KR20140081885A - 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은 일반적으로 색 조합기에서 유용한 빔 스플리터, 및 특히 포켓 영사기와 같은 소형 영사기에서 유용한 색 조합기에 관한 것이다. 개시된 빔 스플리터 및 색 조합기는, 광의 두개 이상의 색을 조합하기 위한 집광 광학계를 갖고, 입사 광 빔에 대해 상이한 각도로 경사진 두개 이상의 이색성 반사 편광자를 갖는 경사진 이색성 반사 편광자 판을 포함한다.
Description
관련 출원
본 출원은 참고로 포함된 하기 미국 특허 출원에 관련된다: 발명의 명칭이 "경사진 이색성 색 조합기 I(Tilted Dichroic Color Combiner I)"인 미국 특허 출원 61/385237호 (대리인 문서 번호 66530US002); 발명의 명칭이 "경사진 이색성 색 조합기 II(Tilted Dichroic Color Combiner II)"인 미국 특허 출원 61/385241호 (대리인 문서 번호 66791US002); 및 발명의 명칭이 "경사진 이색성 색 조합기 III(Tilted Dichroic Color Combiner III)"인 미국 특허 출원 61/385248호 (대리인 문서 번호 66792US002); 모두 2010년 9월 22일에 출원됨; 및 또한 본 출원과 동일자로 출원된 발명의 명칭이 경사진 이색성 편광 색 조합기(TILTED DICHROIC POLARIZED COLOR COMBINER)인 미국 특허 출원 (대리인 문서 번호 67924US002).
스크린 상에 영상을 투영하기 위해 이용되는 투영 시스템은 조명광을 발생시키기 위해 상이한 색을 갖는 발광 다이오드(LED)와 같은 다수의 색광원을 이용할 수 있다. 여러 광학계 요소들이 LED와 영상 디스플레이 유닛 사이에 배치되어 LED로부터의 광을 조합하여 영상 디스플레이 유닛으로 전달한다. 영상 디스플레이 유닛은 광에 영상을 부여하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 영상 디스플레이 유닛은 투과성 또는 반사성 액정 디스플레이에서와 같이 편광을 사용할 수 있다.
영상을 스크린 상에 투영하기 위해 사용되는 또 다른 투영 시스템은 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)의 디지털 라이트 프로세서(Digital Light Processor, DLP(등록상표)) 디스플레이에 사용되는 어레이와 같은 디지털 마이크로 미러(digital micro-mirror, DMM) 어레이로부터 영상방식(imagewise)으로 반사되도록 구성되는 백색 광을 사용할 수 있다. DLP(등록상표) 디스플레이에서, 디지털 마이크로 미러 어레이 내의 개별 미러는 투영된 영상의 개별 픽셀을 나타낸다. 투영된 광학 경로로 입사 광이 지향되도록 해당 미러가 기울어질 때 디스플레이 픽셀이 조명된다. 광학 경로 내에 배치된 회전 색상환(rotating color wheel)이 디지털 마이크로 미러 어레이로부터의 광의 반사에 맞추어져, 반사된 백색 광이 픽셀에 대응하는 색을 투영하도록 필터링된다. 이어서, 디지털 마이크로 미러 어레이는 그 다음의 원하는 픽셀 색으로 스위칭되고, 전체 투영된 디스플레이가 연속적으로 조명되는 것으로 보일 정도의 신속한 속도로 과정이 계속된다. 이 디지털 마이크로 미러 투영 시스템은 보다 적은 수의 픽셀화된 어레이 구성요소를 필요로 하며, 이는 보다 작은 크기의 영사기를 형성할 수 있다.
영상 휘도는 투영 시스템의 중요한 파라미터이다. 색광원의 휘도와, 광을 영상 디스플레이 유닛으로 수집, 조합, 균질화 및 전달하는 것의 효율은 모두 휘도에 영향을 미친다. 현대의 영사기 시스템의 크기가 감소함에 따라, 색광원에 의해 생성되는 열을 소형 영사기 시스템 내에서 소산될 수 있는 낮은 수준으로 유지함과 동시에 적당한 수준의 출력 휘도를 유지할 필요성이 있다. 광원에 의한 과도한 전력 소비 없이 적당한 수준의 휘도를 갖는 광출력을 제공하도록 증가된 효율로 다수의 색광(color light)을 조합하는 광 조합 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
그러한 전자 영사기는 흔히 스크린 상에 투영된 광에 대한 휘도 및 색 균일성을 개선하기 위해 광 빔을 광학적으로 균질화하는 장치를 포함한다. 2개의 통상적인 장치는 통합 터널 및 플라이 아이 어레이(fly's eye array, FEA) 균질화기이다. 플라이 아이 균질화기는 매우 소형일 수 있으며, 이러한 이유로 통상적으로 사용되는 장치이다. 통합 터널은 균질화에 보다 효율적이지만, 중공 터널은 일반적으로 높이 또는 폭 중 어느 것이든 더 큰 것의 흔히 5배인 길이를 필요로 한다. 중실 터널은 흔히 굴절 효과로 인해 중공 터널보다 길다.
피코 또는 포켓 영사기는 효율적인 색 조합기, 광 통합기 및/또는 균질화기에 대한 제한된 허용 공간을 갖는다. 그 결과, 이들 영사기(예를 들어, 색 조합기 및 편광 전환기)에 사용된 광학 장치로부터의 효율적이고 균일한 광 출력은 소형이고 효율적인 광학 설계를 필요로 할 수 있다.
본 개시내용은 일반적으로 색 조합기에서 유용한 빔 스플리터, 및 특히 포켓 영사기와 같은 소형 영사기에서 유용한 색 조합기에 관한 것이다. 개시된 빔 스플리터 및 색 조합기는, 광의 두개 이상의 색을 조합하기 위한 집광 광학계를 갖고, 입사 광 빔에 대해 상이한 각도로 경사진 두개 이상의 이색성 반사 편광자를 갖는 경사진 이색성 반사 편광자 판을 포함한다. 한 양태에서, 본 개시내용은 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계; 및 광 입력면에 제1 색광 및 제2 색광을 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원을 포함하는 색 조합기를 제공하고, 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있다. 색 조합기는, 제1 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및 제2 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 갖는 이색성 반사 편광자 판을 추가로 포함한다. 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 조합 색 편광 광 빔을 형성하고, 조합 색 편광 광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다. 다른 한 양태에서, 본 개시내용은 색 조합기 및 투영 광학계를 포함하는 영상 영사기를 제공한다.
다른 한 양태에서, 본 개시내용은, 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계; 제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판을 포함하는, 색 조합기를 제공한다. 이색성 반사 편광자 판은, 제1 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및 제2 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 할 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함한다. 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔을 형성하고; 제1 색광 및 제2 색광은 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔을 형성하며, 제1 조합 색광 빔 및 제2 조합 색광 빔이 제1 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다. 다른 한 양태에서, 본 개시내용은 색 조합기 및 투영 광학계를 포함하는 영상 영사기를 제공한다.
또다른 한 양태에서, 본 개시내용은, 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계; 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 - 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판을 포함하는, 색 조합기를 제공한다. 이색성 반사 편광자 판은, 제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자; 및 제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 포함한다. 색 조합기는, 투과된 다른 광의 직교의 제2 편광 방향을 제1 편광 방향으로 전환하도록 배치된 반파장 지연기; 및 투과된 다른 광의 제1 편광 방향을 출력 방향으로 반사하도록 배치된 이색성 반사기 판을 추가로 포함한다. 이색성 반사기 판은, 제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제1 이색성 반사기; 제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제2 이색성 반사기; 및 제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제3 이색성 반사기를 포함한다. 제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자, 및 제1 이색성 반사기, 제2 이색성 반사기, 및 제3 이색성 반사기는 제각기 경사져서 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광이 제1 편광 방향을 갖는 조합 색광 빔을 형성하게 한다. 다른 한 양태에서, 본 개시내용은 색 조합기, 공간 광 변조기, 및 투영 광학계를 포함하는 영상 영사기를 제공한다.
상기 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것은 아니다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시예를 보다 구체적으로 예시한다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 유사한 도면 부호가 유사한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조한다.
<도 1a 내지 도 1c>
도 1a 내지 도 1c는 경사진 이색성 편광 색 조합기의 횡단면 개요도를 도시하며;
<도 2>
도 2는 경사진 이색성 편광 색 조합기의 횡단면 개요도를 도시하고; 및
<도 3>
도 3은 경사진 이색성 편광 색 조합기의 횡단면 개요도를 도시한다.
도면은 반드시 축척대로 작성된 것은 아니다. 도면에 사용된 유사한 도면 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 다른 도면에서 동일한 도면 부호로 표시된 그 구성요소를 제한하려는 것이 아님이 이해될 것이다.
[발명의 상세한 설명]
본 개시내용 일반적으로 영상 영사기에 관한 것이며, 특히 이색성 반사 편광자 판을 이용하여 광을 조합함으로써 향상된 광 균일성을 갖는 영상 영사기에 관한 것이다. 한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판은 서로 라미네이팅 된 복수의 이색성 반사 편광자를 포함하고, 이색성 반사 편광자의 각각은 이색성 반사 편광자 판에 대해 수직한 각도로 경사질 수 있고, 조합된 광은 편광된 광이다.
여기에 기술된 광학계 요소는, 상이한 파장 스펙트럼 광들을 수광하고 이 상이한 파장 스펙트럼 광들을 포함한 조합된 광 출력을 생성하는 색 조합기로서 구성될 수 있다. 한 양태에서, 수광된 광 입력은 편광되지 않고, 조합된 광 출력은 편광된다. 몇몇 실시예에서, 조합된 광은 수광된 광의 각각과 동일한 에탕듀(etendue)를 갖는다. 조합된 광은 광의 하나 초과의 파장 스펙트럼을 포함하는 다색의 조합된 광(polychromatic combined light)일 수 있다. 조합된 광은 수광된 광 각각의 시간 순서적(time sequenced) 출력일 수 있다. 한 양태에서, 상이한 파장 스펙트럼 광들 각각은 상이한 색광(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)에 대응하고 조합된 광 출력은 백색 광, 또는 시간 순서적 적색광, 녹색광 및 청색광이다. 여기에 제공되는 설명을 위해, "색광(color light)" 및 "파장 스펙트럼 광(wavelength spectrum light)" 둘 모두는 사람의 눈으로 볼 수 있는 경우에 특정 색에 상관될 수 있는 파장 스펙트럼 범위를 갖는 광을 의미하려는 것이다. 보다 일반적인 용어 "파장 스펙트럼 광"은 가시 및 예를 들어 적외선 광을 포함하는 다른 파장 스펙트럼의 광 둘 모두를 지칭한다.
또한, 여기에 제공되는 설명을 위해, 용어 "원하는 편광 상태로 정렬된(aligned to a desired polarization state)"은 광학 소자를 통과하는 광의 원하는 편광 상태, 즉, s-편광, p-편광, 우원 편광, 또는 좌원 편광 등과 같은 원하는 편광 상태에 대한 광학 소자의 통과 축의 정렬을 연상시키려는 것이다. 도면을 참조하여 여기에 기술된 한 실시예에서, 편광자와 같은 광학계 요소가 제1 편광 상태에 맞춰 정렬되어 있다는 것은 편광자의 배향이 광의 p-편광 상태를 통과시키고 광의 제2 편광 상태(이 경우에, s-편광 상태)를 반사 또는 흡수한다는 것을 의미한다. 원하는 경우, 대신에, 편광자가 광의 s-편광 상태를 통과시키고 광의 p-편광 상태를 반사 또는 흡수하도록 정렬될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
또한, 여기에 제공되는 설명을 위해, 용어 "향하는(facing)"은 한 소자가 그 소자의 표면으로부터의 직교선이 다른 소자에 대해 직각을 이루기도 하는 광로를 따르도록 배치되는 것을 지칭한다. 다른 요소를 향하는 한 요소는 서로 인접하게 배치되는 요소들을 포함할 수 있다. 다른 요소를 향하는 한 요소는 한 요소에 수직한 광선이 또한 다른 한 요소에도 수직하도록 광학계(optic)에 의해 분리되는 요소들을 추가로 포함한다.
특정한 한 실시예에서, 각각 상이한 색을 갖는 적어도 2개의 발광 다이오드(LED)들을 포함하는 색 조합기가 기술된다. 두개의 LED로부터 방출되는 광은 사실상 중첩하는 빔으로 시준되고, 두개의 LED로부터의 광은 조합되고 단일 편광 상태로 전환된다. 조합된 단일 편광 상태 광은 두개의 LED에 의해 방출되는 광보다 더 낮은 에탕듀 및 더 높은 휘도를 갖는다.
LED는 영사기를 조명하는 데 사용될 수 있다. LED들은 근사 람베르트의 각 분포(near Lambertian angular distribution)로 소정 영역에 걸쳐 광을 방출하기 때문에, 영사기의 휘도는 광원 및 투영 시스템의 에탕듀에 의해 제한된다. LED 광원의 에탕듀를 감소시키는 한 방법은 이색성 반사기들을 사용하여 2개 이상의 색들의 LED들이 공간적으로 중첩하게 하여서 그들이 동일한 구역으로부터 방출하고 있는 것으로 보이게 하는 것이다. 한 특정한 실시예에서, 본 개시내용은, 광의 하나의 파장 스펙트럼의 하나의 편광 방향을 반사하고, 다른 편광 방향은 투과시키며, 또한 광의 다른 파장 스펙트럼의 두 편광 방향 모두를 투과시키는 이색성 반사 편광자를 이용하여 상이한 색 LED들을 조합하는 용품을 기술한다.
한 양태에서, 본 발명은 상이한 색광원들로부터의 출력을 효율적으로 조합하는 간편한 방법을 제공한다. 이는 에탕듀 제한된 소형 투영 시스템을 위한 조명기를 제작하는 데 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 LED의 선형 어레이 - 각각의 LED의 출력은 한 세트의 1차 광학계에 의해 부분적으로 시준됨 - 가 이색성 반사 편광자 판 조립체를 포함하는 편광 전환기 상에 입사한다. 이색성 반사 편광자 판 조립체는 적색광, 녹색광, 및 청색광을 상이한 각도로 반사하는 경사진 이색성 반사 편광자를 갖는다. 반사된 광은 그후 편광 시준 조합 색광 빔으로서 출력된다.
