的功能。从第一和第二光源840、850发射的各种偏振的光线的路径未示于图8a中；然而，这些光程易于根据针对第三光源860提供的描述以及针对图6a-6c和7a-7d中的合色器实施例提供的描述进行确定。

第一PBS 100和第二PBS 100’包括第一和第二反射型偏振器890、190’。第一反射型偏振器890与第一偏振态195成90度对准，并且设置在第一和第二棱镜110、120的对角面之间，如在别处所述。第二反射型偏振器190’对准第一偏振态195，并且设置在第一和第二棱镜110’、120’的对角面之间，如在别处所述。在一个实施例中，第二PBS100’的第二棱镜120’和第一PBS 100的第一棱镜110可为一体光学部件(未示出)，例如具有由第二反射型偏振器190’、第一反射型偏振器890、第四棱面160’和第二棱面140限定的四个侧面的平行四边形。

第一、第二和第三波长选择型滤光器810、820、830设置为分别面向第一PBS 100的第二棱面140、第二PBS 100’的第二棱面140’和第二PBS 100’的第一棱面130’。第一、第二和第三波长选择型滤光器810、820、830中的每一个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。在一个方面，第一和第二反射型偏振器890、190’可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，第一反射型偏振器890包括设置为靠近第一颜色选择型二向色滤光器810的蓝层，并且第二反射型偏振器190’包括设置为靠近第二颜色选择型二向色滤光器820和第三颜色选择型二向色滤光器830的蓝层，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一、第二和第三颜色选择型滤光器810、820、830中的每一个。延迟片220、颜色选择型滤光器(810、820、830)以及第一和第二反射型偏振器890、190’配合以通过第一PBS 100的第四棱面160透射一种偏振态的光、通过第二PBS 100’的第四棱面160’透射其他偏振态的光、并再循环其他偏振态的光，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均为相对第一偏振态195成45°取向的四分之一波长延迟片。

合色器800还包括设置为面向第一PBS 100的第四棱面160的半波长延迟片870。半波长延迟片870与第一和第二偏振器890、190’配合以转换从其穿过的光的偏振态，并且另外相对第一偏振态195成45度取向。在一个实施例(未示出)中，半波长延迟片可改为邻近第一反射型偏振器890设置在第二棱镜120的对角面上。来自光源840、850、860中的每一个的所得输出光仍与参照示于图8a和图8c中的构型所述相同。

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)，如在别处参照图4a-4b所述，其公开内容同样适用于图8a。

现在将参照图8a来描述第三色光861的路径，其中非偏振的第三色光861以p偏振的第三色光868离开半波长延迟片870并且以p偏振的第三色光865离开第二PBS100’的第四棱面160’。

来自第三光源860的非偏振的第三色光861穿过第三颜色选择型二向色滤光器830、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第三色光862和s偏振的第三色光863。p偏振的第三色光862穿过第二反射型偏振器190’、通过第三棱面150’离开第二PBS 100’、通过第一棱面130进入第一PBS 100、从第一反射型偏振器890反射、并且通过第二棱面140离开第一PBS 100。p偏振的第三色光862随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光866、从第一颜色选择型二向色滤光器810反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第三色光867。s偏振的第三色光867通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器890、并且通过第四棱面160离开第一PBS 100、并且随着其穿过半波长延迟片870变为p偏振的第三色光868。

S偏振的第三色光863从第二反射型偏振器190’反射、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光864、从第二颜色选择型二向色滤光器820反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第三色光865。p偏振的第三色光865通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且以p偏振的第三色光865通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

在一个实施例中，第一光源840发射绿光，第二光源850发射蓝光，并且第三色光861为红光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器810为反射红和蓝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820为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器；第三颜色选择型二向色滤光器830为反射蓝和绿光且透射红光的二向色滤光器。根据此实施例，来自第二光源850的p偏振态的蓝色光通过第二反射型偏振器190’透射两次并且从第一反射型偏振器890反射一次；来自第二光源850的s偏振态的蓝色光被第二反射型偏振器190’反射一次并且通过第一反射型偏振器890透射一次。反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器890、190’的取向而产生，如在别处所述。

