JP2011215121A

JP2011215121A - 複合カラー分光システム

Info

Publication number: JP2011215121A
Application number: JP2010107356A
Authority: JP
Inventors: Chi-Hung Lee; 企桓李; Hui-Hsiung Lin; 暉雄林; Po-Chou Chen; 柏洲陳; Seikan Chin; 政寰陳
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-10-27
Also published as: KR101146705B1; US8421956B2; KR20110110696A; JP2011216456A; US20110242457A1; TW201135285A

Abstract

【課題】複合カラー分光システムの提供。
【解決手段】複合カラー分光システムは、光制御モジュール２０、導光モジュール３０、分光モジュール４０を備え、光制御モジュール２０は少なくとも１個の光源ユニット２１、及び少なくとも１個のレンズユニット２２を備え、光源ユニット２１は少なくとも２種の異なる波長を備える複数の光源の配列により構成し、しかも複数の光源は対称的に設置し、光源ユニット２１は２種の異なる波長を備える複数の入射光を、レンズユニット２２に入射させ、さらに光制御モジュール２０から出射させ、導光モジュール３０は第一入射面３１、導光構造３３、第一出射面３２を備え、第一入射面３１は光制御モジュール２０により出射された複数の入射光を受け取り、導光構造３３は複数の入射光を、第一出射面３２へと導き、導光モジュール３０から出射させ、分光モジュール４０に入射させ、分光モジュール４０により複数の入射光を分光後、分光モジュール４０から出射する。
【選択図】図４

Description

本発明は複合カラー分光システムに関し、特に従来の表示パネルイメージセンサー、カラービデオカメラが採用するカラーフィルターに置換でき、光学使用効率を向上させ、システムをシンプルにすることができる複合カラー分光システムに関する。

フラットディスプレーにおいて、バックライトには通常液晶空間変調器(a spatial light modulator)、及びカラーフィルターを組合せて、フルカラーイメージを表示する。デジカメのイメージセンサーもまた、カラーフィルターに色差の演算を対応させて、原物の色を表示する。カラービデオカメラ、及びリアプロジェクターテレビなどの比較的大型のシステムでは、三板式または二板式のプリズム、或いはカラーフィルターを採用し、視準光源を対応させて、フルカラーイメージを表示する。システムがカラーフィルター(color filter、CF)を採用すると、カラーフィルター(color filter、CF)の各着色画素は、赤、緑、青の三原色(R、G、B)内の単一の原色しか表現することができず、三分の二の入射白色光エネルギーは吸収されてしまう。そのため、光学使用効率が低く、電池の使用寿命を短くしてしまう。この他、カラーフィルターの製造工程は極めて複雑で、また各原色は、少なくとも１回の半導体リソグラフプロセスを使用する必要があり、製造コストが極めて高い。

カラー分光の光学的な方式では、現在、フォトレジスト吸収式、薄膜光学式、光グリッド分光式、プリズム分光式などの方式があり、これら方式のフラットディスプレーへの応用においては、それぞれ欠点がある。フォトレジスト吸収式は効率が低く、薄膜光学式はコストが高い。光グリッド分光式はノイズの処理が容易でなく、しかも視準度が高いバックライトが必要で、プリズム分光式は、フィルター構造には適していない。上記した状況に対して、RGB LEDの近年の発展により、各色光源の入射角度の違いを利用して、間接的にカラー分光を達成することを本発明の核心とする。

図１〜３は、従来のカラービデオカメラが常用する分光構造を示す。図１が示す三板式プリズム分光構造は、ズームレンズ１、赤外線フィルター２、三板式プリズム３、赤色光CCD４、緑色光CCD５、青色光CCD６により構成する。図２に示す二板式二方向色プリズム分光構造は、ズームレンズ１、赤外線フィルター２、二板式プリズム７、赤青光フィルター８、赤青光CCD９、緑色光CCD５により構成する。図３に示す一板式カラーフィルター構造は、ズームレンズ１、赤外線フィルター２、赤緑青光カラーフィルター１０、赤緑青光CCD１１により構成する。図１、２に示す２種の構造は、プリズムと干渉薄膜を利用して分光するが、必要な体積が大きく、光学部品が多いという欠点がある。図３に示す構造は、光学構造であるカラーフィルターを採用するが、光学効率が低いという欠点が存在する。