3개의 LED들의 구성은, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 황색광 및 적외선 광을 포함한 다른 색으로 확장될 수 있다. LED들은 선형 어레이 및 삼각형 어레이를 포함한 다양한 패턴들로 배열될 수 있다. 광원은 LED와 조합된 레이저를 포함할 수 있고, 또한 전부 레이저 시스템에 기반할 수도 있다. LED는 적색, 녹색 및 청색의 단파장 범위에서 적어도 1차 색들을 방출하는 한 세트와, 적색, 녹색 및 청색의 장파장 범위에서 1차 색들을 방출하는 제2 세트로 이루어질 수 있다.
LCoS 기반 휴대용 투영 시스템은 저비용 및 고해상도 LCoS 패널의 입수가능성으로 인해 일반화되고 있다. LED 조명식 LCoS 영사기 내의 요소들의 목록은 LED 광원 또는 광원들, 임의의 색 조합기, 임의의 예비 편광 시스템, 릴레이 광학계(relay optics), PBS, LCoS 패널, 및 투영 렌즈 유닛을 포함할 수 있다. LCoS 기반 투영 시스템의 경우에, 영사기의 효율 및 콘트라스트는 PBS로 들어가는 광의 편광의 정도에 직접적으로 연관된다. 적어도 이러한 이유로, 반사/재순환 광학계 또는 편광 전환 광학계 요소를 이용하는 예비 편광 시스템이 흔히 요구된다.
편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter) 및 반파장 지연기(half-wave retarder)를 이용하는 편광 전환 시스템는 편광 광을 PBS에 제공하기 위한 가장 효과적인 방식 중 하나이다. 편광 전환 광에 있어서 하나의 문제는 이것이 디스플레이된 영상 내의 아티팩트(artifact)로 이어지는 공간적 불균일성을 겪을 수 있다는 것이다. 따라서, 편광 전환기를 갖는 시스템에서, 다른 곳에서 기술되는 바와 같이, 균질화 시스템이 바람직할 수 있다.
어떤 경우에, 광학계 영사기는 비편광 광원, 예를 들어 발광 다이오드(LED) 또는 방전 등(discharge light), 편광 선택 요소, 제1 편광 공간 변조기, 및 제2 편광 선택 요소를 사용한다. 제1 편광 선택 요소가 비편광 광원으로부터 방출된 광의 50%를 거부하기 때문에, 편광 선택성 영사기는 흔히 비편광 장치보다 낮은 효율을 가질 수 있다. 어떤 경우에, 반사 편광자 및 4분의 1파장 판을 이용하는 것, 또는 별도로 기술하는 바와 같이, 거부된 편광 방향을 원하는 편광 방향으로 전환하는 것 등에 의해 거부된 편광 방향을 재순환시킴으로써 효율이 향상될 수 있다.
편광 선택성 영사기의 효율을 증가시키는 하나의 기술은 광원과 제1 편광 선택 요소 사이에 편광 전환기를 추가하는 것이다. 일반적으로, 당업계에 사용되는 편광 전환기를 설계하는 2가지 방식이 있다. 첫 번째는 광원으로부터 방출된 광을 부분적으로 시준하고, 부분적으로 시준된 광 빔을 렌즈들의 어레이로 통과시키고, 편광 전환기들의 어레이를 각각의 초점에 위치시키는 것이다. 편광 전환기는 전형적으로 편광 선택성 경사 필름을 갖는 편광 빔 스플리터(예를 들어, 맥닐 편광자(MacNeille polarizer), 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer), 또는 복굴절성 광학계 필름 편광자)를 갖고, 여기서 반사된 편광은 반사된 빔이 경사형 편광 선택성 필름에 의해 투과된 빔에 평행하게 전파되도록 경사진 반사기에 의해 반사된다. 편광 광의 하나의 빔 또는 다른 빔은 반파장 지연기로 통과되어, 양 빔이 동일한 편광 상태를 갖게 된다.
비편광 광 빔을 단일 편광 상태를 갖는 광 빔으로 전환하는 다른 기술은 광의 전체 빔을 경사형 편광 선택기로 통과시키는 것이고, 분할된 빔은 단일 편광 상태가 방출되도록 반사기 및 반파장 지연기에 의해 조정된다. 편광 전환기로 직접 편광 선택성 공간 광 변조기를 조명하는 것은 조도 및 색 비균일성으로 이어질 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 개시내용의 한 양태에 따른 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)의 횡단면 개요도를 도시한다. 도 1a 내지 도 1c에서, 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)는 집광 광학계(105) 및 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)를 포함한다. 집광 광학계(105)는 제1 렌즈 소자(110) 및 제2 렌즈 소자(120), 광 입력면(114), 및 광 입력면(114)에 대해 직각을 이루는 광축(102)을 포함한다. 제1 광원(140), 제2 광원(150) 및 임의의 제3 광원(160)은 광 입력면(114)을 향하는 광 도입면(104) 상에 각각 배치된다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 두개 이상은 광축(102)으로부터 벗어나 있고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 하나는 광축 상에 배치될 수 있다. 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들 각각은, 별도로 기술하는 바와 같이, 제1 색광(141), 제2 색광(151), 임의의 제3 색광(161)을 제각기 광 입력면(114)에 도입하도록 배치된다.
특정한 한 실시예에서, 집광 광학계(105)는 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들로부터 방출된 광을 시준시키는 역할을 하는 광 시준기일 수 있다. 집광 광학계(105)는 1렌즈 광 시준기(도시되지 않은), 2렌즈 광 시준기(도시된), 회절 광학계 요소(도시되지 않은) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 2렌즈 광 시준기는 광 입력면(114)의 반대편에 배치된 제1 볼록면(112)을 포함하는 제1 렌즈 요소(110)를 갖는다. 제2 렌즈 요소(120)는 제1 볼록면(112)을 향하는 제2 표면(122), 및 제2 표면(122)의 반대쪽의 제3 볼록면(124)을 포함한다. 제2 표면(122)은 볼록면, 평면 및 오목면으로부터 선택될 수 있다.
제1 색광(141), 제2 색광(151), 및 임의의 제3 색광(161)의 각각은 집광 광학계(105)를 빠져나갈 때 시준 제1 색광(141c), 시준 제2 색광(151c), 및 시준된 임의의 제3 색광(161c)으로 된다. 제1 광원(140), 제2 광원(150), 및 임의의 제3 광원(160)의 각각이 집광 광학계(105)의 광축(102)으로부터의 상이한 분리점에서 광 도입면(104) 상에 배치되므로, 시준 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각은 그것들이 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)에 들어갈 때 광축에 대해 약간 상이한 각도로 시준된다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)는 제1 편광 방향(139)으로 정렬되고 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)와 광 도입면(104) 사이에 배치된 임의의 편광자(172)를 추가로 포함한다. 임의의 편광자(172)는 원한다면 단지 하나의 편광 방향만 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)로 도입하기 위해 이용될 수 있고, 여기에 기술된 실시예에서는 임의의 편광자(172)가 포함된다. 어떤 경우에는, 임의의 편광자(172)가 생략되고, 두 개의 편광 상태 모두 도입될 수 있음을 알아야 한다.
임의의 편광자(172)는 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)와 광 도입면(104) 사이의 어떤 원하는 위치에든 배치될 수 있지만; 그러나, 어떤 경우에는, 시준 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 구역에 임의의 편광자(172)를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 임의의 편광자(172)는 여기에 기술된 반사 편광자 중 어느 것이든 될 수 있거나, 또는 그것은 흡수 편광자일 수 있다. 임의의 편광자(172)는 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 광 재순환을 위해 편광자와 광원 사이에 배치된 유관한 4분의 1파장 지연기(도시되지 않은)를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 편광자(172)는 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141, 151, 161)의 각각의 제1 편광 방향을 투과시키고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141, 151, 161)의 각각의 제2 편광 방향을 반사하거나 또는 흡수할 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)는 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130) 및 편광 회전 반사기(138)를 포함한다. 어떤 경우에, 프리즘 편광 빔 스플리터(도면에 도시된 바와 같은)가 이용될 수 있지만; 그러나, 대안적으로, 구성요소들이 광로 내의 박막(pellicle)(도시되지 않은)으로서 유지될 수 있다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 면(131) 및 입력 면(132)을 갖는 제1 프리즘(135), 및 제3 면(133) 및 출력 면(134)을 갖는 제2 프리즘(136)을 포함한다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 및 제2 프리즘(135, 136) 사이에서 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)의 대각선 상에 배치된 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)를 포함하는, 이색성 반사 편광자 판(137)을 추가로 포함한다.
편광 회전 반사기(138)는 편광 회전 반사기에 배치된 지연기의 유형 및 방위에 따라 광의 전파 방향을 역전시키고 편광 성분의 크기를 변경할 수 있다. 편광 회전 반사기는 광대역 미러 또는 색 선택적 이색성 필터와 같은 파장 선택적 미러, 및 지연기를 포함할 수 있다. 지연기는 8분의 1파장 지연기, 4분의 1파장 지연기 등과 같은 임의의 원하는 지연을 제공할 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예에서는, 4분의 1파장 지연기 및 관련된 이색성 반사기를 이용하는 것 등에 의해, 편광 방향을 직교의 방향으로 회전시켜 광이 이색성 반사 편광자 판(137)을 통해 투과될 수 있게 하는 이점이 있다. 예를 들어, s-편광 광은 그것이 광 편광 축에 대해 45°의 각도로 정렬된 4분의 1파장 지연기를 통과함에 따라 원형 편광 광으로 변화되고, 반사 시에 원형 편광의 방향을 변화시키며, 그것이 4분의 1파장 지연기를 다시 통과함에 따라 p-편광 광으로 된다.
한 특정한 실시예에서, 편광 회전 반사기(138)는, 각각의 색의 입사 편광 광 빔에 대해 영상을 부여하고, 직교의 편광 상태를 갖는 영상 함유 광 빔들을 반사할 수 있는, 실리콘 액정 표시 장치(liquid crystal on silicon)(LCoS) 이미저(imager)와 같은 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 공간 광 변조기는 투영 광학계를 통해 투영 스크린 상으로 확대될 수 있는 시준 조합 색 영상을 생성하도록 광의 색의 각각에 대해 시간 순서화될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 조합되는 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)의 각각은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 맥닐 편광자를 제작하기 위해 이용되는 것과 같은 박막 무기 증착 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 어떤 경우에, 이색성 반사 편광자의 각각은 원하는 각도로 연마되고 광택을 내며 광학적 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있는 별개의 유리 기판 상에 제작될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자의 각각을 위해 상이한 중합체성 다층 광학 필름이 이용될 수 있다. 다층 광학 필름 편광자는 상이한 파장 범위의 광과 상호작용하게 하는 작용을 하는 상이한 층 "패킷(packet)"들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 다층 광학계 필름 편광자(unitary multilayer optical film polarizer)는 필름 두께에 걸쳐 몇개의 층 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 광의 상이한 파장 범위(예를 들어, 색)와 상호작용하여 하나의 편광 상태를 반사하고 다른 편광 상태를 투과시킨다. 한 양태에서, 다층 광학 필름은, 예를 들어, 청색 색광과 상호작용하는 필름의 제1 표면에 인접한 층(즉, "청색 층")들의 제1 패킷, 예를 들어, 녹색 색광과 상호작용하는 층(즉, "녹색 층")들의 제2 패킷, 및 예를 들어, 적색 색광과 상호작용하는 필름의 제2 표면에 인접한 층(즉 "적색 층")들의 제3 패킷을 가질 수 있다. 전형적으로, "청색 층"에서의 층들 사이의 분리점은, 광의 더 짧은 (그리고 더 높은 에너지) 청색 파장과 상호작용하기 위해, "적색 층"에서의 층들 사이의 분리점보다 훨씬 더 작다.
어떤 경우에, 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 위에서 기술된 바와 같이 필름 층의 패킷을 포함할 수 있는 특히 바람직한 반사 편광자일 수 있다. 별개의 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 제1, 제2, 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)와 상응하여 제작되고, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 유리 기판 및 광학적 접착제를 이용하여 조립될 수 있다. 어떤 경우에, 하나 이상의 중합체성 다층 광학 필름 편광자 패킷은 하나 이상의 박막 무기 증착 박막과 함께 이용되어 이색성 반사 편광자 판으로 귀결될 수 있다.
경사진 이색성 편광 빔 스플리터(106)의 기술된 구성요소들은 시준된 (그리고 편광되지 않은) 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각을 시준 조합 편광 광으로 집광적으로 전환하며, 상이한 시준된 광 색의 각각은 도면을 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 방향으로 시준된다.