在一个实施例中，也可将第四色光注入到合色器800中，如图8c所示。在此实施例中，可邻近第一PBS 100的第三棱面150设置任选光隧道430和第四光源880，其设置方式类似于如图8a中所示的第一、第二和第三光源840、850、860以及任选光隧道430。在此实施例中，不需要额外的四分之一波长延迟片220和额外的颜色选择型二向色滤光器，因为来自第一、第二、或第三光源840、850、860的任何光线均不穿过第三棱面150。在此实施例中，s偏振的第四色光穿过第一PBS100的第四棱面160和第二PBS 100’的第四棱面160’。s偏振的第四色光可通过颜色选择型层叠延迟滤光片旋转成p偏振的第四色光，如在别处所述。

来自第四色光源880的第四色光881穿过任选光隧道430、通过第三棱面150进入第一PBS 100、并且与第一反射型偏振器890相交，在该处其分离成p偏振的第四色光883和s偏振的第四色光882。p偏振的第四色光883从第一反射型偏振器890反射、通过第四棱面160离开第一PBS 100、并且随着其穿过半波长延迟片870变为s偏振的第四色光884。

S偏振的第四色光882穿过第一反射型偏振器890、通过第一棱面130离开第一PBS 100、从第二反射型偏振器190’反射、并且以s偏振的第四色光882通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

在一个方面，图8b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 100和第二PBS 100’的合色器801。合色器801可与在别处描述的多种光源一起使用。从第三光源860发射的各种偏振的光线的路径示于图8b中，以更清晰地示出合色器801的各个部件的功能。从第一和第二光源840、850发射的各种偏振的光线的路径未示于图8b中；然而，这些光程易于根据针对第三光源860提供的描述以及针对图6a-6c和7a-7d中的合色器实施例提供的描述进行确定。

第一PBS 100和第二PBS 100’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120以及110’、120’的对角面之间的第一和第二反射型偏振器190、190’，如在别处所述。在一个实施例中，第二PBS100’的第二棱镜120’和第一PBS 100的第一棱镜110可为一体光学部件(未示出)，例如具有由第二反射型偏振器190’、半波长延迟片870、第四棱面160’和第二棱面140限定的四个侧面的平行四边形。

第一、第二和第三波长选择型滤光器810、820、830设置为分别面向第一PBS 100的第二棱面140、第二PBS 100’的第二棱面140’和第二PBS 100’的第一棱面130’。第一、第二和第三波长选择型滤光器810、820、830中的每一个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。在一个方面，第一和第二反射型偏振器190、190’可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，第一反射型偏振器190包括设置为靠近第一颜色选择型二向色滤光器810的蓝层，并且第二反射型偏振器190’包括设置为靠近第二颜色选择型二向色滤光器820和第三颜色选择型二向色滤光器830的蓝层，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一、第二和第三颜色选择型滤光器810、820、830中的每一个。延迟片220、颜色选择型滤光器(810、820、830)以及第一和第二反射型偏振器190、190’配合以通过第一PBS 100的第四棱面160和第二PBS 100’的第四棱面160’透射一种偏振态的光，并且再循环其他偏振态的光，如在别处所述。在下文所述的一个实施例中，合色器801中的各个延迟片220均为相对第一偏振态195成45°取向的四分之一波长延迟片。

合色器801还包括设置在第一反射型偏振器190、190’之间、邻近第一反射型偏振器190和第一棱镜110的对角面的半波长延迟片870。半波长延迟片870与第一和第二偏振器190、190’配合以转换从其穿过的光的偏振态，并且另外相对第一偏振态195成45°取向。在一个实施例(未示出)中，半波长延迟片改为设置在第一PBS 100的第一棱面130和第二PBS 100’的第三棱面150’之间。来自光源840、850、860中的每一个的所得输出光仍与参照示于图8b和图8d中的构型所述相同。