Philips社は2008年に「Journal of SID 16/8,2008」において、及びIBM社は2002年に「EURODISPLAY 2002」の第339〜342ページにおいて、サブ波長構造を利用した分光を発表している。
上記構造は、マイクロレンズ配列を組合せ、各色ビームを各サブ画素にフォーカスさせ、従来の染料式フォトレジストの機能に置換するものである。
しかしやはり、両者には共に、以下のように同様の欠点が存在する。
１.サブ波長構造(Pitch〜320nm)は、大面積の製造は難しい。
２.出光の均一性が劣る。
３.コストが過度に高い。

特許の分野では、特許文献１の「Color Display Device with Chirped Diffraction Gratings」は、カラーフィルターに代わる光学構造を開示している。それは主に、点滅式の微光グリッドを利用して三原色を分離するもので、パネルに応用する時には、各原色は１個の画素(主に一級浸透回折光)に対応する。しかし、上記した構造は、一級浸透回折光を使用するため、入射光と出射光との角度は大きくなり、これにより出射光は垂直に液晶層に進入し、入射光が点滅式微光グリッドに進入するためには大きな角度が必要である。もし、垂直入射光が点滅式微光グリッドに進入するなら、出射光は大角度でしか液晶層に進入できず、使用可能性を狭めてしまう。これに対しては、他の屈折部品を組合せなければ、薄型化されたパネル構造中への応用には適していない。

特許文献２の「Color Display Device and Method Using Holographic Lenses」は、カラーフィルターに置換する光学構造を開示している。それは主に、ホログラフィックレンズユニットを利用し、三原色の分離を生じ、パネルへの応用時には、各原色は、１個の画素(主に一級浸透回折光)に対応する。しかし、上記した構造は、３層のホログラフィックレンズユニットを使用するため、製造工程の難度が非常に高く、マイクロ屈折レンズ配列間の位置を正確に合わせるのは難しく、さらにノイズがやはり高い(三原色間のcross talkが深刻)。すなわち上記のように、実際の応用時に解決すべき難題が多く存在する。

特許文献３の「Holographic Color Filters for Display Applications, and Operating Method」は、カラーフィルターに置換する光学構造を開示している。それは主に、１組のホログラフィックフィルターレンズユニットを利用し、三原色の分離を生じ、さらに別の１組のホログラフィックフィルターを利用し、しかも偏向レンズユニットは光路を偏向し、これにより各原色は１個の画素に対応する。しかし、上記した構造は、多層のホログラフィックレンズユニットを使用するため、光学効率が極めて低く、さらにホログラフィックパーツ配列間の位置を正確に合わせるのは難い。すなわち上記のように、実際の応用時に解決すべき難題が多く存在する。

特許文献４の「イメージセンサー」は、カラーフィルターに置換する光学構造を開示している。それは主に、１組のレンズを利用し、プリズムを組合せて三原色の分離を生じ、しかも光路を偏向し、これにより各原色は１個のサブ画素に対応する。しかし、上記した構造は、使用するレンズをプリズム上に設置し、しかもプリズムの形状は、イメージセンサー全体のライトフィールド範囲内において、大きさが不均一であるため、光学効率は良いが、実際は製造は不可能で、これも実際の応用時に解決すべき難題が存在する。

上記したようにカラーフィルターに置換可能で、光学使用効率を拡大し、システムをシンプルにし、同時に高い光学効率を維持しながら、パネル画素に対応し、かつ液晶層の三原色に垂直に入射可能な光学モジュールを設計するかは、当該技術領域で解決が急がれる課題である。

米国発明特許US5615024A 米国発明特許US4807978 米国発明特許US5764389 中華民国新型特許M249217

Philips社「Journal of SID 16/8,2008」 IBM社「EURODISPLAY 2002第339〜342ページ」

本発明が解決しようとする課題は、従来の表示パネルイメージセンサー、カラービデオカメラが採用するカラーフィルターに置換でき、光学使用効率を向上させ、システムをシンプルにすることができる複合カラー分光システムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記の複合カラー分光システムを提供する。
複合カラー分光システムは、光制御モジュール、導光モジュール、分光モジュールを備え、
該光制御モジュールは、少なくとも１個の光源ユニット、及び少なくとも１個のレンズユニットを備え、該光源ユニットは、少なくとも２種の異なる波長を備える複数の光源の配列により構成し、しかも該複数の光源は、対称的に設置し、該光源ユニットは、２種の異なる波長を備える複数の入射光を、該レンズユニットに入射させ、さらに該光制御モジュールから出射させ、
該導光モジュールは、第一入射面、導光構造、第一出射面を備え、該第一入射面は、該光制御モジュールにより出射された該複数の入射光を受け取り、該導光構造は、該複数の入射光を、該第一出射面へと導き、該導光モジュールから出射させ、
該分光モジュールは、該導光モジュールにより出射された該複数の入射光を受け取り、該複数の入射光を分光後、該分光モジュールから出射する。