도 1a를 보면, 제1 광원(140)으로부터의 제1 색광(141)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)를 통해 그어질 수 있다. 제1 색광(141)은 제1 광 전파 방향으로 이동하는 제1 중심 광선(142), 및 제1 입력 광 시준각(θ1) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제1 경계 광선(144, 146)으로 나타내어진다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 광원(140)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 중앙인 제1 중앙 광선(142)으로서 나온다. 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제1 입력 광 시준 각(θ1)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 경계를 형성하는 제1 경계 광선(144, 146)으로서 나온다. 도 1a로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제1 광원(140)으로부터 온 제1 색광(141)을 시준하여 제1 시준된 색광(141c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제1 중앙 광선(142) 및 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은, 임의의 편광자(172)에 가로막히고, 제각기 투과된 s-편광 성분 및 반사되거나 또는 흡수된 p-편광 성분으로 분할된다. 어떤 경우에, 임의의 편광자(172)는 반사 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 다른 데서 기술된 바와 같이 4분의 1파장 지연기를 이용하여 반사되고 재순환될 수 있으며; 어떤 경우에는, 대신에, 임의의 편광자(172)가 흡수 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 흡수될 수 있다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 s-편광 중앙 광선(142s)과 제1 p-편광 중앙 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 중앙 광선(142p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 p-편광 시준 광(148)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제1 경계 광선(144, 146)은 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)과 제1 p-편광 경계 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 경계 광선(144p, 146p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 p-편광 시준 광(148)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
도 1b를 보면, 제2 광원(150)으로부터의 제2 색광(151)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)를 통해 그어질 수 있다. 제2 색광(151)은 제2 광 전파 방향으로 이동하는 제2 중심 광선(152), 및 제2 입력 광 시준각(θ2) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제2 경계 광선(154, 156)으로 나타내어진다. 제2 중앙 광선(152)은 제2 광원(150)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제2 시준된 색광(151c)에 대해 중앙인 제2 중앙 광선(152)으로서 나온다. 제2 경계 광선(154, 156)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제2 입력 광 시준 각(θ2)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제2 시준된 색광(151c)에 대해 경계를 형성하는 제2 경계 광선(154, 156)으로서 나온다. 도 1b로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제2 광원(150)으로부터 온 제2 색광(151)을 시준하여 제2 시준된 색광(151c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제2 중앙 광선(152) 및 제2 경계 광선(154, 156)의 각각은, 임의의 편광자(172)에 가로막히고, 제각기 투과된 s-편광 성분 및 반사되거나 또는 흡수된 p-편광 성분으로 분할된다. 어떤 경우에, 임의의 편광자(172)는 반사 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 다른 데서 기술된 바와 같이 4분의 1파장 지연기를 이용하여 반사되고 재순환될 수 있으며; 어떤 경우에는, 대신에, 임의의 편광자(172)가 흡수 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 흡수될 수 있다. 제2 중앙 광선(152)은 제2 s-편광 중앙 광선(152s)과 제2 p-편광 중앙 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제2 s-편광 중앙 광선(152s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 통과하며, 제2 이색성 반사 편광자(157)로부터 반사하고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제2 s-편광 중앙 광선(152s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 중앙 광선(152p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제2 p-편광 시준 광(158)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제2 경계 광선(154, 156)은 제2 s-편광 경계 광선(154s, 156s)과 제2 p-편광 경계 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제2 s-편광 경계 광선(154s, 156s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 통과하며, 제2 이색성 반사 편광자(157)로부터 반사하고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제2 s-편광 경계 광선(154s, 156s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 경계 광선(154p, 156p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제2 p-편광 시준 광(158)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
도 1c를 보면, 제3 광원(160)으로부터의 제3 색광(161)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)를 통해 그어질 수 있다. 제3 색광(161)은 제3 광 전파 방향으로 이동하는 제3 중심 광선(162), 및 제3 입력 광 시준각(θ3) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제3 경계 광선(164, 166)으로 나타내어진다. 제3 중앙 광선(162)은 제3 광원(160)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제3 시준된 색광(161c)에 대해 중앙인 제3 중앙 광선(162)으로서 나온다. 제1 경계 광선(164, 166)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제3 입력 광 시준 각(θ3)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제3 시준된 색광(161c)에 대해 경계를 형성하는 제3 경계 광선(164, 166)으로서 나온다. 도 1c로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제3 광원(160)으로부터 온 제3 색광(161)을 시준하여 제3 시준된 색광(161c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제3 중앙 광선(162) 및 제3 경계 광선(164, 166)의 각각은, 임의의 편광자(172)에 가로막히고, 제각기 투과된 s-편광 성분 및 반사되거나 또는 흡수된 p-편광 성분으로 분할된다. 어떤 경우에, 임의의 편광자(172)는 반사 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 다른 데서 기술된 바와 같이 4분의 1파장 지연기를 이용하여 반사되고 재순환될 수 있으며; 어떤 경우에는, 대신에, 임의의 편광자(172)가 흡수 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 흡수될 수 있다. 제3 중앙 광선(162)은 제3 s-편광 중앙 광선(162s)과 제3 p-편광 중앙 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제3 s-편광 중앙 광선(162)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)로부터 반사하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제3 s-편광 중앙 광선(162s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 중앙 광선(162p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제3 p-편광 시준 광(168)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제3 경계 광선(164, 166)은 제3 s-편광 경계 광선(164s, 166s)과 제3 p-편광 경계 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제3 s-편광 경계 광선(164s, 166s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)로부터 반사하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제3 s-편광 경계 광선(164s, 166s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 경계 광선(164p, 166p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제3 p-편광 시준 광(168)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다. 한 특정한 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 p-편광 시준 광(148, 158, 168)은 조합 색 p-편광 시준 광을 형성하는 녹색, 적색, 및 청색 색광일 수 있다. 조합 색 p-편광 시준 광은 영상 영사기에서의 투영 광학계를 통해 확장되어 스크린 상에 확대된 영상 투영되는 것으로 귀결될 수 있다.
특정한 한 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 입력 시준각(θ1, θ2, θ3)들 각각은 동일할 수 있고, 제1, 제2 및 임의의 제3 입력 광원(140, 150, 160)들 각각과 관련된 도입 광학계(도시되지 않음)는 이들 입력 시준각을 약 10도 내지 약 80도, 또는 약 10도 내지 약 70도, 또는 약 10도 내지 약 60도, 또는 약 10도 내지 약 50도, 또는 약 10도 내지 약 40도, 또는 약 10도 내지 약 30도, 또는 그 이하의 각도로 제한할 수 있다. 한 특정한 실시예에서, 입력 시준 각의 각각은 약 60도 내지 약 70도의 범위에 있다.
도 2는 본 개시내용의 한 양태에 따른 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')의 횡단면 개요도를 도시한다. 도 2에서, 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')는 집광 광학계(105) 및 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106')를 포함한다. 집광 광학계(105)는 제1 렌즈 소자(110) 및 제2 렌즈 소자(120), 광 입력면(114), 및 광 입력면(114)에 대해 직각을 이루는 광축(102)을 포함한다. 제1 광원(140), 제2 광원(150) 및 임의의 제3 광원(160)은 광 입력면(114)을 향하는 광 도입면(104) 상에 각각 배치된다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 두개 이상은 광축(102)으로부터 벗어나 있고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 하나는 광축 상에 배치될 수 있다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)의 각각은, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로 광 입력면(114)에 광을 도입하도록 배치된다. 간결하게, 단지 제1 색광(141)의 경로만 도 2를 참조하여 기술될 것이지만; 그러나, 다른 데서 기술된 바와 같이, 제2 색광(151), 및 임의의 제3 색광(161)은 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')를 통한 유사한 경로를 따를 것임을 알아야 한다.
특정한 한 실시예에서, 집광 광학계(105)는 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들로부터 방출된 광을 시준시키는 역할을 하는 광 시준기일 수 있다. 집광 광학계(105)는 1렌즈 광 시준기(도시되지 않은), 2렌즈 광 시준기(도시된), 회절 광학계 요소(도시되지 않은) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 2렌즈 광 시준기는 광 입력면(114)의 반대편에 배치된 제1 볼록면(112)을 포함하는 제1 렌즈 요소(110)를 갖는다. 제2 렌즈 요소(120)는 제1 볼록면(112)을 향하는 제2 표면(122), 및 제2 표면(122)의 반대쪽의 제3 볼록면(124)을 포함한다. 제2 표면(122)은 볼록면, 평면 및 오목면으로부터 선택될 수 있다. 제1 색광(141)은 집광 광학계(105)를 빠져나갈 때 시준 제1 색광(141c)으로 된다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106')는 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130), 제1 편광 회전 반사기(138a), 및 제2 편광 회전 반사기(138b)를 포함한다. 어떤 경우에, 프리즘 편광 빔 스플리터(도면에 도시된 바와 같은)가 이용될 수 있지만; 그러나, 대안적으로, 구성요소들이 광로 내의 박막(도시되지 않은)으로서 유지될 수 있다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 면(131) 및 입력 면(132)을 갖는 제1 프리즘(135), 및 제3 면(133) 및 출력 면(134)을 갖는 제2 프리즘(136)을 포함한다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 및 제2 프리즘(135, 136) 사이에서 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)의 대각선 상에 배치된 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)를 포함하는, 이색성 반사 편광자 판(137)을 추가로 포함한다.
제1 및 제2 편광 회전 반사기(138a, 138b)는 편광 회전 반사기에 배치된 지연기의 유형 및 방위에 따라 광의 전파 방향을 제각기 역전시키고 편광 성분의 크기를 변경할 수 있다. 편광 회전 반사기는 광대역 미러 또는 색 선택적 이색성 필터와 같은 파장 선택적 미러, 및 지연기를 포함할 수 있다. 지연기는 8분의 1파장 지연기, 4분의 1파장 지연기 등과 같은 임의의 원하는 지연을 제공할 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예에서는, 4분의 1파장 지연기 및 관련된 이색성 반사기를 이용하는 것 등에 의해, 편광 방향을 직교의 방향으로 회전시켜 광이 이색성 반사 편광자 판(137)을 통해 투과될 수 있게 하는 이점이 있다. 예를 들어, s-편광 광은 그것이 광 편광 축에 대해 45°의 각도로 정렬된 4분의 1파장 지연기를 통과함에 따라 원형 편광 광으로 변화되고, 반사 시에 원형 편광의 방향을 변화시키며, 그것이 4분의 1파장 지연기를 다시 통과함에 따라 p-편광 광으로 된다. 어떤 경우에, 편광 회전 반사기들의 그러한 조합은 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106')로부터 시준 비편광 조합 색광을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 제1 및 제2 편광 회전 반사기(138a, 138b) 중 하나 이상은, 입사 편광 광 빔에 대해 영상을 부여하고, 직교의 편광 상태를 갖는 영상 함유 광 빔들을 반사할 수 있는, 실리콘 액정 표시 장치(LCoS) 이미저와 같은 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 다른 데서 기술된 바와 같이 공간 광 변조기와 상호작용하는 직교의 편광 방향의 각각에 대해 따로따로 상이한 영상들이 부여될 수 있다. 이 경우에, 생성되는 시준 조합 색광은, 예를 들어, s-편광 광이 한쪽 눈으로 보는 영상에 대응하고, p-편광 광이 다른쪽 눈으로 보는 제2 영상에 대응하여, 3차원 입체 영상으로 귀결되는 입체 디스플레이의 일부로서 이용될 수 있다. 어떤 경우에, 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이, 직교의 편광 방향의 각각에 대해 정합이 일치하는 영상들이 대신 부여될 수 있고, 생성된 시준 조합 색광은 단일 편광 상태의 휘도의 2배만큼 높을 수 있는 향상된 휘도를 가질 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 조합되는 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)의 각각은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 박막 무기 증착 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 어떤 경우에, 이색성 반사 편광자의 각각은 원하는 각도로 연마되고 광택을 내며 광학적 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있는 별개의 유리 기판 상에 제작될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자의 각각을 위해 상이한 중합체성 다층 광학 필름이 이용될 수 있다. 다층 광학 필름 편광자는 상이한 파장 범위의 광과 상호작용하게 하는 작용을 하는 상이한 층 "패킷(packets)"들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 다층 광학계 필름 편광자(unitary multilayer optical film polarizer)는 필름 두께에 걸쳐 몇개의 층 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 광의 상이한 파장 범위(예를 들어, 색)와 상호작용하여 하나의 편광 상태를 반사하고 다른 편광 상태를 투과시킨다. 한 양태에서, 다층 광학 필름은, 예를 들어, 청색 색광과 상호작용하는 필름의 제1 표면에 인접한 층(즉, "청색 층")들의 제1 패킷, 예를 들어, 녹색 색광과 상호작용하는 층(즉, "녹색 층")들의 제2 패킷, 및 예를 들어, 적색 색광과 상호작용하는 필름의 제2 표면에 인접한 층(즉 "적색 층")들의 제3 패킷을 가질 수 있다. 전형적으로, "청색 층"에서의 층들 사이의 분리점은, 광의 더 짧은 (그리고 더 높은 에너지) 청색 파장과 상호작용하기 위해, "적색 층"에서의 층들 사이의 분리점보다 훨씬 더 작다. 어떤 경우에, 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 위에서 기술된 바와 같이 필름 층의 패킷을 포함할 수 있는 특히 바람직한 반사 편광자일 수 있다. 별개의 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 제1, 제2, 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)와 상응하여 제작되고, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 유리 기판 및 광학적 접착제를 이용하여 조립될 수 있다.
경사진 이색성 편광 빔 스플리터(106')의 기술된 구성요소들은 시준된 (그리고 편광되지 않은) 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각을 제1 시준 조합 p-편광 광 및 제2 시준 조합 s-편광 광으로 집광적으로 전환하며, 상이한 시준된 광 색의 각각은 도면을 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 방향으로 시준된다.
도 2를 보면, 제1 광원(140)으로부터의 제1 색광(141)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')를 통해 그어질 수 있다. 제1 색광(141)은 제1 광 전파 방향으로 이동하는 제1 중심 광선(142), 및 제1 입력 광 시준각(θ1) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제1 경계 광선(144, 146)으로 나타내어진다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 광원(140)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 중앙인 제1 중앙 광선(142)으로서 나온다. 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제1 입력 광 시준 각(θ1)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 경계를 형성하는 제1 경계 광선(144, 146)으로서 나온다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제1 광원(140)으로부터 온 제1 색광(141)을 시준하여 제1 시준된 색광(141c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제1 중앙 광선(142)은 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)과 투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하고, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제1 편광 회전 반사기(138a)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 p-편광 중앙 광선(142p2)으로서 반사한다. 제1 전환된 p-편광 중앙 광선(142p2)은 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 전환된 p-편광 중앙 광선(142p2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제2 편광 회전 반사기(138b)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)으로서 반사한다. 제1 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)은 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제1 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제1 경계 광선(144, 146)은 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)과 투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하고, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제1 편광 회전 반사기(138a)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 p-편광 경계 광선(144p2, 146p2)으로서 반사한다. 제1 전환된 p-편광 경계 광선(144p2, 146p2)은 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 전환된 p-편광 경계 광선(144p2, 146p2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제2 편광 회전 반사기(138b)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)으로서 반사한다. 제1 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)은 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제1 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
한 특정한 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 시준 광(141c, 151c, 161c)은 조합 색 p-편광 시준 광 및 조합 색 s-편광 시준 광을 형성하는 녹색, 적색, 및 청색 색광일 수 있다. 제1 및 제2 편광 회전 반사기(138a, 138b)의 각각은 상이한 색광의 각각의 편광 방향의 각각에 대해 상이한 정보를 부여할 수 있다. 어떤 경우에, 편광 회전 반사기는 LCoS 이미저와 같은 공간 광 변조기일 수 있고, 조합 색 p-편광 시준 광은 제1 LCoS 이미저(138a)에 대응하는 영상 정보를 갖는 p-편광 광을 포함할 수 있으며, 조합 색 s-편광 시준 광은 제2 LCoS 이미저(138b)에 대응하는 영상 정보를 갖는 s-편광 광을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 한 양태에 따른 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')의 횡단면 개요도를 도시한다. 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')는 집광 광학계(105) 및 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106'')를 포함한다. 집광 광학계(105)는 제1 렌즈 소자(110) 및 제2 렌즈 소자(120), 광 입력면(114), 및 광 입력면(114)에 대해 직각을 이루는 광축(102)을 포함한다. 제1 광원(140), 제2 광원(150) 및 임의의 제3 광원(160)은 광 입력면(114)을 향하는 광 도입면(104) 상에 각각 배치된다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 두개 이상은 광축(102)으로부터 벗어나 있고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 하나는 광축 상에 배치될 수 있다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)의 각각은 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로 광 입력면(114)에 광을 도입하도록 배치된다. 간결하게, 단지 제1 색광(141)의 경로만 도 3을 참조하여 기술될 것이지만; 그러나, 다른 데서 기술된 바와 같이, 제2 색광(151), 및 임의의 제3 색광(161)은 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')를 통한 유사한 경로를 따를 것임을 알아야 한다.