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)，如在别处参照图4a-4b所述，其公开内容同样适用于图8b。

现在将参照图8b来描述第三色光861的路径，其中非偏振的第三色光861以p偏振的第三色光869离开第一PBS 100的第四棱面160并且以p偏振的第三色光865离开第二PBS 100’的第四棱面160’。

来自第三光源860的非偏振的第三色光861穿过第三颜色选择型二向色滤光器830、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第三色光862和s偏振的第三色光863。p偏振的第三色光862穿过第二反射型偏振器190’、通过第三棱面150’离开第二PBS 100’、通过第一棱面130进入第一PBS 100、穿过半波长延迟片870变为s偏振的第三色光(未示出)、从第一反射型偏振器190反射、再次穿过半波长延迟片870变为p偏振的第三色光866、并且通过第二棱面140离开第一PBS 100。p偏振的第三色光866随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光867、从第一颜色选择型二向色滤光器810反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第三色光868。s偏振的第三色光868通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过半波长延迟片870变为p偏振的第三色光869、穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第三色光869通过第四棱面160离开第一PBS 100。

在一个实施例中，第一光源840发射绿光，第二光源850发射蓝光，并且第三色光861为红光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器810为反射红和蓝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820为反射绿和红光且透射蓝光的二向色滤光器；第三颜色选择型二向色滤光器830为反射蓝和绿光且透射红光的二向色滤光器。根据此实施例，来自第二光源850的p偏振态的蓝色光通过第二反射型偏振器190’透射两次并且通过第一反射型偏振器190透射一次；来自第二光源850的s偏振态的蓝色光被第二反射型偏振器190’反射一次并且被第一反射型偏振器190反射一次。单次反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器190、190’的取向而产生，如在别处所述。

在一个实施例中，也可将第四色光注入到合色器801中，如图8d所示。在此实施例中，可邻近第一PBS 100的第三棱面150设置任选光隧道430和第四光源890，其设置方式类似于如图8b中所示的第一、第二和第三光源840、850、860以及任选光隧道430。在此实施例中，不需要额外的四分之一波长延迟片220和额外的颜色选择型二向色滤光器，因为来自第一、第二、或第三光源840、850、860的任何光线均不穿过第三棱面150。在此实施例中，s偏振的第四色光穿过第一PBS100的第四棱面160和第二PBS 100’的第四棱面160’。s偏振的第四色光可通过颜色选择型层叠延迟滤光片旋转成p偏振的第四色光，如在别处所述。

来自第四色光源890的第四色光891穿过任选光隧道430、通过第三棱面150进入第一PBS 100、并且与第一反射型偏振器190相交。s偏振的第四色光893从第一反射型偏振器190反射并且通过第四棱面160离开第一PBS 100。p偏振的第四色光穿过第一反射型偏振器190并且随着其穿过半波长延迟片870变为s偏振的第四色光892。s偏振的第四色光892通过第一棱面130离开第一PBS 100、通过第三棱面150’进入第二PBS 100’、从第二反射型偏振器190’反射、并且以s偏振的第四色光892通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。

在一个方面，图9a-9c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 100和第二PBS 100’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。从第一和第二光源940、950发射的各种偏振的光线的路径示于图9a-9b中，以更清晰地示出合色器900的各个部件的功能。任选第三光源960的路径示于图9c中。第一PBS 100和第二PBS 100’包括对准第一偏振态195、设置在第一和第二棱镜110、120以及110’、120’的对角面之间的第一和第二反射型偏振器190、190’，如在别处所述。在一个实施例中，第二PBS 100’的第一棱镜110’和第一PBS 100的第一棱镜110可为一体光学部件(未示出)，例如具有由第二反射型偏振器190’、第一反射型偏振器190以及第一棱面130’和第二棱面140限定的三个侧面的棱镜。