本発明複合カラー分光システムは、特定構造を含む３個の光学モジュールにより組成し、この３個のモジュールはそれぞれ、光制御モジュール、導光モジュール、分光モジュールで、光制御モジュールは、異なる波長の光源を含み、これら構造はそれぞれ異なる角度で導光モジュールに入射し、導光モジュールにより、入射光を、導光モジュールの出射面へと導き出射させ、分光モジュールに入射させ、分光モジュールはさらに、入射光を集め、特定方向或いは位置へと通過させ、この種の光学モジュールを含む組合せは、表示パネル、イメージセンサー、カラービデオカメラ中のカラー分光機能を達成することができ、光学使用効率を高め、システムをシンプルにすることができる。

従来の三板式プリズム分光構造の表示図である。従来の二板式二方向色プリズム分光構造の表示図である。従来の一板式カラーフィルター構造の表示図である。本発明実施例の構造を示す立体表示図である。本発明光制御モジュールのレンズユニット第一実施例の俯瞰構造表示図、及び光制御モジュールが生じる入射光が導光モジュールに進入する光路を示す表示図である。本発明光制御モジュールのレンズユニット第一実施例の側視構造図、及び光制御モジュールが生じる入射光が導光モジュールに進入する光路を示す表示図である。本発明光制御モジュールのレンズユニット第二実施例の俯瞰構造表示図である。本発明光制御モジュールと導光モジュールの別種の組合せ構造で、しかも反射導光構造を設置する構造の側視及び光路表示図である。本発明分光モジュール第一実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第二実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第三実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第四実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第五実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第六実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第七実施例の側視構造表示図である。本発明分光モジュール第八実施例の側視構造表示図である。

以下に図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図４に示すように、本発明の複合カラー分光システムは、光制御モジュール２０、導光モジュール３０、分光モジュール４０を備える。光制御モジュール２０の作用により、視準或いは集中において、異なる波長を備える入射光は、異なる角度から導光モジュール３０に入射する。導光モジュール３０は、第一入射面３１と第一出射面３２を備える。第一入射面３１は、入射光を入射させ、さらに導光モジュール３０は、入射光を、ガイドして、第一出射面３２から射出させ、並びに分光モジュール４０に入射させる。分光モジュール４０の作用は、入射光を集めて、特定方向或いは位置に通過させることである。

図４、５、６に示すように、光制御モジュール２０は、４組配列の光源ユニット２１、及び光源ユニット２１の配列に対応する４個のレンズユニット２２により構成する。つまり、光源ユニット２１とレンズユニット２２とは、一対一の対応関係を呈して設置される。光源ユニット２１とレンズユニット２２配列の周期は、１００ミクロン〜１５００ミクロンの範囲内で、実際の必要に応じて、設計することができ、一定の制限を設けるものではない。

各光源ユニット２１は、複数の光源を対称に設置して構成する。光源の種類には、一定の制限はないが、レーザー光、或いは他の方式により生じる視準備光などの波長が４００nm〜６５０nm範囲内の可視光線を生じる視準光源を例とする。本実施例においては、光源ユニット２１は、４組の２個の赤色光発光ダイオードR、２個の緑色光発光ダイオードG、１個の青色光発光ダイオードBにより構成する(図５参照)。青色光発光ダイオードBは、第一波長を備える第一入射光Lbを発生することができ、緑色光発光ダイオードGは、第二波長を備える第二入射光Lgを発生することができ、赤色光発光ダイオードRは、第三波長を備える第三入射光Lrを発生することができる。各光源ユニット２１中では、青色光発光ダイオードBを中心とし、緑色光発光ダイオードGと赤色光発光ダイオードRを対称的に設置する。つまり、２個の緑色光発光ダイオードGは、青色光発光ダイオードBの両側に対称に設置し、２個の赤色光発光ダイオードRも、青色光発光ダイオードBの両側に対称に設置し、しかも緑色光発光ダイオードGの青色光発光ダイオードBから離れた側に対称に設置し、また、２個の赤色光発光ダイオードRは、光源ユニット２１の両方の最も外側にそれぞれ位置する。こうして、赤色光発光ダイオードR、緑色光発光ダイオードG、青色光発光ダイオードBは対称に設置され、しかも赤色光発光ダイオードR、緑色光発光ダイオードG、青色光発光ダイオードBが発生する第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、レンズユニット２２に入射する。第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、レンズユニット２２の光軸の入射角度に相対し、−４５度〜＋４５度の範囲内にあるが、これは実際の必要に応じて変化するもので、上記した角度範囲内に限定するものではない。