특정한 한 실시예에서, 집광 광학계(105)는 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들로부터 방출된 광을 시준시키는 역할을 하는 광 시준기일 수 있다. 집광 광학계(105)는 1렌즈 광 시준기(도시되지 않은), 2렌즈 광 시준기(도시된), 회절 광학계 요소(도시되지 않은) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 2렌즈 광 시준기는 광 입력면(114)의 반대편에 배치된 제1 볼록면(112)을 포함하는 제1 렌즈 요소(110)를 갖는다. 제2 렌즈 요소(120)는 제1 볼록면(112)을 향하는 제2 표면(122), 및 제2 표면(122)의 반대쪽의 제3 볼록면(124)을 포함한다. 제2 표면(122)은 볼록면, 평면 및 오목면으로부터 선택될 수 있다. 제1 색광(141)은 집광 광학계(105)를 빠져나갈 때 시준 제1 색광(141c)으로 된다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106'')는 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a), 제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130b), 및 그것들 사이에 배치된 반파장 지연기를 포함한다. 어떤 경우에, 프리즘 편광 빔 스플리터(도면에 도시된 바와 같은)가 제1 및 제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a, 130b)의 각각을 위해 이용될 수 있지만; 그러나, 대안적으로, 구성요소들이 광로 내의 박막(도시되지 않은)으로서 유지될 수 있다. 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)는 입력 면(131a) 및 제2 면(132a)을 갖는 제1 프리즘(135a), 및 제3 면(133a) 및 출력 면(134a)을 갖는 제2 프리즘(136a)을 포함한다. 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)는, 제1 및 제2 프리즘(135a, 136a) 사이에서 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)의 대각선 상에 배치된 제1 이색성 반사 편광자(147a), 제2 이색성 반사 편광자(157a), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 포함하는, 제1 이색성 반사 편광자 판(137a)을 추가로 포함한다.
제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130b)는 입력 면(131b) 및 제2 출력 면(132b)을 갖는 제3 프리즘(135b)을 포함한다. 제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130b)는, 제1 이색성 반사 편광자(147b), 제2 이색성 반사 편광자(157b), 및 제3 프리즘(135b)의 대각선 상에 배치된 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 포함하는 제2 이색성 반사 편광자 판(137b)을 추가로 포함한다. 어떤 경우에는, 대신에, 제2 이색성 편광자 판(137b)에서의 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147b, 157b, 167b)의 각각이 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사기일 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 조합되는 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)의 각각은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 박막 무기 증착 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 어떤 경우에, 이색성 반사 편광자의 각각은 원하는 각도로 연마되고 광택을 내며 광학적 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있는 별개의 유리 기판 상에 제작될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자의 각각을 위해 상이한 중합체성 다층 광학 필름이 이용될 수 있다. 다층 광학 필름 편광자는 상이한 파장 범위의 광과 상호작용하게 하는 작용을 하는 상이한 층 "패킷(packet)"들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 다층 광학계 필름 편광자(unitary multilayer optical film polarizer)는 필름 두께에 걸쳐 몇개의 층 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 광의 상이한 파장 범위(예를 들어, 색)와 상호작용하여 하나의 편광 상태를 반사하고 다른 편광 상태를 투과시킨다. 한 양태에서, 다층 광학 필름은, 예를 들어, 청색 색광과 상호작용하는 필름의 제1 표면에 인접한 층(즉, "청색 층")들의 제1 패킷, 예를 들어, 녹색 색광과 상호작용하는 층(즉, "녹색 층")들의 제2 패킷, 및 예를 들어, 적색 색광과 상호작용하는 필름의 제2 표면에 인접한 층(즉 "적색 층")들의 제3 패킷을 가질 수 있다. 전형적으로, "청색 층"에서의 층들 사이의 분리점은, 광의 더 짧은 (그리고 더 높은 에너지) 청색 파장과 상호작용하기 위해, "적색 층"에서의 층들 사이의 분리점보다 훨씬 더 작다. 어떤 경우에, 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 위에서 기술된 바와 같이 필름 층의 패킷을 포함할 수 있는 특히 바람직한 반사 편광자일 수 있다. 별개의 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 제1, 제2, 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)와 상응하여 제작되고, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 유리 기판 및 광학적 접착제를 이용하여 조립될 수 있다.
경사진 이색성 편광 빔 스플리터(106'')의 기술된 구성요소들은 시준된 (그리고 편광되지 않은) 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각을 시준 조합 s-편광 광으로 집광적으로 전환하며, 상이한 시준 광 색의 각각은 도면을 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 방향으로 시준된다.
도 3을 보면, 제1 광원(140)으로부터의 제1 색광(141)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')를 통해 그어질 수 있다. 제1 색광(141)은 제1 광 전파 방향으로 이동하는 제1 중심 광선(142), 및 제1 입력 광 시준각(θ1) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제1 경계 광선(144, 146)으로 나타내어진다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 광원(140)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 중앙인 제1 중앙 광선(142)으로서 나온다. 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제1 입력 광 시준 각(θ1)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 경계를 형성하는 제1 경계 광선(144, 146)으로서 나온다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제1 광원(140)으로부터 온 제1 색광(141)을 시준하여 제1 시준된 색광(141c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제1 중앙 광선(142)은 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147a)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)과 투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하고 제2 면(132a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 출력 면(134a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나가며, 그것이 반파장 지연기(192)를 통과함에 따라, 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)이 되도록 회전한다. 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)은 입력 면(131b)을 통해 제3 프리즘(135b)에 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147b)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 다시 통과하며, 제2 출력 면(132b)을 통해 제3 프리즘(135b)을 빠져나간다.
제1 경계 광선(144, 146)은 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147a)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)과 투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하고 제2 면(132a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 출력 면(134a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나가며, 그것들이 반파장 지연기(192)를 통과함에 따라, 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)이 되도록 회전한다. 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)은 입력 면(131b)을 통해 제3 프리즘(135b)에 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147b)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 다시 통과하며, 제2 출력 면(132b)을 통해 제3 프리즘(135b)을 빠져나간다.
한 특정한 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 시준 광(141c, 151c, 161c)은 조합 색 s-편광 시준 광을 형성하는 녹색, 적색, 및 청색 색광일 수 있다. 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이, 조합 색 s-편광 시준 광은 정보 포함 영상을 발생시키도록 LCoS 이미저와 같은 공간 광 변조기를 조명하기 위해 이용될 수 있고, 투영 광학계는 투영 스크린에 대해 영상을 확대하기 위해 이용될 수 있다.
한 양태에 따르면, 각각의 입력 광원은 하나 이상의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 다양한 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드, 유기 LED(OLED) 및 비고체 광원, 예를 들어 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프가 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 광원, 광 시준기, 렌즈, 및 광 통합기는, 예를 들어 본 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 포함되는 공개된 미국 특허 출원 제2008/0285129호에 추가로 기술되어 있다.
다음은 본 개시내용의 실시예들의 목록이다.
항목 1은 색 조합기(color combiner)로서: 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic); 제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기(polarization rotating reflector)를 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및 제2 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함하며; 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 조합 색 편광 광 빔(combined color polarized light beam)을 형성하고, 조합 색 편광 광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다.
항목 2는 항목 1의 색 조합기로서, 광 입력면의 반대쪽의 집광 광학계를 향하여 배치되고 제1 색광 및 제2 색광 둘 다의 제1 편광 방향을 투과시킬 수 있는 편광자를 추가로 포함한다.
항목 3은 항목 1 또는 항목 2의 색 조합기로서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함한다.
항목 4는 항목 1 내지 항목 3의 색 조합기로서, 집광 광학계는 광 시준 광학계(light collimation optics)를 포함한다.
항목 5는 항목 3의 색 조합기로서, 광 시준 광학계는 1렌즈 디자인, 2렌즈 디자인, 회절 광학계 요소, 또는 그것들의 조합을 포함한다.
항목 6은 항목 1 내지 항목 5의 색 조합기로서, 집광 광학계는: 광 입력면의 반대쪽의 제1 볼록면을 갖는 제1 렌즈; 및 제1 볼록면을 향하는 제2 표면, 및 제2 표면의 반대쪽의 제3 볼록면을 갖는 제2 렌즈를 포함한다.
항목 7은 항목 1 내지 항목 6의 색 조합기로서, 편광 회전 반사기는 4분의 1파장 지연기(quarter-wave retarder) 및 광대역 미러(broadband mirror)를 포함한다.
항목 8은 항목 1 내지 항목 7의 색 조합기로서, 편광 회전 반사기는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함한다.
항목 9는 항목 8의 색 조합기로서, 공간 광 변조기는 반사성 실리콘 액정 표시 장치(reflective liquid crystal on silicon)(LCoS) 표시 패널을 포함한다.
항목 10은 항목 1 내지 항목 9의 색 조합기로서, 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름(polymeric multilayer optical film), 또는 코팅된 유전체 필름(coated dielectric film)을 포함한다.
항목 11은 항목 1 내지 항목 10의 색 조합기로서, 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제3 광원을 추가로 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은 제3 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 추가로 포함하며, 제3 이색성 반사 편광자는 경사져서, 제3 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제2 편광 방향을 갖는 조합 색광 빔을 형성하고, 조합 색광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다.
항목 12는 항목 11의 색 조합기로서, 제3 이색성 반사 편광자는 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 13은 항목 11의 색 조합기로서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함한다.
항목 14는 항목 1 내지 항목 13의 색 조합기로서, 편광자는 반사 편광자 또는 흡수 편광자를 포함한다.
항목 15는 항목 1 내지 항목 13의 색 조합기로서, 편광자 및 집광 광학계 사이에 배치된 4분의 1파장 지연기를 추가로 포함한다.
항목 16은 영상 영사기(image projector)로서, 항목 1 내지 항목 15의 색 조합기 및 투영 광학계를 포함한다.
항목 17은 색 조합기(color combiner)로서: 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic); 제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기(polarization rotating reflector)를 향하여 반사하고, 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및 제2 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함하며; 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔(combined color light beam)을 형성하고, 제1 색광 및 제2 색광이 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔을 형성하며, 제1 조합 색광 빔 및 제2 조합 색광 빔은 제1 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다.
항목 18은 항목 17의 색 조합기로서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함한다.
항목 19는 항목 17 또는 항목 18의 색 조합기로서, 집광 광학계는 광 시준 광학계(light collimation optics)를 포함한다.
항목 20은 항목 19의 색 조합기로서, 광 시준 광학계가 1렌즈 디자인, 2렌즈 디자인, 회절 광학계 요소, 또는 그것들의 조합을 포함한다.
항목 21은 항목 17 내지 항목 20의 색 조합기로서, 집광 광학계는: 광 입력면의 반대쪽의 제1 볼록면을 갖는 제1 렌즈; 및 제1 볼록면을 향하는 제2 표면, 및 제2 표면의 반대쪽의 제3 볼록면을 갖는 제2 렌즈를 포함한다.
항목 22는 항목 17 내지 항목 21의 색 조합기로서, 제1 편광 회전 반사기 및 제2 편광 회전 반사기 중 하나 이상은 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함한다.
항목 23은 항목 17 내지 항목 22의 색 조합기로서, 공간 광 변조기는 LCoS 표시 패널을 포함한다.
항목 24는 항목 17 내지 항목 23의 색 조합기로서, 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 25는 항목 17 내지 항목 24의 색 조합기로서, 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제3 광원을 추가로 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은 제3 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 추가로 포함하며, 제3 이색성 반사 편광자는 경사져서, 제3 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔의 부분이 되고, 제3 색광이 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔의 부분이 된다.
항목 26은 항목 25의 색 조합기로서, 제3 이색성 반사 편광자는 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 27은 항목 25 또는 항목 26의 색 조합기로서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함한다.
항목 28은 영상 영사기(image projector)로서, 항목 17 내지 항목 27의 색 조합기 및 투영 광학계를 포함한다.
항목 29는 색 조합기(color combiner)로서: 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic); 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 - 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자; 제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자; 투과된 다른 광의 직교의 제2 편광 방향을 제1 편광 방향으로 전환하도록 배치된 반파장 지연기(half-wave retarder); 및 투과된 다른 광의 제1 편광 방향을 출력 방향으로 반사하도록 배치된 이색성 반사기 판(dichroic reflector plate)을 포함하며, 이색성 반사기 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제1 이색성 반사기; 제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제2 이색성 반사기; 및 제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제3 이색성 반사기를 포함하고; 제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자, 및 제1 이색성 반사기, 제2 이색성 반사기, 및 제3 이색성 반사기는 제각기 경사져서 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광이 제1 편광 방향을 갖는 조합 색광 빔을 형성하게 한다.
항목 30은 항목 29의 색 조합기로서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함한다.
항목 31은 항목 29 또는 항목 30의 색 조합기로서, 집광 광학계는 광 시준 광학계(light collimation optics)를 포함한다.
항목 32는 항목 29 내지 항목 31의 색 조합기로서, 제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 33은 항목 29 내지 항목 32의 색 조합기로서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함한다.
항목 34는 영상 영사기(image projector)로서, 항목 29 내지 항목 33의 색 조합기, 조합 색광 빔 상에 영상을 부여하도록 배치된 공간 광 변조기, 및 투영 광학계를 포함한다.
항목 35는 항목 34의 영상 영사기로서, 공간 광 변조기는 실리콘 액정 표시 장치(LCoS) 이미저 또는 투과형 액정 디스플레이(transmissive LCD)를 포함한다.
달리 언급하지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징요소 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 달리 언급하지 않는 한, 이상의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기술되는 숫자 파라미터는 본 명세서에 개시된 발명 내용을 이용하는 당업자가 달성하고자 하는 원하는 특성에 따라 다를 수 있는 근사치이다.
여기에서 인용되는 모든 참고 문헌 및 공보는 그들이 본 발명과 직접적으로 모순될 수 있는 경우를 제외하고는, 명백히 전체적으로 본 개시 내용에 참고로 포함된다. 특정의 실시예들이 여기에 예시되고 기술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 동등물의 구현이 도시되고 기술된 특정의 실시예를 대신할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 출원은 여기에 기술된 특정 실시예의 어떤 적응 또는 변형이든 포함하려는 것이다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그것의 동등물에 의해서만 한정되게 하려는 것이다.