第一和第二波长选择型滤光器910、920设置为分别面向第一PBS100的第三棱面150和第二PBS 100’的第四棱面160’。第一和第二波长选择型滤光器910、920中的每一个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和第二波长谱的光，并反射其他波长谱的光。在一个方面，第一和第二反射型偏振器190、190’可包括聚合物多层光学膜。在一个实施例中，第一反射型偏振器190包括设置为靠近第一颜色选择型二向色滤光器910的蓝层，并且第二反射型偏振器190’包括设置为靠近第二颜色选择型二向色滤光器920的蓝层，如在别处所述。

延迟片220设置为面向第一和第二颜色选择型二向色滤光器910、920中的每一个。延迟片220、颜色选择型二向色滤光器(910、920)以及第一和第二反射型偏振器190、190’配合以通过第一PBS 100的第四棱面160和第二PBS 100’的第三棱面150’透射一种偏振态的光，并且再循环其他偏振态的光，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均为相对第一偏振态195成45°取向的四分之一波长延迟片。

根据另一方面，可为第一和第二光源940、950中的每一个提供任选光隧道430或透镜组件(未示出)，如在别处参照图4a-4b所述，其公开内容同样适用于图9a-9c。

现在将参照图9b来描述第一色光941的路径，其中非偏振的第一色光941以s偏振的第一色光943离开第一PBS 100的第四棱面160并且以s偏振的第一色光945离开第二PBS 100’的第三棱面150’。

来自第一光源940的非偏振的第一色光941穿过第一颜色选择型二向色滤光器910、四分之一波长延迟片220、通过第三棱面150进入第一PBS 100、与第一反射型偏振器190相交、并且分离成p偏振的第一色光942和s偏振的第一色光943。s偏振的第一色光943从第一反射型偏振器190反射、并且以s偏振的第一色光943通过第四棱面160离开第一PBS 100。

P偏振的第一色光942穿过第一反射型偏振器190、通过第一棱面130离开第一PBS 100、通过第二棱面140’进入第二PBS 100’、穿过第二反射型偏振器190’、并且通过第四棱面160’离开第二PBS 100’。p偏振的第一色光942随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光944、从第二颜色选择型二向色滤光器920反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第一色光945。s偏振的第一色光945通过第四棱面160’进入第二PBS 100’、从第二反射型偏振器190’反射、并且以s偏振的第一色光945通过第三棱面150’离开第二PBS 100’。

现在将参照图9a来描述第二色光951的路径，其中非偏振的第二色光951以s偏振的第二色光955离开第一PBS 100的第四棱面160并且以s偏振的第二色光953离开第二PBS 100’的第三棱面150’。

来自第二光源950的非偏振的第二色光951穿过第二颜色选择型二向色滤光器920、四分之一波长延迟片220、通过第四棱面160’进入第二PBS 100’、与第二反射型偏振器190’相交、并且分离成p偏振的第二色光952和s偏振的第二色光953。s偏振的第二色光953从第二反射型偏振器190’反射、并且以s偏振的第二色光953通过第三棱面150’离开第二PBS 100’。

P偏振的第二色光952穿过第二反射型偏振器190’、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、通过第一棱面130进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且通过第三棱面150离开第一PBS 100。p偏振的第二色光952随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光954、从第一颜色选择型二向色滤光器910反射以改变圆偏振状态、并且随着其穿过四分之一波长延迟片220变为s偏振的第二色光955。s偏振的第二色光955通过第三棱面150进入第一PBS 100、从第一反射型偏振器190反射、并且以s偏振的第二色光955通过第四棱面160离开第一PBS 100。