レンズユニット２２は、屈折或いは/及び回折構造により構成する透明材質レンズを採用する。その屈折率nは、１．３５〜１．６５の範囲内にあり、本実施例中では、レンズユニット２２は凸レンズである。凸レンズは、第二入射面２２１、第二出射面２２２を備える。第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、第二入射面２２１より、レンズユニット２２へと入射後、第二出射面２２２より、出射する。第二出射面２２２と導光モジュール３０の第一入射面３１との間には、間隙Dを備える。間隙D内は空気(空気の屈折率はおよそ１．０)で、レンズユニット２２により、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを視準及び集中し、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを制御して、それぞれ違った角度から、導光モジュール３０へと入射させることができる。

光制御モジュール２０には、第一反射構造を設置する。第一反射構造は、光制御モジュール２０の頂点面と底面を覆って蓋をする第一反射板２３及び第二反射板２４を備える(図４、６参照)。第一反射板２３と第二反射板２４により、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを反射し、各入射光がレンズユニット２２を通過する機会を拡大し、光エネルギーの使用率を高めることができる。但し、第一反射構造は、光制御モジュール２０の側辺に設置するなど、実際の必要に応じて設置することができ、上記した光制御モジュール２０の頂点面と底面を覆って蓋をする第一反射板２３及び第二反射板２４に限定するものではない。

図４〜６に示すように、本発明の導光モジュール３０は、第一入射面３１、第一出射面３２を備える。導光モジュール３０はさらに、導光構造３３を設置する。導光構造３３は、マイクロカタディオプトリック構造、或いはV字型溝で、その作用は、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを、第一出射面３２へと導き、第一出射面３２の法線方向に平行に近い状態(図６は、第一出射面３２に垂直な方向を示す)で出射する。

上記した構造において、導光構造３３に設置する位置、及びその導光方向には、一切の制限はない。本実施例においては、第一入射面３１は、導光モジュール３０の右側辺に位置し、第一出射面３２は、導光モジュール３０の頂点部に位置する。第一入射面３１と第一出射面３２とは、垂直に連接し、導光構造３３は、第一出射面３２の表面、すなわち導光モジュール３０底部に相対して設置する。よって、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、側辺第一入射面３１より、導光モジュール３０に入射後、導光構造３３により反射され、第一出射面３２へ向い導光モジュール３０から出て行き、さらに分光モジュール４０に入射する(図４参照)。分光モジュール４０により、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを集めて、特定方向或いは位置へと通過させる。

第一入射面３１、第一出射面３２、導光構造３３が設置される相対位置、及び導光構造３３の導光方向は、実際の必要に応じて設計することができ、一切の制限はないことは、以上の説明により明らかである。この他、導光モジュール３０は、第二反射構造を備える。第二反射構造は、導光モジュール３０底部に設置する第三反射板３４で、第三反射板３４と第一出射面３２とは、導光モジュール３０の相対する両面(すなわち、導光モジュール３０の底面と頂点面)にそれぞれ設置する。第三反射板３４により、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、反射され、第一出射面３２へと出射される機会が拡大し、光エネルギー使用率を向上させることができる。同様に、第二反射構造は、導光モジュール３０側辺に設置するなど、実際の必要に応じて設置することができ、或いは第三反射板３４と第二反射板２４とを一体に設置することができ、上記したように導光モジュール３０の底部に限定するものではない。