<도 1a 내지 도 1c>
도 1a 내지 도 1c는 경사진 이색성 편광 색 조합기의 횡단면 개요도를 도시하며;
<도 2>
도 2는 경사진 이색성 편광 색 조합기의 횡단면 개요도를 도시하고; 및
<도 3>
도 3은 경사진 이색성 편광 색 조합기의 횡단면 개요도를 도시한다.
도면은 반드시 축척대로 작성된 것은 아니다. 도면에 사용된 유사한 도면 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 다른 도면에서 동일한 도면 부호로 표시된 그 구성요소를 제한하려는 것이 아님이 이해될 것이다.
[발명의 상세한 설명]
본 개시내용 일반적으로 영상 영사기에 관한 것이며, 특히 이색성 반사 편광자 판을 이용하여 광을 조합함으로써 향상된 광 균일성을 갖는 영상 영사기에 관한 것이다. 한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판은 서로 라미네이팅 된 복수의 이색성 반사 편광자를 포함하고, 이색성 반사 편광자의 각각은 이색성 반사 편광자 판에 대해 수직한 각도로 경사질 수 있고, 조합된 광은 편광된 광이다.
여기에 기술된 광학계 요소는, 상이한 파장 스펙트럼 광들을 수광하고 이 상이한 파장 스펙트럼 광들을 포함한 조합된 광 출력을 생성하는 색 조합기로서 구성될 수 있다. 한 양태에서, 수광된 광 입력은 편광되지 않고, 조합된 광 출력은 편광된다. 몇몇 실시예에서, 조합된 광은 수광된 광의 각각과 동일한 에탕듀(etendue)를 갖는다. 조합된 광은 광의 하나 초과의 파장 스펙트럼을 포함하는 다색의 조합된 광(polychromatic combined light)일 수 있다. 조합된 광은 수광된 광 각각의 시간 순서적(time sequenced) 출력일 수 있다. 한 양태에서, 상이한 파장 스펙트럼 광들 각각은 상이한 색광(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)에 대응하고 조합된 광 출력은 백색 광, 또는 시간 순서적 적색광, 녹색광 및 청색광이다. 여기에 제공되는 설명을 위해, "색광(color light)" 및 "파장 스펙트럼 광(wavelength spectrum light)" 둘 모두는 사람의 눈으로 볼 수 있는 경우에 특정 색에 상관될 수 있는 파장 스펙트럼 범위를 갖는 광을 의미하려는 것이다. 보다 일반적인 용어 "파장 스펙트럼 광"은 가시 및 예를 들어 적외선 광을 포함하는 다른 파장 스펙트럼의 광 둘 모두를 지칭한다.
또한, 여기에 제공되는 설명을 위해, 용어 "원하는 편광 상태로 정렬된(aligned to a desired polarization state)"은 광학 소자를 통과하는 광의 원하는 편광 상태, 즉, s-편광, p-편광, 우원 편광, 또는 좌원 편광 등과 같은 원하는 편광 상태에 대한 광학 소자의 통과 축의 정렬을 연상시키려는 것이다. 도면을 참조하여 여기에 기술된 한 실시예에서, 편광자와 같은 광학계 요소가 제1 편광 상태에 맞춰 정렬되어 있다는 것은 편광자의 배향이 광의 p-편광 상태를 통과시키고 광의 제2 편광 상태(이 경우에, s-편광 상태)를 반사 또는 흡수한다는 것을 의미한다. 원하는 경우, 대신에, 편광자가 광의 s-편광 상태를 통과시키고 광의 p-편광 상태를 반사 또는 흡수하도록 정렬될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
또한, 여기에 제공되는 설명을 위해, 용어 "향하는(facing)"은 한 소자가 그 소자의 표면으로부터의 직교선이 다른 소자에 대해 직각을 이루기도 하는 광로를 따르도록 배치되는 것을 지칭한다. 다른 요소를 향하는 한 요소는 서로 인접하게 배치되는 요소들을 포함할 수 있다. 다른 요소를 향하는 한 요소는 한 요소에 수직한 광선이 또한 다른 한 요소에도 수직하도록 광학계(optic)에 의해 분리되는 요소들을 추가로 포함한다.
특정한 한 실시예에서, 각각 상이한 색을 갖는 적어도 2개의 발광 다이오드(LED)들을 포함하는 색 조합기가 기술된다. 두개의 LED로부터 방출되는 광은 사실상 중첩하는 빔으로 시준되고, 두개의 LED로부터의 광은 조합되고 단일 편광 상태로 전환된다. 조합된 단일 편광 상태 광은 두개의 LED에 의해 방출되는 광보다 더 낮은 에탕듀 및 더 높은 휘도를 갖는다.
LED는 영사기를 조명하는 데 사용될 수 있다. LED들은 근사 람베르트의 각 분포(near Lambertian angular distribution)로 소정 영역에 걸쳐 광을 방출하기 때문에, 영사기의 휘도는 광원 및 투영 시스템의 에탕듀에 의해 제한된다. LED 광원의 에탕듀를 감소시키는 한 방법은 이색성 반사기들을 사용하여 2개 이상의 색들의 LED들이 공간적으로 중첩하게 하여서 그들이 동일한 구역으로부터 방출하고 있는 것으로 보이게 하는 것이다. 한 특정한 실시예에서, 본 개시내용은, 광의 하나의 파장 스펙트럼의 하나의 편광 방향을 반사하고, 다른 편광 방향은 투과시키며, 또한 광의 다른 파장 스펙트럼의 두 편광 방향 모두를 투과시키는 이색성 반사 편광자를 이용하여 상이한 색 LED들을 조합하는 용품을 기술한다.
한 양태에서, 본 발명은 상이한 색광원들로부터의 출력을 효율적으로 조합하는 간편한 방법을 제공한다. 이는 에탕듀 제한된 소형 투영 시스템을 위한 조명기를 제작하는 데 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 LED의 선형 어레이 - 각각의 LED의 출력은 한 세트의 1차 광학계에 의해 부분적으로 시준됨 - 가 이색성 반사 편광자 판 조립체를 포함하는 편광 전환기 상에 입사한다. 이색성 반사 편광자 판 조립체는 적색광, 녹색광, 및 청색광을 상이한 각도로 반사하는 경사진 이색성 반사 편광자를 갖는다. 반사된 광은 그후 편광 시준 조합 색광 빔으로서 출력된다.
3개의 LED들의 구성은, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 황색광 및 적외선 광을 포함한 다른 색으로 확장될 수 있다. LED들은 선형 어레이 및 삼각형 어레이를 포함한 다양한 패턴들로 배열될 수 있다. 광원은 LED와 조합된 레이저를 포함할 수 있고, 또한 전부 레이저 시스템에 기반할 수도 있다. LED는 적색, 녹색 및 청색의 단파장 범위에서 적어도 1차 색들을 방출하는 한 세트와, 적색, 녹색 및 청색의 장파장 범위에서 1차 색들을 방출하는 제2 세트로 이루어질 수 있다.
LCoS 기반 휴대용 투영 시스템은 저비용 및 고해상도 LCoS 패널의 입수가능성으로 인해 일반화되고 있다. LED 조명식 LCoS 영사기 내의 요소들의 목록은 LED 광원 또는 광원들, 임의의 색 조합기, 임의의 예비 편광 시스템, 릴레이 광학계(relay optics), PBS, LCoS 패널, 및 투영 렌즈 유닛을 포함할 수 있다. LCoS 기반 투영 시스템의 경우에, 영사기의 효율 및 콘트라스트는 PBS로 들어가는 광의 편광의 정도에 직접적으로 연관된다. 적어도 이러한 이유로, 반사/재순환 광학계 또는 편광 전환 광학계 요소를 이용하는 예비 편광 시스템이 흔히 요구된다.
편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter) 및 반파장 지연기(half-wave retarder)를 이용하는 편광 전환 시스템는 편광 광을 PBS에 제공하기 위한 가장 효과적인 방식 중 하나이다. 편광 전환 광에 있어서 하나의 문제는 이것이 디스플레이된 영상 내의 아티팩트(artifact)로 이어지는 공간적 불균일성을 겪을 수 있다는 것이다. 따라서, 편광 전환기를 갖는 시스템에서, 다른 곳에서 기술되는 바와 같이, 균질화 시스템이 바람직할 수 있다.
어떤 경우에, 광학계 영사기는 비편광 광원, 예를 들어 발광 다이오드(LED) 또는 방전 등(discharge light), 편광 선택 요소, 제1 편광 공간 변조기, 및 제2 편광 선택 요소를 사용한다. 제1 편광 선택 요소가 비편광 광원으로부터 방출된 광의 50%를 거부하기 때문에, 편광 선택성 영사기는 흔히 비편광 장치보다 낮은 효율을 가질 수 있다. 어떤 경우에, 반사 편광자 및 4분의 1파장 판을 이용하는 것, 또는 별도로 기술하는 바와 같이, 거부된 편광 방향을 원하는 편광 방향으로 전환하는 것 등에 의해 거부된 편광 방향을 재순환시킴으로써 효율이 향상될 수 있다.
편광 선택성 영사기의 효율을 증가시키는 하나의 기술은 광원과 제1 편광 선택 요소 사이에 편광 전환기를 추가하는 것이다. 일반적으로, 당업계에 사용되는 편광 전환기를 설계하는 2가지 방식이 있다. 첫 번째는 광원으로부터 방출된 광을 부분적으로 시준하고, 부분적으로 시준된 광 빔을 렌즈들의 어레이로 통과시키고, 편광 전환기들의 어레이를 각각의 초점에 위치시키는 것이다. 편광 전환기는 전형적으로 편광 선택성 경사 필름을 갖는 편광 빔 스플리터(예를 들어, 맥닐 편광자(MacNeille polarizer), 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer), 또는 복굴절성 광학계 필름 편광자)를 갖고, 여기서 반사된 편광은 반사된 빔이 경사형 편광 선택성 필름에 의해 투과된 빔에 평행하게 전파되도록 경사진 반사기에 의해 반사된다. 편광 광의 하나의 빔 또는 다른 빔은 반파장 지연기로 통과되어, 양 빔이 동일한 편광 상태를 갖게 된다.
비편광 광 빔을 단일 편광 상태를 갖는 광 빔으로 전환하는 다른 기술은 광의 전체 빔을 경사형 편광 선택기로 통과시키는 것이고, 분할된 빔은 단일 편광 상태가 방출되도록 반사기 및 반파장 지연기에 의해 조정된다. 편광 전환기로 직접 편광 선택성 공간 광 변조기를 조명하는 것은 조도 및 색 비균일성으로 이어질 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 개시내용의 한 양태에 따른 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)의 횡단면 개요도를 도시한다. 도 1a 내지 도 1c에서, 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)는 집광 광학계(105) 및 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)를 포함한다. 집광 광학계(105)는 제1 렌즈 소자(110) 및 제2 렌즈 소자(120), 광 입력면(114), 및 광 입력면(114)에 대해 직각을 이루는 광축(102)을 포함한다. 제1 광원(140), 제2 광원(150) 및 임의의 제3 광원(160)은 광 입력면(114)을 향하는 광 도입면(104) 상에 각각 배치된다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 두개 이상은 광축(102)으로부터 벗어나 있고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 하나는 광축 상에 배치될 수 있다. 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들 각각은, 별도로 기술하는 바와 같이, 제1 색광(141), 제2 색광(151), 임의의 제3 색광(161)을 제각기 광 입력면(114)에 도입하도록 배치된다.
특정한 한 실시예에서, 집광 광학계(105)는 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들로부터 방출된 광을 시준시키는 역할을 하는 광 시준기일 수 있다. 집광 광학계(105)는 1렌즈 광 시준기(도시되지 않은), 2렌즈 광 시준기(도시된), 회절 광학계 요소(도시되지 않은) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 2렌즈 광 시준기는 광 입력면(114)의 반대편에 배치된 제1 볼록면(112)을 포함하는 제1 렌즈 요소(110)를 갖는다. 제2 렌즈 요소(120)는 제1 볼록면(112)을 향하는 제2 표면(122), 및 제2 표면(122)의 반대쪽의 제3 볼록면(124)을 포함한다. 제2 표면(122)은 볼록면, 평면 및 오목면으로부터 선택될 수 있다.
제1 색광(141), 제2 색광(151), 및 임의의 제3 색광(161)의 각각은 집광 광학계(105)를 빠져나갈 때 시준 제1 색광(141c), 시준 제2 색광(151c), 및 시준된 임의의 제3 색광(161c)으로 된다. 제1 광원(140), 제2 광원(150), 및 임의의 제3 광원(160)의 각각이 집광 광학계(105)의 광축(102)으로부터의 상이한 분리점에서 광 도입면(104) 상에 배치되므로, 시준 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각은 그것들이 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)에 들어갈 때 광축에 대해 약간 상이한 각도로 시준된다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)는 제1 편광 방향(139)으로 정렬되고 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)와 광 도입면(104) 사이에 배치된 임의의 편광자(172)를 추가로 포함한다. 임의의 편광자(172)는 원한다면 단지 하나의 편광 방향만 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)로 도입하기 위해 이용될 수 있고, 여기에 기술된 실시예에서는 임의의 편광자(172)가 포함된다. 어떤 경우에는, 임의의 편광자(172)가 생략되고, 두 개의 편광 상태 모두 도입될 수 있음을 알아야 한다.
임의의 편광자(172)는 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)와 광 도입면(104) 사이의 어떤 원하는 위치에든 배치될 수 있지만; 그러나, 어떤 경우에는, 시준 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 구역에 임의의 편광자(172)를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 임의의 편광자(172)는 여기에 기술된 반사 편광자 중 어느 것이든 될 수 있거나, 또는 그것은 흡수 편광자일 수 있다. 임의의 편광자(172)는 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 광 재순환을 위해 편광자와 광원 사이에 배치된 유관한 4분의 1파장 지연기(도시되지 않은)를 추가로 포함할 수 있다. 임의의 편광자(172)는 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141, 151, 161)의 각각의 제1 편광 방향을 투과시키고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141, 151, 161)의 각각의 제2 편광 방향을 반사하거나 또는 흡수할 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106)는 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130) 및 편광 회전 반사기(138)를 포함한다. 어떤 경우에, 프리즘 편광 빔 스플리터(도면에 도시된 바와 같은)가 이용될 수 있지만; 그러나, 대안적으로, 구성요소들이 광로 내의 박막(pellicle)(도시되지 않은)으로서 유지될 수 있다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 면(131) 및 입력 면(132)을 갖는 제1 프리즘(135), 및 제3 면(133) 및 출력 면(134)을 갖는 제2 프리즘(136)을 포함한다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 및 제2 프리즘(135, 136) 사이에서 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)의 대각선 상에 배치된 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)를 포함하는, 이색성 반사 편광자 판(137)을 추가로 포함한다.