在一个实施例中，第一色光941为绿光，并且第二色光951为洋红光。根据此实施例，第一颜色选择型二向色滤光器910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920为反射绿光且透射洋红光的二向色滤光器。根据此实施例，第一偏振态的第二色光951的蓝色分量被反射型偏振器190、190’中的每一个透射一次；第二偏振态的第二色光951的蓝色分量被反射型偏振器190、190’中的每一个反射一次。单次反射优选地为来自蓝层的前表面反射，其因反射型偏振器190、190’的取向而产生，如在别处所述。

在一个实施例中，也可将第三色光注入到合色器900中，如图9c所示。在此实施例中，可邻近第二PBS 100’的第一棱面130’设置四分之一波长延迟片220、第三颜色选择型二向色滤光器、任选光隧道以及第三光源，其设置方式类似于图9a-9b中所示的第一和第二光源940、950、任选光隧道430、颜色选择型二向色滤光器910、920以及四分之一波长延迟片220。诸如宽带反射镜970之类的偏振旋转反射器以及四分之一波长延迟片220设置为面向第一PBS 100的第二棱面140。在此实施例中，来自第一或第二光源940、950的任何光线均未穿过第二PBS100’的第一棱面130’、或穿过第一PBS 100的第二棱面140。

在此实施例中，p偏振的第三色光穿过第一PBS 100的第四棱面160和第二PBS 100’的第四棱面160’。p偏振的第三色光可通过颜色选择型层叠延迟滤光片旋转成s偏振的第三色光，如在别处所述。

来自第三色光源960的非偏振的第三色光961穿过任选光隧道430、第三颜色选择型二向色滤光器930、四分之一波长延迟片220、通过第一棱面130’进入第二PBS 100’、并且与第二反射型偏振器190’相交，在该处其分离成p偏振的第三色光962和s偏振的第三色光963。p偏振的第三色光962离开第二PBS 100’的第三棱面150’。

S偏振的第三色光963从第二反射型偏振器190’反射、通过第二棱面140’离开第二PBS 100’、通过第一棱面130进入第一PBS 100、从第一反射型偏振器190反射并且通过第二棱面140离开第一PBS100。s偏振的第三色光963随着其穿过四分之一波长延迟片220变为圆偏振光964、从宽带反射镜970反射以改变圆偏振状态、随着其穿过四分之一波长延迟片220变为p偏振的第三色光965、通过第二棱面140进入第一PBS 100、穿过第一反射型偏振器190、并且以p偏振的第三色光965通过第四棱面160离开第一PBS 100。

在另一个实施例中，也可将第四色光(未示出)注入到合色器900中。在此实施例中，宽带反射镜970被取代为第四颜色选择型二向色滤光器970、任选光隧道430和第四光源(未示出)，其设置方式类似于图9a-9c中所示的光源940、950、960、任选光隧道430、四分之一波长延迟片220以及颜色选择型二向色滤光器910、920、930。第三颜色选择型二向色滤光器930反射第四色光(未示出)并且透射第三色光961；第四颜色选择型二向色滤光器970反射第三色光961并且透射第四色光(未示出)。在此实施例中，第四色光也以p偏振态穿过第二PBS 100’的第三棱面150’和第一PBS 100的第四棱面160。

色光组合系统中的光源可按顺序通电，如在共同未决的美国专利申请序列号60/638834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10示出包括三色光组合系统1002的投影仪1000。三色光组合系统1002在输出区域1004提供组合输出光。在一个实施例中，输出区域1004的组合输出光被偏振。输出区域1004的组合输出光穿过光引擎光学件1006到达投影光学件1008。

光引擎光学件1006包括透镜1022、1024和反射器1026。投影光学件1008包括透镜1028、PBS 1030和投影透镜1032。投影透镜1032中的一个或多个可相对PBS 1030移动，以实现对投影图像1012的对焦调节。反射型成像装置1010调节投影光学件中的光的偏振态，使得穿过PBS 1030并进入投影透镜的光的强度将被调节以产生投影图像1012。控制电路1014连接到反射型成像装置1010以及光源1016、1018和1020，以将反射型成像装置1010的操作与光源1016、1018和1020的时序同步。在一个方面，输出区域1004处组合光的第一部分被引导穿过投影光学件1008，且组合输出光的第二部分可通过输出区域1004循环返回到合色器1002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10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