本発明光制御モジュールレンズユニット第二実施例の俯瞰構造表示図である図７に示すように、光制御モジュール２０Aのレンズユニット２２Aは、凹レンズである。凹レンズは、第二入射面２２１Aと第二出射面２２２Aを備える。第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、第二入射面２２１Aからレンズユニット２２Aに入射後、さらに第二出射面２２２Aより出射する。第二出射面２２２Aと導光モジュール３０の第一入射面３１との間には、間隙DAを備え、間隙DA内は空気(空気の屈折率は、約１．０)である。レンズユニット２２Aは、屈折或いは/回折構造により構成する透明材質レンズを採用可能で、その屈折率ｎは、１．３５〜１．６５の範囲内である。上記した２個のレンズユニットの実施例は、レンズユニットが入射光線を集めて、入射光の導光モジュールに入射する角度を制御する機能の変化形態を説明するのみで、レンズユニットが使用するレンズの種類は、記載する実施例に限定するものではない。

本発明光制御モジュールと導光モジュールの別種の組合せ構造で、しかも反射導光構造を設置する構造の側視及び光路表示図である図８に示すように、本実施例では、導光モジュールを光制御モジュールの頂点部に重ねて設置する。図に示すように、導光モジュール３０Aは、光制御モジュール２０Bの頂点部に設置する。光制御モジュール２０Bは、光源ユニット２１Ｂ及びレンズユニット２２Bにより構成する。レンズユニット２２Bは、第二入射面２２１B、第二出射面２２２Bを備える。光源ユニット２１Bは、複数の視準光源により対称的に設置されて構成され、その設置形態は、図５に示す光源ユニット２１を参考にすることができる。光源ユニット２１は、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを含む異なる波長を備える複数の入射光を発生することができる。第二入射面２２１Bより、レンズユニット２２Bに入射し、さらに第二出射面２２２Bよりレンズユニット２２Bを出射する。こうして、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、上層に位置する導光モジュール３０Aに伝導されるため、光制御モジュール２０Bと導光モジュール３０Aとの間には、反射導光構造５０を設置する。反射導光構造５０は、光入口５１、光出口５２を備える。光入口５１は、光制御モジュール２０Bにより出射された第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを受け取るために用いる。光出口５２は、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを反射し、導光モジュール３０Aの第一入射面３１Aへと導入することができる。本発明の導光モジュールと光制御モジュールとの設置形態には、一定の制限はなく、実際の必要に応じて設計することができる。

図４、９に示すように、分光モジュール４０は、第一ビームスプリットフィルター４１と液晶層４２を備える。第一ビームスプリットフィルター４１と液晶層４２との間は、接着材料４３により相互に接合する。第一ビームスプリットフィルター４１の屈折率は、１．３５〜１．６５の範囲内で、接着材料４３は、その屈折率が１．３〜１．５８の範囲内にある透明の湿式接着剤である。第一ビームスプリットフィルター４１は、第三入射面４１１と第三出射面４１２を備える。第三入射面４１１と第三出射面４１２には、周期性マイクロ構造を設置する。第三入射面４１１は、周期性球面屈折構造で、第三出射面４１２は、周期性屈折構造である。導光モジュール３０の第一出射面３２により出射された第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lr(図６参照)は、第三入射面４１１に入射する。第三入射面４１１は、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを集め、さらに第三出射面４１２により、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrの光路を、対応する液晶層４２中の異なるサブ画素位置(図９に示すR、G、B位置参照)へと偏向させる。これにより、導光モジュール３０の第一出射面３２の法線方向にほぼ平行に、順番に接着材料４３、液晶層４２に進入し、最後は液晶層４２より出射される。

本発明分光モジュール第二実施例の側視構造表示図である図１０に示すように、分光モジュール４０Aは、第一ビームスプリットフィルター４１Aと液晶層４２Aを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Aと液晶層４２Aとの間は、接着材料４３Aにより相互に接合する。本実施例と図９に示す実施例との差異は、本実施例の接着材料４３Aは、シート状の乾式接着剤である点である。接着剤４３Aと第一ビームスプリットフィルター４１Aとの間の一部の範囲には、空隙４４Aを備える。空隙４４A内は、空気、真空、或いはその組合せのいずれかである。

本発明分光モジュール第三実施例の側視構造表示図である図１１に示すように、分光モジュール４０Bは、第一ビームスプリットフィルター４１Bと液晶層４２Bを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Bは、第三入射面４１１Bと第三出射面４１２Bを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Bと液晶層４２Bとの間は、接着材料４３Bにより相互に接合する。本実施例と図９に示す実施例との差異は、本実施例の第三出射面４１２Bの一部の位置には、屈折マイクロ構造４１３Bを設置する点である。屈折マイクロ構造４１３Bは、第三入射光Lrが通過するルートに相対して設置し、同様に第三入射光Lrの光路を偏向させる作用を備える。