편광 회전 반사기(138)는 편광 회전 반사기에 배치된 지연기의 유형 및 방위에 따라 광의 전파 방향을 역전시키고 편광 성분의 크기를 변경할 수 있다. 편광 회전 반사기는 광대역 미러 또는 색 선택적 이색성 필터와 같은 파장 선택적 미러, 및 지연기를 포함할 수 있다. 지연기는 8분의 1파장 지연기, 4분의 1파장 지연기 등과 같은 임의의 원하는 지연을 제공할 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예에서는, 4분의 1파장 지연기 및 관련된 이색성 반사기를 이용하는 것 등에 의해, 편광 방향을 직교의 방향으로 회전시켜 광이 이색성 반사 편광자 판(137)을 통해 투과될 수 있게 하는 이점이 있다. 예를 들어, s-편광 광은 그것이 광 편광 축에 대해 45°의 각도로 정렬된 4분의 1파장 지연기를 통과함에 따라 원형 편광 광으로 변화되고, 반사 시에 원형 편광의 방향을 변화시키며, 그것이 4분의 1파장 지연기를 다시 통과함에 따라 p-편광 광으로 된다.
한 특정한 실시예에서, 편광 회전 반사기(138)는, 각각의 색의 입사 편광 광 빔에 대해 영상을 부여하고, 직교의 편광 상태를 갖는 영상 함유 광 빔들을 반사할 수 있는, 실리콘 액정 표시 장치(liquid crystal on silicon)(LCoS) 이미저(imager)와 같은 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 공간 광 변조기는 투영 광학계를 통해 투영 스크린 상으로 확대될 수 있는 시준 조합 색 영상을 생성하도록 광의 색의 각각에 대해 시간 순서화될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 조합되는 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)의 각각은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 맥닐 편광자를 제작하기 위해 이용되는 것과 같은 박막 무기 증착 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 어떤 경우에, 이색성 반사 편광자의 각각은 원하는 각도로 연마되고 광택을 내며 광학적 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있는 별개의 유리 기판 상에 제작될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자의 각각을 위해 상이한 중합체성 다층 광학 필름이 이용될 수 있다. 다층 광학 필름 편광자는 상이한 파장 범위의 광과 상호작용하게 하는 작용을 하는 상이한 층 "패킷(packet)"들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 다층 광학계 필름 편광자(unitary multilayer optical film polarizer)는 필름 두께에 걸쳐 몇개의 층 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 광의 상이한 파장 범위(예를 들어, 색)와 상호작용하여 하나의 편광 상태를 반사하고 다른 편광 상태를 투과시킨다. 한 양태에서, 다층 광학 필름은, 예를 들어, 청색 색광과 상호작용하는 필름의 제1 표면에 인접한 층(즉, "청색 층")들의 제1 패킷, 예를 들어, 녹색 색광과 상호작용하는 층(즉, "녹색 층")들의 제2 패킷, 및 예를 들어, 적색 색광과 상호작용하는 필름의 제2 표면에 인접한 층(즉 "적색 층")들의 제3 패킷을 가질 수 있다. 전형적으로, "청색 층"에서의 층들 사이의 분리점은, 광의 더 짧은 (그리고 더 높은 에너지) 청색 파장과 상호작용하기 위해, "적색 층"에서의 층들 사이의 분리점보다 훨씬 더 작다.
어떤 경우에, 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 위에서 기술된 바와 같이 필름 층의 패킷을 포함할 수 있는 특히 바람직한 반사 편광자일 수 있다. 별개의 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 제1, 제2, 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)와 상응하여 제작되고, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 유리 기판 및 광학적 접착제를 이용하여 조립될 수 있다. 어떤 경우에, 하나 이상의 중합체성 다층 광학 필름 편광자 패킷은 하나 이상의 박막 무기 증착 박막과 함께 이용되어 이색성 반사 편광자 판으로 귀결될 수 있다.
경사진 이색성 편광 빔 스플리터(106)의 기술된 구성요소들은 시준된 (그리고 편광되지 않은) 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각을 시준 조합 편광 광으로 집광적으로 전환하며, 상이한 시준된 광 색의 각각은 도면을 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 방향으로 시준된다.
도 1a를 보면, 제1 광원(140)으로부터의 제1 색광(141)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)를 통해 그어질 수 있다. 제1 색광(141)은 제1 광 전파 방향으로 이동하는 제1 중심 광선(142), 및 제1 입력 광 시준각(θ1) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제1 경계 광선(144, 146)으로 나타내어진다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 광원(140)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 중앙인 제1 중앙 광선(142)으로서 나온다. 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제1 입력 광 시준 각(θ1)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 경계를 형성하는 제1 경계 광선(144, 146)으로서 나온다. 도 1a로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제1 광원(140)으로부터 온 제1 색광(141)을 시준하여 제1 시준된 색광(141c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제1 중앙 광선(142) 및 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은, 임의의 편광자(172)에 가로막히고, 제각기 투과된 s-편광 성분 및 반사되거나 또는 흡수된 p-편광 성분으로 분할된다. 어떤 경우에, 임의의 편광자(172)는 반사 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 다른 데서 기술된 바와 같이 4분의 1파장 지연기를 이용하여 반사되고 재순환될 수 있으며; 어떤 경우에는, 대신에, 임의의 편광자(172)가 흡수 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 흡수될 수 있다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 s-편광 중앙 광선(142s)과 제1 p-편광 중앙 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 중앙 광선(142p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 p-편광 시준 광(148)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제1 경계 광선(144, 146)은 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)과 제1 p-편광 경계 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 경계 광선(144p, 146p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 p-편광 시준 광(148)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
도 1b를 보면, 제2 광원(150)으로부터의 제2 색광(151)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)를 통해 그어질 수 있다. 제2 색광(151)은 제2 광 전파 방향으로 이동하는 제2 중심 광선(152), 및 제2 입력 광 시준각(θ2) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제2 경계 광선(154, 156)으로 나타내어진다. 제2 중앙 광선(152)은 제2 광원(150)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제2 시준된 색광(151c)에 대해 중앙인 제2 중앙 광선(152)으로서 나온다. 제2 경계 광선(154, 156)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제2 입력 광 시준 각(θ2)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제2 시준된 색광(151c)에 대해 경계를 형성하는 제2 경계 광선(154, 156)으로서 나온다. 도 1b로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제2 광원(150)으로부터 온 제2 색광(151)을 시준하여 제2 시준된 색광(151c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제2 중앙 광선(152) 및 제2 경계 광선(154, 156)의 각각은, 임의의 편광자(172)에 가로막히고, 제각기 투과된 s-편광 성분 및 반사되거나 또는 흡수된 p-편광 성분으로 분할된다. 어떤 경우에, 임의의 편광자(172)는 반사 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 다른 데서 기술된 바와 같이 4분의 1파장 지연기를 이용하여 반사되고 재순환될 수 있으며; 어떤 경우에는, 대신에, 임의의 편광자(172)가 흡수 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 흡수될 수 있다. 제2 중앙 광선(152)은 제2 s-편광 중앙 광선(152s)과 제2 p-편광 중앙 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제2 s-편광 중앙 광선(152s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 통과하며, 제2 이색성 반사 편광자(157)로부터 반사하고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제2 s-편광 중앙 광선(152s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 중앙 광선(152p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제2 p-편광 시준 광(158)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제2 경계 광선(154, 156)은 제2 s-편광 경계 광선(154s, 156s)과 제2 p-편광 경계 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제2 s-편광 경계 광선(154s, 156s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 통과하며, 제2 이색성 반사 편광자(157)로부터 반사하고, 제3 및 제1 이색성 반사 편광자(167, 147)를 다시 통과하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제2 s-편광 경계 광선(154s, 156s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 경계 광선(154p, 156p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제2 p-편광 시준 광(158)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
도 1c를 보면, 제3 광원(160)으로부터의 제3 색광(161)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100)를 통해 그어질 수 있다. 제3 색광(161)은 제3 광 전파 방향으로 이동하는 제3 중심 광선(162), 및 제3 입력 광 시준각(θ3) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제3 경계 광선(164, 166)으로 나타내어진다. 제3 중앙 광선(162)은 제3 광원(160)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제3 시준된 색광(161c)에 대해 중앙인 제3 중앙 광선(162)으로서 나온다. 제1 경계 광선(164, 166)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제3 입력 광 시준 각(θ3)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제3 시준된 색광(161c)에 대해 경계를 형성하는 제3 경계 광선(164, 166)으로서 나온다. 도 1c로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제3 광원(160)으로부터 온 제3 색광(161)을 시준하여 제3 시준된 색광(161c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제3 중앙 광선(162) 및 제3 경계 광선(164, 166)의 각각은, 임의의 편광자(172)에 가로막히고, 제각기 투과된 s-편광 성분 및 반사되거나 또는 흡수된 p-편광 성분으로 분할된다. 어떤 경우에, 임의의 편광자(172)는 반사 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 다른 데서 기술된 바와 같이 4분의 1파장 지연기를 이용하여 반사되고 재순환될 수 있으며; 어떤 경우에는, 대신에, 임의의 편광자(172)가 흡수 편광자일 수 있고, p-편광 광선은 흡수될 수 있다. 제3 중앙 광선(162)은 제3 s-편광 중앙 광선(162s)과 제3 p-편광 중앙 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제3 s-편광 중앙 광선(162)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)로부터 반사하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제3 s-편광 중앙 광선(162s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 중앙 광선(162p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제3 p-편광 시준 광(168)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제3 경계 광선(164, 166)은 제3 s-편광 경계 광선(164s, 166s)과 제3 p-편광 경계 광선(도시되지 않은)으로 분할된다. 투과된 제3 s-편광 경계 광선(164s, 166s)은 제1 프리즘(135)의 입력 면(132)으로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)로부터 반사하며, 제1 면(131)을 통해 제1 프리즘(135)을 떠난다. 투과된 제3 s-편광 경계 광선(164s, 166s)은 직각을 이룬 방향의 편광 회전 반사기(138)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 p-편광 경계 광선(164p, 166p)으로서 반사하며, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제3 p-편광 시준 광(168)의 일부로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다. 한 특정한 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 p-편광 시준 광(148, 158, 168)은 조합 색 p-편광 시준 광을 형성하는 녹색, 적색, 및 청색 색광일 수 있다. 조합 색 p-편광 시준 광은 영상 영사기에서의 투영 광학계를 통해 확장되어 스크린 상에 확대된 영상 투영되는 것으로 귀결될 수 있다.
특정한 한 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 입력 시준각(θ1, θ2, θ3)들 각각은 동일할 수 있고, 제1, 제2 및 임의의 제3 입력 광원(140, 150, 160)들 각각과 관련된 도입 광학계(도시되지 않음)는 이들 입력 시준각을 약 10도 내지 약 80도, 또는 약 10도 내지 약 70도, 또는 약 10도 내지 약 60도, 또는 약 10도 내지 약 50도, 또는 약 10도 내지 약 40도, 또는 약 10도 내지 약 30도, 또는 그 이하의 각도로 제한할 수 있다. 한 특정한 실시예에서, 입력 시준 각의 각각은 약 60도 내지 약 70도의 범위에 있다.
도 2는 본 개시내용의 한 양태에 따른 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')의 횡단면 개요도를 도시한다. 도 2에서, 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')는 집광 광학계(105) 및 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106')를 포함한다. 집광 광학계(105)는 제1 렌즈 소자(110) 및 제2 렌즈 소자(120), 광 입력면(114), 및 광 입력면(114)에 대해 직각을 이루는 광축(102)을 포함한다. 제1 광원(140), 제2 광원(150) 및 임의의 제3 광원(160)은 광 입력면(114)을 향하는 광 도입면(104) 상에 각각 배치된다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 두개 이상은 광축(102)으로부터 벗어나 있고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 하나는 광축 상에 배치될 수 있다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)의 각각은, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로 광 입력면(114)에 광을 도입하도록 배치된다. 간결하게, 단지 제1 색광(141)의 경로만 도 2를 참조하여 기술될 것이지만; 그러나, 다른 데서 기술된 바와 같이, 제2 색광(151), 및 임의의 제3 색광(161)은 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')를 통한 유사한 경로를 따를 것임을 알아야 한다.
특정한 한 실시예에서, 집광 광학계(105)는 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들로부터 방출된 광을 시준시키는 역할을 하는 광 시준기일 수 있다. 집광 광학계(105)는 1렌즈 광 시준기(도시되지 않은), 2렌즈 광 시준기(도시된), 회절 광학계 요소(도시되지 않은) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 2렌즈 광 시준기는 광 입력면(114)의 반대편에 배치된 제1 볼록면(112)을 포함하는 제1 렌즈 요소(110)를 갖는다. 제2 렌즈 요소(120)는 제1 볼록면(112)을 향하는 제2 표면(122), 및 제2 표면(122)의 반대쪽의 제3 볼록면(124)을 포함한다. 제2 표면(122)은 볼록면, 평면 및 오목면으로부터 선택될 수 있다. 제1 색광(141)은 집광 광학계(105)를 빠져나갈 때 시준 제1 색광(141c)으로 된다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106')는 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130), 제1 편광 회전 반사기(138a), 및 제2 편광 회전 반사기(138b)를 포함한다. 어떤 경우에, 프리즘 편광 빔 스플리터(도면에 도시된 바와 같은)가 이용될 수 있지만; 그러나, 대안적으로, 구성요소들이 광로 내의 박막(도시되지 않은)으로서 유지될 수 있다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 면(131) 및 입력 면(132)을 갖는 제1 프리즘(135), 및 제3 면(133) 및 출력 면(134)을 갖는 제2 프리즘(136)을 포함한다. 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)는, 제1 및 제2 프리즘(135, 136) 사이에서 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)의 대각선 상에 배치된 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)를 포함하는, 이색성 반사 편광자 판(137)을 추가로 포함한다.