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；

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；

第一延迟片，设置为面向所述第一颜色选择型二向色滤光器；和

第二延迟片，设置为面向所述第二颜色选择型二向色滤光器，

其中所述反射型偏振器和所述延迟片设置用于将所述第一和第二光束的第二偏振态分别转换成所述第一和第二光束的第一偏振态。

2.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所述第一偏振态对准，并且各个延迟片包括与所述第一偏振态成大约45度角对准的四分之一波长延迟片。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述第一偏振态的第一光束和第二光束中的至少一者从反射镜反射。

4.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。

5.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述第一光束包括第一颜色非偏振光，并且所述第二光束包括不同于所述第一颜色非偏振光的第二颜色非偏振光。

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

7.根据权利要求3所述的光学元件，其中所述反射镜设置在第三棱镜的第二对角面上。

8.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。

9.根据权利要求8所述的光学元件，其中所述聚合物多层光学膜包括设置为靠近所述第一和第二颜色选择型二向色滤光器的蓝层。

10.一种合色器，包括根据权利要求1所述的光学元件。

11.一种显示系统，包括成像面板和根据权利要求10所述的合色器。

12.一种光学元件，包括：

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，设置为以成大约45度角与所述第二光束相交；

第二延迟片，设置为面向所述第二颜色选择型二向色滤光器，其中所述第一和第二反射型偏振器以及所述第一和第二延迟片设置用于将所述第一和第二光束的第二偏振态分别转换成所述第一和第二光束的第一偏振态。

13.根据权利要求12所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与所述第一偏振态对准，并且各个延迟片包括与所述第一偏振态成大约45度角对准的四分之一波长延迟片。

14.根据权利要求12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。

15.根据权利要求12所述的光学元件，其中所述第一光束包括第一颜色非偏振光，并且所述第二光束包括不同于所述第一颜色非偏振光的第二颜色非偏振光。

16.根据权利要求12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设置在所述第一PBS的第一对角面上；和

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设置在所述第二PBS的第二对角面上。

17.根据权利要求12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。

18.根据权利要求17所述的光学元件，其中各个聚合物多层光学膜包括蓝层，所述蓝层设置为靠近所述第一和第二颜色选择型二向色滤光器中的至少一者。

19.一种合色器，包括根据权利要求12所述的光学元件。

20.一种显示系统，包括成像面板和根据权利要求19所述的合色器。

21.一种光学元件，包括：

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；

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，设置为以成大约45度角与所述第三光束相交；

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；以及

第一、第二、第三和第四延迟片，设置为分别面向所述第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器以及所述反射器中的每一个，

其中所述第一和第二反射型偏振器以及所述延迟片设置用于将所述第一、第二和第三光束的第二偏振态分别转换成所述第一、第二和第三光束的第一偏振态。

22.根据权利要求21所述的光学元件，其中所述反射器包括宽带反射镜。

23.根据权利要求21所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与所述第一偏振态对准，并且各个延迟片包括与所述第一偏振态成大约45度角对准的四分之一波长延迟片。

24.根据权利要求21所述的光学元件，其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束各自包括会聚光线或发散光线。

25.根据权利要求21所述的光学元件，其中所述第一光束包括第一颜色非偏振光，所述第二光束包括第二颜色非偏振光，并且所述第三光束包括第三颜色非偏振光。

26.根据权利要求21所述的光学元件，还包括：

27.根据权利要求21所述的光学元件，其中各个反射型偏振器包括聚合物多层光学膜。

28.根据权利要求27所述的光学元件，其中各个聚合物多层光学膜包括蓝层，所述蓝层设置为靠近所述第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的至少一者。