本発明分光モジュール第四実施例の側視構造表示図である図１２に示すように、分光モジュール４０Cは、第一ビームスプリットフィルター４１Cと液晶層４２Cを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Cは、第三入射面４１１Cと第三出射面４１２Cを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Cと液晶層４２Cとの間には、接着材料４３Cを設置し、相互に接合する。第三出射面４１２Cの一部の位置には、屈折マイクロ構造４１３Cを設置する。本実施例と図１１に示す実施例との差異は、本実施例の接着材料４３Cがシート状である点で、これにより接着材料４３Cと第一ビームスプリットフィルター４１Cとの間の一部の範囲には、空隙４４Cを備える。空隙４４C内は、空気、真空、或いはその組合せのいずれかである。

本発明分光モジュール第五実施例の側視構造表示図である図１３に示すように、分光モジュール４０Dは、第一ビームスプリットフィルター４１D、液晶層４２Ｄ、第二ビームスプリットフィルター４３Ｄを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Ｄと第二ビームスプリットフィルター４３Dの屈折率は、１．３５〜１．６５の範囲内である。液晶層４２Dは、第一ビームスプリットフィルター４１Ｄと第二ビームスプリットフィルター４３Dとの間に設置し、しかも液晶層４２Dは、接着材料４４D、４５Dにより、第一ビームスプリットフィルター４１Ｄ及び第二ビームスプリットフィルター４３Dと相互に接合される。第一ビームスプリットフィルター４１Dは、第三入射面４１１Dと第三出射面４１２Dを備える。第二ビームスプリットフィルター４３Dは、第四入射面４３１Dと第四出射面４３２Dを備える。第三入射面４１１Dには、周期性球面屈折構造を設置し、第四出射面４３２Dには、周期性屈折構造を設置する。導光モジュール３０の第一出射面３２により出射された第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lr(図６参照)は、第三入射面４１１Dに入射する。第三入射面４１１は、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrを集め、各光がそれぞれ液晶層４２に進入した後、さらに第四出射面４３２Dにより、第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrの光路を、導光モジュール３０の第一出射面３２の法線方向にほぼ平行に出射する。この他、第四出射面４３２D表面には、接着材料４６Dを設置する。接着材料４４D、４５D、４６Dは、乾式或いは湿式接着剤を採用することができるが、本実施例中の接着材料４６Dは湿式接着剤である。第一入射光Lb、第二入射光Lg、第三入射光Lrは、順番に、第一ビームスプリットフィルター４１D、液晶層４２、第二ビームスプリットフィルター４３Dを通過する。こうして本実施例は、図９〜１２に示す実施例と同様の分光効果を達成することができる。

本発明分光モジュール第六実施例の側視構造表示図である図１４に示すように、分光モジュール４０Eは、第一ビームスプリットフィルター４１E、液晶層４２E、第二ビームスプリットフィルター４３Eを備える。第一ビームスプリットフィルター４１Eは、第三入射面４１１Eと第三出射面４１２E を備える。第二ビームスプリットフィルター４３Eは、第四入射面４３１Eと第四出射面４３２Eを備える。液晶層４２Eは、接着材料４４E、４５Eにより、第一ビームスプリットフィルター４１E及び第二ビームスプリットフィルター４３Eと相互に接合される。本実施例と図１３に示す実施例との差異は、第二ビームスプリットフィルター４３Eの第四出射面４３２Eには、接着材料を設置しない点である。