제1 및 제2 편광 회전 반사기(138a, 138b)는 편광 회전 반사기에 배치된 지연기의 유형 및 방위에 따라 광의 전파 방향을 제각기 역전시키고 편광 성분의 크기를 변경할 수 있다. 편광 회전 반사기는 광대역 미러 또는 색 선택적 이색성 필터와 같은 파장 선택적 미러, 및 지연기를 포함할 수 있다. 지연기는 8분의 1파장 지연기, 4분의 1파장 지연기 등과 같은 임의의 원하는 지연을 제공할 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예에서는, 4분의 1파장 지연기 및 관련된 이색성 반사기를 이용하는 것 등에 의해, 편광 방향을 직교의 방향으로 회전시켜 광이 이색성 반사 편광자 판(137)을 통해 투과될 수 있게 하는 이점이 있다. 예를 들어, s-편광 광은 그것이 광 편광 축에 대해 45°의 각도로 정렬된 4분의 1파장 지연기를 통과함에 따라 원형 편광 광으로 변화되고, 반사 시에 원형 편광의 방향을 변화시키며, 그것이 4분의 1파장 지연기를 다시 통과함에 따라 p-편광 광으로 된다. 어떤 경우에, 편광 회전 반사기들의 그러한 조합은 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106')로부터 시준 비편광 조합 색광을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 제1 및 제2 편광 회전 반사기(138a, 138b) 중 하나 이상은, 입사 편광 광 빔에 대해 영상을 부여하고, 직교의 편광 상태를 갖는 영상 함유 광 빔들을 반사할 수 있는, 실리콘 액정 표시 장치(LCoS) 이미저와 같은 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 다른 데서 기술된 바와 같이 공간 광 변조기와 상호작용하는 직교의 편광 방향의 각각에 대해 따로따로 상이한 영상들이 부여될 수 있다. 이 경우에, 생성되는 시준 조합 색광은, 예를 들어, s-편광 광이 한쪽 눈으로 보는 영상에 대응하고, p-편광 광이 다른쪽 눈으로 보는 제2 영상에 대응하여, 3차원 입체 영상으로 귀결되는 입체 디스플레이의 일부로서 이용될 수 있다. 어떤 경우에, 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이, 직교의 편광 방향의 각각에 대해 정합이 일치하는 영상들이 대신 부여될 수 있고, 생성된 시준 조합 색광은 단일 편광 상태의 휘도의 2배만큼 높을 수 있는 향상된 휘도를 가질 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 조합되는 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)의 각각은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 박막 무기 증착 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 어떤 경우에, 이색성 반사 편광자의 각각은 원하는 각도로 연마되고 광택을 내며 광학적 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있는 별개의 유리 기판 상에 제작될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자의 각각을 위해 상이한 중합체성 다층 광학 필름이 이용될 수 있다. 다층 광학 필름 편광자는 상이한 파장 범위의 광과 상호작용하게 하는 작용을 하는 상이한 층 "패킷(packets)"들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 다층 광학계 필름 편광자(unitary multilayer optical film polarizer)는 필름 두께에 걸쳐 몇개의 층 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 광의 상이한 파장 범위(예를 들어, 색)와 상호작용하여 하나의 편광 상태를 반사하고 다른 편광 상태를 투과시킨다. 한 양태에서, 다층 광학 필름은, 예를 들어, 청색 색광과 상호작용하는 필름의 제1 표면에 인접한 층(즉, "청색 층")들의 제1 패킷, 예를 들어, 녹색 색광과 상호작용하는 층(즉, "녹색 층")들의 제2 패킷, 및 예를 들어, 적색 색광과 상호작용하는 필름의 제2 표면에 인접한 층(즉 "적색 층")들의 제3 패킷을 가질 수 있다. 전형적으로, "청색 층"에서의 층들 사이의 분리점은, 광의 더 짧은 (그리고 더 높은 에너지) 청색 파장과 상호작용하기 위해, "적색 층"에서의 층들 사이의 분리점보다 훨씬 더 작다. 어떤 경우에, 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 위에서 기술된 바와 같이 필름 층의 패킷을 포함할 수 있는 특히 바람직한 반사 편광자일 수 있다. 별개의 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 제1, 제2, 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)와 상응하여 제작되고, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 유리 기판 및 광학적 접착제를 이용하여 조립될 수 있다.
경사진 이색성 편광 빔 스플리터(106')의 기술된 구성요소들은 시준된 (그리고 편광되지 않은) 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각을 제1 시준 조합 p-편광 광 및 제2 시준 조합 s-편광 광으로 집광적으로 전환하며, 상이한 시준된 광 색의 각각은 도면을 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 방향으로 시준된다.
도 2를 보면, 제1 광원(140)으로부터의 제1 색광(141)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100')를 통해 그어질 수 있다. 제1 색광(141)은 제1 광 전파 방향으로 이동하는 제1 중심 광선(142), 및 제1 입력 광 시준각(θ1) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제1 경계 광선(144, 146)으로 나타내어진다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 광원(140)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 중앙인 제1 중앙 광선(142)으로서 나온다. 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제1 입력 광 시준 각(θ1)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 경계를 형성하는 제1 경계 광선(144, 146)으로서 나온다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제1 광원(140)으로부터 온 제1 색광(141)을 시준하여 제1 시준된 색광(141c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제1 중앙 광선(142)은 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)과 투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하고, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제1 편광 회전 반사기(138a)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 p-편광 중앙 광선(142p2)으로서 반사한다. 제1 전환된 p-편광 중앙 광선(142p2)은 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 전환된 p-편광 중앙 광선(142p2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제2 편광 회전 반사기(138b)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)으로서 반사한다. 제1 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)은 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제1 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
제1 경계 광선(144, 146)은 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)과 투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 제3 이색성 반사 편광자(167)를 통과하고, 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제1 편광 회전 반사기(138a)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 p-편광 경계 광선(144p2, 146p2)으로서 반사한다. 제1 전환된 p-편광 경계 광선(144p2, 146p2)은 제1 면(131)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)를 통과하며, 제1 전환된 p-편광 경계 광선(144p2, 146p2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나가며, 직각을 이룬 방향의 제2 편광 회전 반사기(138b)에서 가로막히고, 편광 회전 반사기(138)에 직각을 이룬 제1 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)으로서 반사한다. 제1 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)은 제3 면(133)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)로 들어가고, 변함 없이 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147)로부터 반사하고, 제1 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)으로서 출력 면(134)을 통해 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130)를 빠져나간다.
한 특정한 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 시준 광(141c, 151c, 161c)은 조합 색 p-편광 시준 광 및 조합 색 s-편광 시준 광을 형성하는 녹색, 적색, 및 청색 색광일 수 있다. 제1 및 제2 편광 회전 반사기(138a, 138b)의 각각은 상이한 색광의 각각의 편광 방향의 각각에 대해 상이한 정보를 부여할 수 있다. 어떤 경우에, 편광 회전 반사기는 LCoS 이미저와 같은 공간 광 변조기일 수 있고, 조합 색 p-편광 시준 광은 제1 LCoS 이미저(138a)에 대응하는 영상 정보를 갖는 p-편광 광을 포함할 수 있으며, 조합 색 s-편광 시준 광은 제2 LCoS 이미저(138b)에 대응하는 영상 정보를 갖는 s-편광 광을 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 한 양태에 따른 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')의 횡단면 개요도를 도시한다. 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')는 집광 광학계(105) 및 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106'')를 포함한다. 집광 광학계(105)는 제1 렌즈 소자(110) 및 제2 렌즈 소자(120), 광 입력면(114), 및 광 입력면(114)에 대해 직각을 이루는 광축(102)을 포함한다. 제1 광원(140), 제2 광원(150) 및 임의의 제3 광원(160)은 광 입력면(114)을 향하는 광 도입면(104) 상에 각각 배치된다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 두개 이상은 광축(102)으로부터 벗어나 있고, 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160) 중 하나는 광축 상에 배치될 수 있다. 제1, 제2, 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)의 각각은 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 기술된 것과 유사한 방식으로 광 입력면(114)에 광을 도입하도록 배치된다. 간결하게, 단지 제1 색광(141)의 경로만 도 3을 참조하여 기술될 것이지만; 그러나, 다른 데서 기술된 바와 같이, 제2 색광(151), 및 임의의 제3 색광(161)은 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')를 통한 유사한 경로를 따를 것임을 알아야 한다.
특정한 한 실시예에서, 집광 광학계(105)는 제1, 제2 및 임의의 제3 광원(140, 150, 160)들로부터 방출된 광을 시준시키는 역할을 하는 광 시준기일 수 있다. 집광 광학계(105)는 1렌즈 광 시준기(도시되지 않은), 2렌즈 광 시준기(도시된), 회절 광학계 요소(도시되지 않은) 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다. 2렌즈 광 시준기는 광 입력면(114)의 반대편에 배치된 제1 볼록면(112)을 포함하는 제1 렌즈 요소(110)를 갖는다. 제2 렌즈 요소(120)는 제1 볼록면(112)을 향하는 제2 표면(122), 및 제2 표면(122)의 반대쪽의 제3 볼록면(124)을 포함한다. 제2 표면(122)은 볼록면, 평면 및 오목면으로부터 선택될 수 있다. 제1 색광(141)은 집광 광학계(105)를 빠져나갈 때 시준 제1 색광(141c)으로 된다.
한 특정한 실시예에서, 경사진 이색성 편광 빔 스플리터 조립체(106'')는 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a), 제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130b), 및 그것들 사이에 배치된 반파장 지연기를 포함한다. 어떤 경우에, 프리즘 편광 빔 스플리터(도면에 도시된 바와 같은)가 제1 및 제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a, 130b)의 각각을 위해 이용될 수 있지만; 그러나, 대안적으로, 구성요소들이 광로 내의 박막(도시되지 않은)으로서 유지될 수 있다. 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)는 입력 면(131a) 및 제2 면(132a)을 갖는 제1 프리즘(135a), 및 제3 면(133a) 및 출력 면(134a)을 갖는 제2 프리즘(136a)을 포함한다. 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)는, 제1 및 제2 프리즘(135a, 136a) 사이에서 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)의 대각선 상에 배치된 제1 이색성 반사 편광자(147a), 제2 이색성 반사 편광자(157a), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 포함하는, 제1 이색성 반사 편광자 판(137a)을 추가로 포함한다.
제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130b)는 입력 면(131b) 및 제2 출력 면(132b)을 갖는 제3 프리즘(135b)을 포함한다. 제2 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130b)는, 제1 이색성 반사 편광자(147b), 제2 이색성 반사 편광자(157b), 및 제3 프리즘(135b)의 대각선 상에 배치된 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 포함하는 제2 이색성 반사 편광자 판(137b)을 추가로 포함한다. 어떤 경우에는, 대신에, 제2 이색성 편광자 판(137b)에서의 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사 편광자(147b, 157b, 167b)의 각각이 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이 제1, 제2, 및 제3 이색성 반사기일 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 조합되는 제1 이색성 반사 편광자(147), 제2 이색성 반사 편광자(157), 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(167)의 각각은 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같은 박막 무기 증착 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 어떤 경우에, 이색성 반사 편광자의 각각은 원하는 각도로 연마되고 광택을 내며 광학적 접착제를 이용하여 서로 접착될 수 있는 별개의 유리 기판 상에 제작될 수 있다.
한 특정한 실시예에서, 이색성 반사 편광자의 각각을 위해 상이한 중합체성 다층 광학 필름이 이용될 수 있다. 다층 광학 필름 편광자는 상이한 파장 범위의 광과 상호작용하게 하는 작용을 하는 상이한 층 "패킷(packet)"들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 다층 광학계 필름 편광자(unitary multilayer optical film polarizer)는 필름 두께에 걸쳐 몇개의 층 패킷을 포함할 수 있고, 각각의 패킷은 광의 상이한 파장 범위(예를 들어, 색)와 상호작용하여 하나의 편광 상태를 반사하고 다른 편광 상태를 투과시킨다. 한 양태에서, 다층 광학 필름은, 예를 들어, 청색 색광과 상호작용하는 필름의 제1 표면에 인접한 층(즉, "청색 층")들의 제1 패킷, 예를 들어, 녹색 색광과 상호작용하는 층(즉, "녹색 층")들의 제2 패킷, 및 예를 들어, 적색 색광과 상호작용하는 필름의 제2 표면에 인접한 층(즉 "적색 층")들의 제3 패킷을 가질 수 있다. 전형적으로, "청색 층"에서의 층들 사이의 분리점은, 광의 더 짧은 (그리고 더 높은 에너지) 청색 파장과 상호작용하기 위해, "적색 층"에서의 층들 사이의 분리점보다 훨씬 더 작다. 어떤 경우에, 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 위에서 기술된 바와 같이 필름 층의 패킷을 포함할 수 있는 특히 바람직한 반사 편광자일 수 있다. 별개의 중합체성 다층 광학 필름 편광자는 제1, 제2, 및 임의의 제3 이색성 반사 편광자(147, 157, 167)와 상응하여 제작되고, 이색성 반사 편광자 판(137)을 형성하도록 유리 기판 및 광학적 접착제를 이용하여 조립될 수 있다.
경사진 이색성 편광 빔 스플리터(106'')의 기술된 구성요소들은 시준된 (그리고 편광되지 않은) 제1, 제2, 및 임의의 제3 색광(141c, 151c, 161c)의 각각을 시준 조합 s-편광 광으로 집광적으로 전환하며, 상이한 시준 광 색의 각각은 도면을 참조하여 기술된 바와 같이 동일한 방향으로 시준된다.
도 3을 보면, 제1 광원(140)으로부터의 제1 색광(141)의 경로는 경사진 이색성 편광 색 조합기(100'')를 통해 그어질 수 있다. 제1 색광(141)은 제1 광 전파 방향으로 이동하는 제1 중심 광선(142), 및 제1 입력 광 시준각(θ1) 내의 광추를 포함하고, 광추의 경계는 제1 경계 광선(144, 146)으로 나타내어진다. 제1 중앙 광선(142)은 제1 광원(140)으로부터 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 평행한 방향에 도입되며, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하고, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 중앙인 제1 중앙 광선(142)으로서 나온다. 제1 경계 광선(144, 146)의 각각은 광 입력면(114)으로 일반적으로 광축(102)에 대해 제1 입력 광 시준 각(θ1)인 방향에 도입되고, 제1 렌즈 소자(110), 제2 렌즈 소자(120)를 통과하며, 집광 광학계(105)로부터 제1 시준된 색광(141c)에 대해 경계를 형성하는 제1 경계 광선(144, 146)으로서 나온다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 집광 광학계(105)는 제1 광원(140)으로부터 온 제1 색광(141)을 시준하여 제1 시준된 색광(141c)으로서 나오게 하는 작용을 한다.
제1 중앙 광선(142)은 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147a)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)과 투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 중앙 광선(142s)은 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하고 제2 면(132a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 중앙 광선(142p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 출력 면(134a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나가며, 그것이 반파장 지연기(192)를 통과함에 따라, 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)이 되도록 회전한다. 전환된 s-편광 중앙 광선(142s2)은 입력 면(131b)을 통해 제3 프리즘(135b)에 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147b)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 다시 통과하며, 제2 출력 면(132b)을 통해 제3 프리즘(135b)을 빠져나간다.