29.根据权利要求21所述的光学元件，其中所述反射器包括：

第四颜色选择型二向色滤光器，具有第四输入表面且设置为透射垂直于所述第四输入表面的第四光束，

其中所述第一和第二反射型偏振器以及所述延迟片设置用于将所述第一、第二、第三和第四光束的第二偏振态分别转换成所述第一、第二、第三和第四光束的第一偏振态。

30.一种合色器，包括根据权利要求21所述的光学元件。

31.一种显示系统，包括成像面板和根据权利要求30所述的合色器。

32.一种光学元件，包括：

半波长延迟片，设置在所述第一反射型偏振器和所述第二反射型偏振器之间；以及

第一、第二和第三四分之一波长延迟片，设置为分别面向所述第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的每一个，

33.根据权利要求32所述的光学元件，其中所述半波长延迟片设置为以大致垂直的方向与所述第一光束相交。

34.根据权利要求32所述的光学元件，其中所述半波长延迟片设置为以成大约45度角与所述第一光束相交。

35.根据权利要求32所述的光学元件，其中各个反射型偏振器与所述第一偏振态对准，并且各个四分之一波长延迟片与所述第一偏振态成大约45度角对准。

36.根据权利要求32所述的光学元件，其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束各自包括会聚光线或发散光线。

37.根据权利要求32所述的光学元件，其中所述第一光束包括第一颜色非偏振光，所述第二光束包括第二颜色非偏振光，并且所述第三光束包括第三颜色非偏振光。

38.根据权利要求32所述的光学元件，还包括：

39.根据权利要求32所述的光学元件，其中各个反射型偏振器包括聚合物多层光学膜。

40.根据权利要求39所述的光学元件，其中所述聚合物多层光学膜包括蓝层，所述蓝层设置为靠近所述第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的至少一者。

41.一种合色器，包括根据权利要求32所述的光学元件。

42.一种显示系统，包括成像面板和根据权利要求41所述的合色器。

43.一种光学元件，包括：

半波长延迟片，设置为面向所述第三颜色选择型二向色滤光器且位于所述第二反射型偏振器的相反侧；以及

第一、第二和第三四分之一波长延迟片，设置为分别面向所述第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的每一个，其中所述第一反射型偏振器以及所述第一和第二延迟片设置用于将所述第一和第二光束的第二偏振态分别转换成所述第一和第二光束的第一偏振态，并且其中所述第二反射型偏振器和所述第三延迟片设置用于将所述第一、第二和第三光束的第一偏振态分别转换成所述第一、第二和第三光束的第二偏振态。

44.根据权利要求43所述的光学元件，其中所述半波长延迟片邻近所述第二反射型偏振器，并且位于与所述第三颜色选择型二向色滤光器相反的一侧。

45.根据权利要求43所述的光学元件，其中所述第一反射型偏振器与所述第一偏振态对准，所述第二反射型偏振器与所述第二偏振态对准，并且各个四分之一波长延迟片与所述第一偏振态成大约45度角对准。

46.根据权利要求43所述的光学元件，其中所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束各自包括会聚光线或发散光线。

47.根据权利要求43所述的光学元件，其中所述第一光束包括第一颜色非偏振光，所述第二光束包括第二颜色非偏振光，并且所述第三光束包括第三颜色非偏振光。

48.根据权利要求43所述的光学元件，还包括：

49.根据权利要求43所述的光学元件，其中各个反射型偏振器包括聚合物多层光学膜。

50.根据权利要求49所述的光学元件，其中所述聚合物多层光学膜包括蓝层，所述蓝层设置为靠近所述第一、第二和第三颜色选择型二向色滤光器中的至少一者。

51.一种合色器，包括根据权利要求43所述的光学元件。

52.一种显示系统，包括成像面板和根据权利要求51所述的合色器。