本発明分光モジュール第七実施例の側視構造表示図である図１５に示すように、分光モジュール４０Fは、第一ビームスプリットフィルター４１F、液晶層４２F、第二ビームスプリットフィルター４３Fを備える。液晶層４２Fは、接着材料４４F、４５Fにより、第一ビームスプリットフィルター４１F及び第二ビームスプリットフィルター４３Fと相互に接合される。第一ビームスプリットフィルター４１Fは、第三入射面４１１Fと第三出射面４１２F を備える。第二ビームスプリットフィルター４３Fは、第四入射面４３１Fと第四出射面４３２Fを備える。第四出射面４３２Fには、接着材料４６Fを設置する。本実施例と図１３に示す実施例との差異は、第四出射面４３２Fの一部の位置には、屈折マイクロ構造４３３Fを設置する点である。屈折マイクロ構造４３３Fは、第三入射光Lrが通過するルートに相対して設置し、同様に第三入射光Lrの光路を偏向させる作用を備える。図１４に示す実施例と同様の原理で、本実施例の接着材料４６Fも省くことができる。本発明分光モジュール第八実施例の側視構造表示図である図１６に示すように、分光モジュール４０Gは、第一ビームスプリットフィルター４１G、液晶層４２G、第二ビームスプリットフィルター４３Gを備える。液晶層４２Gは、接着材料４４G、４５Gにより、第一ビームスプリットフィルター４１G及び第二ビームスプリットフィルター４３Gとの間に接合される。第一ビームスプリットフィルター４１Gは、第三入射面４１１Gと第三出射面４１２G を備える。第二ビームスプリットフィルター４３Gは、第四入射面４３１Gと第四出射面４３２Gを備える。第四出射面４３２Gの一部の位置には、屈折マイクロ構造４３３Gを設置し、第二ビームスプリットフィルター４３Gの第四出射面４３２Gには、接着材料を設置しない。

上記したように、本発明が提供する複合カラー分光システムは、特定構造を含む３個の光学モジュールにより組成する。この３個のモジュールはそれぞれ、光制御モジュール、導光モジュール、分光モジュールである。光制御モジュールは、異なる波長の光源を含み、これら構造はそれぞれ異なる角度で導光モジュールに入射する。導光モジュールにより、入射光を、導光モジュールの出射面へと導き出射させ、分光モジュールに入射させる。分光モジュールはさらに、入射光を集め、特定方向或いは位置へと通過させる。この種の光学モジュールを含む組合せは、表示パネル、イメージセンサー、カラービデオカメラ中のカラー分光機能を達成することができ、光学使用効率を高め、システムをシンプルにすることができる。

上記の本発明名称と内容は、本発明技術内容の説明に用いたのみで、本発明を限定するものではない。本発明の精神に基づく等価応用或いは部品（構造）の転換、置換、数量の増減はすべて、本発明の保護範囲に含むものとする。

本発明は特許請求の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。

１ズームレンズ
２赤外線フィルター
３三板式プリズム
４赤色光CCD
５緑色光CCD
６青色光CCD
７二板式プリズム
８赤青光フィルター
９赤青光CCD
１０赤緑青光カラーフィルター
１１赤緑青光CCD
２０、２０A、２０B 光制御モジュール
２１光源ユニット
２２レンズユニット
２２１、２２１A、２２１B 第二入射面
２２２、２２２A、２２２B 第二出射面
２３第一反射板
２４第二反射板
２２A レンズユニット
２１B 光源ユニット
２２B レンズユニット
３０、３０A 導光モジュール
３１、３１A 第一入射面
３２第一出射面
３３導光構造
３４第三反射板
４０、４０A、４０B、４０C、４０D、４０E、４０F、４０G 分光モジュール
４１、４１A、４１B、４１C 第一ビームスプリットフィルター
４１D、４１E、４１F、４１G 第二ビームスプリットフィルター
４１１、４１１B、４１１C、４１１D、４１１E、４１１F、４１１G 第三入射面
４１２、４１２B、４１２C、４１２D、４１２E、４１２F、４１２G 第三出射面
４１３B、４１３C 屈折マイクロ構造
４２、４２A、４２B、４２C、４２D、４２E、４２F、４２G 液晶層
４３、４３A、４３C 接着材料
４３D、４３E、４３F、４３G 第二ビームスプリットフィルター
４３１D、４３１E、４３１F、４３１G 第四入射面
４３２D、４３２E、４３２F、４３２G 第四出射面
４３３F、４３３G 屈折マイクロ構造
４４A、４４C 空隙
４４D、４５D、４６D、４４E、４５E、４４F、４５F、４６F、４４G、４５G 接着材料
５０反射導光構造
５１光入口
５２光出口
D、D A 間隙
R 赤色光発光ダイオード
G 緑色光発光ダイオード
B 青色光発光ダイオード
Lb 第一入射光
Lg 第二入射光
Lr 第三入射光

Claims

光制御モジュール、導光モジュール、分光モジュールを備え、
前記光制御モジュールは、少なくとも１個の光源ユニット、及び少なくとも１個のレンズユニットを備え、前記光源ユニットは、少なくとも２種の異なる波長を備える複数の光源の配列により構成し、しかも前記複数の光源は、対称的に設置し、前記光源ユニットは、２種の異なる波長を備える複数の入射光を、前記レンズユニットに入射させ、さらに前記光制御モジュールから出射させ、
前記導光モジュールは、第一入射面、導光構造、第一出射面を備え、前記第一入射面は、前記光制御モジュールにより出射された前記複数の入射光を受け取り、前記導光構造は、前記複数の入射光を、前記第一出射面へと導き、前記導光モジュールから出射させ、
前記分光モジュールは、前記導光モジュールにより出射された前記複数の入射光を受け取り、前記複数の入射光を分光後、前記分光モジュールから出射することを特徴とする複合カラー分光システム。
前記複数の光源は、少なくとも１個の第一光源、少なくとも２個の第二光源を備え、
前記第一光源は、第一波長を備え、
前記第二光源は、第二波長を備え、前記少なくとも２個の第二光源は、前記第一光源の両側に対称的に設置することを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記複数の光源はさらに、少なくとも２個の第三光源を備え、
前記第三光源は、第三波長を備え、前記少なくとも２個の第三光源は、前記第一光源の両側に対称的に設置し、しかも前記第二光源の前記第一光源から離れた側に対称的に設置することを特徴とする請求項２に記載の複合カラー分光システム。
前記複数の光源は、複数の発光ダイオードで、
前記複数の発光ダイオードは、赤色光発光ダイオード、緑色光発光ダイオード、青色光発光ダイオードの内の少なくとも２種であることを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記複数の入射光は、前記レンズユニットの光軸の入射角度に相対し、−４５度〜＋４５度の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記レンズユニットは、第二入射面及び第二出射面を備え、
前記第二入射面は、前記複数の入射光を前記レンズユニットへと入射させ、
前記第二出射面は、前記複数の入射光を前記レンズユニットから出射させることを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記第二出射面と前記第一入射面との間には、間隙を備え、
前記間隙内は空気であることを特徴とする請求項６に記載の複合カラー分光システム。
前記光制御モジュールはさらに、第一反射構造を備え、
前記第一反射構造は、少なくとも前記光制御モジュールの頂点面と底面を覆い、前記反射構造は、前記複数の入射光を反射することを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記導光モジュールは、第二反射構造を備え、
前記第二反射構造は、前記第一出射面から、前記導光モジュールへと入射した複数の入射光を、前記第一出射面へと反射することを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記第二反射構造と前記第一出射面とは、前記導光モジュールの相対する両面にそれぞれ設置することを特徴とする請求項９に記載の複合カラー分光システム。
前記分光モジュールは、第一ビームスプリットフィルターと液晶層を備え、
前記第一ビームスプリットフィルターは、周期性マイクロ構造を備え、前記導光モジュールからの複数の入射光を集め、前記複数の入射光を、対応する前記液晶層中の異なるサブ画素位置へと偏向させ、前記導光モジュールの第一出射面の法線方向とほぼ平行に出射させることを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記第一ビームスプリットフィルターは、第三入射面及び第三出射面を備え、
前記第三入射面は、周期性球面屈折構造で、前記導光モジュールからの複数の複数の入射光を集め、
前記第三出射面は、周期性屈折構造で、前記複数の入射光を、対応する前記液晶層中の異なるサブ画素位置へと偏向させることを特徴とする請求項１１に記載の複合カラー分光システム。
前記分光モジュールは、第一ビームスプリットフィルター、液晶層、第二ビームスプリットフィルターを備え、
前記液晶層は、前記ビームスプリットフィルターと前記第二ビームスプリットフィルターとの間に設置し、
前記第一ビームスプリットフィルターは、第三入射面及び第三出射面を備え、
前記第二ビームスプリットフィルターは、第四入射面及び第四出射面を備え、
第三入射面には、周期性球面屈折構造を設置し、これにより前記導光モジュールからの複数の入射光を集め、
前記第四出射面には、周期性屈折構造を設置し、これにより前記複数の入射光を偏向させ、前記導光モジュールの第一出射面の法線方向にほぼ平行に出射することを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。
前記光制御モジュールと前記導光モジュールとの間には、反射導光構造を設置し、
前記反射導光構造は、前記光制御モジュールにより出射された前記複数の入射光を受け取り、前記複数の入射光を反射して、前記導光モジュールの第一入射面へと導入することを特徴とする請求項１に記載の複合カラー分光システム。