제1 경계 광선(144, 146)은 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)로 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147a)에서 가로막히고, 거기에서 그것은 반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)과 투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)으로 분할된다.
반사된 제1 s-편광 경계 광선(144s, 146s)은 제3 이색성 반사 편광자(167a)를 통과하고 제2 면(132a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나간다.
투과된 제1 p-편광 경계 광선(144p, 146p)은 제2 이색성 반사 편광자(157)를 통과하고, 출력 면(134a)을 통해 제1 경사진 이색성 편광 빔 스플리터(130a)를 빠져나가며, 그것들이 반파장 지연기(192)를 통과함에 따라, 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)이 되도록 회전한다. 전환된 s-편광 경계 광선(144s2, 146s2)은 입력 면(131b)을 통해 제3 프리즘(135b)에 들어가고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 통과하며, 제1 이색성 반사 편광자(147b)로부터 반사하고, 제3 이색성 반사 편광자(167b)를 다시 통과하며, 제2 출력 면(132b)을 통해 제3 프리즘(135b)을 빠져나간다.
한 특정한 실시예에서, 제1, 제2, 및 제3 시준 광(141c, 151c, 161c)은 조합 색 s-편광 시준 광을 형성하는 녹색, 적색, 및 청색 색광일 수 있다. 이 기술분야에서 숙련된 자에게 알려진 바와 같이, 조합 색 s-편광 시준 광은 정보 포함 영상을 발생시키도록 LCoS 이미저와 같은 공간 광 변조기를 조명하기 위해 이용될 수 있고, 투영 광학계는 투영 스크린에 대해 영상을 확대하기 위해 이용될 수 있다.
한 양태에 따르면, 각각의 입력 광원은 하나 이상의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 다양한 광원, 예를 들어 레이저, 레이저 다이오드, 유기 LED(OLED) 및 비고체 광원, 예를 들어 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프가 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 광원, 광 시준기, 렌즈, 및 광 통합기는, 예를 들어 본 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 포함되는 공개된 미국 특허 출원 제2008/0285129호에 추가로 기술되어 있다.
다음은 본 개시내용의 실시예들의 목록이다.
항목 1은 색 조합기(color combiner)로서: 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic); 제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기(polarization rotating reflector)를 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및 제2 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함하며; 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 조합 색 편광 광 빔(combined color polarized light beam)을 형성하고, 조합 색 편광 광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다.
항목 2는 항목 1의 색 조합기로서, 광 입력면의 반대쪽의 집광 광학계를 향하여 배치되고 제1 색광 및 제2 색광 둘 다의 제1 편광 방향을 투과시킬 수 있는 편광자를 추가로 포함한다.
항목 3은 항목 1 또는 항목 2의 색 조합기로서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함한다.
항목 4는 항목 1 내지 항목 3의 색 조합기로서, 집광 광학계는 광 시준 광학계(light collimation optics)를 포함한다.
항목 5는 항목 3의 색 조합기로서, 광 시준 광학계는 1렌즈 디자인, 2렌즈 디자인, 회절 광학계 요소, 또는 그것들의 조합을 포함한다.
항목 6은 항목 1 내지 항목 5의 색 조합기로서, 집광 광학계는: 광 입력면의 반대쪽의 제1 볼록면을 갖는 제1 렌즈; 및 제1 볼록면을 향하는 제2 표면, 및 제2 표면의 반대쪽의 제3 볼록면을 갖는 제2 렌즈를 포함한다.
항목 7은 항목 1 내지 항목 6의 색 조합기로서, 편광 회전 반사기는 4분의 1파장 지연기(quarter-wave retarder) 및 광대역 미러(broadband mirror)를 포함한다.
항목 8은 항목 1 내지 항목 7의 색 조합기로서, 편광 회전 반사기는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함한다.
항목 9는 항목 8의 색 조합기로서, 공간 광 변조기는 반사성 실리콘 액정 표시 장치(reflective liquid crystal on silicon)(LCoS) 표시 패널을 포함한다.
항목 10은 항목 1 내지 항목 9의 색 조합기로서, 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름(polymeric multilayer optical film), 또는 코팅된 유전체 필름(coated dielectric film)을 포함한다.
항목 11은 항목 1 내지 항목 10의 색 조합기로서, 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제3 광원을 추가로 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은 제3 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 추가로 포함하며, 제3 이색성 반사 편광자는 경사져서, 제3 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제2 편광 방향을 갖는 조합 색광 빔을 형성하고, 조합 색광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다.
항목 12는 항목 11의 색 조합기로서, 제3 이색성 반사 편광자는 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 13은 항목 11의 색 조합기로서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함한다.
항목 14는 항목 1 내지 항목 13의 색 조합기로서, 편광자는 반사 편광자 또는 흡수 편광자를 포함한다.
항목 15는 항목 1 내지 항목 13의 색 조합기로서, 편광자 및 집광 광학계 사이에 배치된 4분의 1파장 지연기를 추가로 포함한다.
항목 16은 영상 영사기(image projector)로서, 항목 1 내지 항목 15의 색 조합기 및 투영 광학계를 포함한다.
항목 17은 색 조합기(color combiner)로서: 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic); 제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기(polarization rotating reflector)를 향하여 반사하고, 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및 제2 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함하며; 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔(combined color light beam)을 형성하고, 제1 색광 및 제2 색광이 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔을 형성하며, 제1 조합 색광 빔 및 제2 조합 색광 빔은 제1 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 한다.
항목 18은 항목 17의 색 조합기로서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함한다.
항목 19는 항목 17 또는 항목 18의 색 조합기로서, 집광 광학계는 광 시준 광학계(light collimation optics)를 포함한다.
항목 20은 항목 19의 색 조합기로서, 광 시준 광학계가 1렌즈 디자인, 2렌즈 디자인, 회절 광학계 요소, 또는 그것들의 조합을 포함한다.
항목 21은 항목 17 내지 항목 20의 색 조합기로서, 집광 광학계는: 광 입력면의 반대쪽의 제1 볼록면을 갖는 제1 렌즈; 및 제1 볼록면을 향하는 제2 표면, 및 제2 표면의 반대쪽의 제3 볼록면을 갖는 제2 렌즈를 포함한다.
항목 22는 항목 17 내지 항목 21의 색 조합기로서, 제1 편광 회전 반사기 및 제2 편광 회전 반사기 중 하나 이상은 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함한다.
항목 23은 항목 17 내지 항목 22의 색 조합기로서, 공간 광 변조기는 LCoS 표시 패널을 포함한다.
항목 24는 항목 17 내지 항목 23의 색 조합기로서, 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 25는 항목 17 내지 항목 24의 색 조합기로서, 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제3 광원을 추가로 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은 제3 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 추가로 포함하며, 제3 이색성 반사 편광자는 경사져서, 제3 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔의 부분이 되고, 제3 색광이 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔의 부분이 된다.
항목 26은 항목 25의 색 조합기로서, 제3 이색성 반사 편광자는 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 27은 항목 25 또는 항목 26의 색 조합기로서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함한다.
항목 28은 영상 영사기(image projector)로서, 항목 17 내지 항목 27의 색 조합기 및 투영 광학계를 포함한다.
항목 29는 색 조합기(color combiner)로서: 광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic); 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 - 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및 이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자; 제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자; 투과된 다른 광의 직교의 제2 편광 방향을 제1 편광 방향으로 전환하도록 배치된 반파장 지연기(half-wave retarder); 및 투과된 다른 광의 제1 편광 방향을 출력 방향으로 반사하도록 배치된 이색성 반사기 판(dichroic reflector plate)을 포함하며, 이색성 반사기 판은: 제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제1 이색성 반사기; 제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제2 이색성 반사기; 및 제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제3 이색성 반사기를 포함하고; 제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자, 및 제1 이색성 반사기, 제2 이색성 반사기, 및 제3 이색성 반사기는 제각기 경사져서 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광이 제1 편광 방향을 갖는 조합 색광 빔을 형성하게 한다.
항목 30은 항목 29의 색 조합기로서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함한다.
항목 31은 항목 29 또는 항목 30의 색 조합기로서, 집광 광학계는 광 시준 광학계(light collimation optics)를 포함한다.
항목 32는 항목 29 내지 항목 31의 색 조합기로서, 제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함한다.
항목 33은 항목 29 내지 항목 32의 색 조합기로서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함한다.
항목 34는 영상 영사기(image projector)로서, 항목 29 내지 항목 33의 색 조합기, 조합 색광 빔 상에 영상을 부여하도록 배치된 공간 광 변조기, 및 투영 광학계를 포함한다.
항목 35는 항목 34의 영상 영사기로서, 공간 광 변조기는 실리콘 액정 표시 장치(LCoS) 이미저 또는 투과형 액정 디스플레이(transmissive LCD)를 포함한다.
달리 언급하지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징요소 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 달리 언급하지 않는 한, 이상의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 기술되는 숫자 파라미터는 본 명세서에 개시된 발명 내용을 이용하는 당업자가 달성하고자 하는 원하는 특성에 따라 다를 수 있는 근사치이다.
여기에서 인용되는 모든 참고 문헌 및 공보는 그들이 본 발명과 직접적으로 모순될 수 있는 경우를 제외하고는, 명백히 전체적으로 본 개시 내용에 참고로 포함된다. 특정의 실시예들이 여기에 예시되고 기술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 대안 및/또는 동등물의 구현이 도시되고 기술된 특정의 실시예를 대신할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 본 출원은 여기에 기술된 특정 실시예의 어떤 적응 또는 변형이든 포함하려는 것이다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그것의 동등물에 의해서만 한정되게 하려는 것이다.
Claims (35)
- 색 조합기(color combiner)로서:
광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계(light collection optic);
제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및
이색성 반사 편광자 판(dichroic reflective polarizer plate)을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은:
제1 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기(polarization rotating reflector)를 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및
제2 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함하며;
제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서, 제1 색광 및 제2 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 조합 색 편광 광 빔(combined color polarized light beam)을 형성하고, 조합 색 편광 광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 하는, 색 조합기. - 제1항에 있어서, 광 입력면의 반대쪽의 집광 광학계를 향하여 배치되고 제1 색광 및 제2 색광 둘 다의 제1 편광 방향을 투과시킬 수 있는 편광자를 추가로 포함하는, 색 조합기.
- 제1항에 있어서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(PBS) 또는 박막(pellicle)의 대각선의 면을 포함하는, 색 조합기.
- 제1항에 있어서, 집광 광학계는 광 시준 광학계를 포함하는, 색 조합기.
- 제4항에 있어서, 광 시준 광학계는 1렌즈 디자인, 2렌즈 디자인, 회절 광학계 요소, 또는 그것들의 조합을 포함하는, 색 조합기.
- 제1항에 있어서, 집광 광학계는:
광 입력면의 반대쪽의 제1 볼록면을 갖는 제1 렌즈; 및
제1 볼록면을 향하는 제2 표면, 및 제2 표면의 반대쪽의 제3 볼록면을 갖는 제2 렌즈를 포함하는, 색 조합기. - 제1항에 있어서, 편광 회전 반사기는 4분의 1파장 지연기(quarter-wave retarder) 및 광대역 미러(broadband mirror)를 포함하는, 색 조합기.
- 제1항에 있어서, 편광 회전 반사기는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함하는, 색 조합기.
- 제8항에 있어서, 공간 광 변조기는 반사성 실리콘 액정 표시 장치(reflective liquid crystal on silicon)(LCoS) 표시 패널을 포함하는, 색 조합기.
- 제1항에 있어서, 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름(polymeric multilayer optical film), 또는 코팅된 유전체 필름(coated dielectric film)을 포함하는, 색 조합기.
- 제1항에 있어서, 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제3 광원을 추가로 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은 제3 색광의 제1 편광 방향을 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 추가로 포함하며, 제3 이색성 반사 편광자는 경사져서, 제3 색광이 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 조합 색 편광 광 빔을 형성하고, 조합 색 편광 광 빔은 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 하는, 색 조합기.
- 제11항에 있어서, 제3 이색성 반사 편광자는 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함하는, 색 조합기.
- 제11항에 있어서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함하는, 색 조합기.
- 제2항에 있어서, 편광자는 반사 편광자 또는 흡수 편광자를 포함하는, 색 조합기.
- 제2항에 있어서, 편광자 및 집광 광학계 사이에 배치된 4분의 1파장 지연기를 추가로 포함하는, 색 조합기.
- 영상 영사기(image projector)로서, 제9항의 색 조합기 및 투영 광학계를 포함하는, 영상 영사기.
- 색 조합기로서:
광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계;
제1 색광 및 제2 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원 및 제2 광원 - 제1 광원 및 제2 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및
이색성 반사 편광자 판을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은:
제1 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자; 및
제2 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고, 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자를 포함하며;
제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 경사져서,
제1 색광 및 제2 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔(combined color light beam)을 형성하고,
제1 색광 및 제2 색광이 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔을 형성하며,
제1 조합 색광 빔 및 제2 조합 색광 빔은 제1 편광 회전 반사기에 직각을 이루는 방향을 따라 전파하게 하는, 색 조합기. - 제17항에 있어서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함하는, 색 조합기.
- 제17항에 있어서, 집광 광학계는 광 시준 광학계를 포함하는, 색 조합기.
- 제19항에 있어서, 광 시준 광학계는 1렌즈 디자인, 2렌즈 디자인, 회절 광학계 요소, 또는 그것들의 조합을 포함하는, 색 조합기.
- 제17항에 있어서, 집광 광학계는:
광 입력면의 반대쪽의 제1 볼록면을 갖는 제1 렌즈; 및
제1 볼록면을 향하는 제2 표면, 및 제2 표면의 반대쪽의 제3 볼록면을 갖는 제2 렌즈를 포함하는, 색 조합기. - 제17항에 있어서, 제1 편광 회전 반사기 및 제2 편광 회전 반사기 중 하나 이상은 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 포함하는, 색 조합기.
- 제22항에 있어서, 공간 광 변조기는 LCoS 표시 패널을 포함하는, 색 조합기.
- 제17항에 있어서, 제1 이색성 반사 편광자 및 제2 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함하는, 색 조합기.
- 제17항에 있어서, 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제3 광원을 추가로 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은 제3 색광의 제1 편광 방향을 제1 편광 회전 반사기를 향하여 반사하고 다른 광을 제2 편광 회전 반사기를 향하여 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자를 추가로 포함하며, 제3 이색성 반사 편광자는 경사져서, 제3 색광이 제1 편광 회전 반사기로부터 반사하여 직교의 제2 편광 방향을 갖는 제1 조합 색광 빔의 부분이 되고, 제3 색광이 제2 편광 회전 반사기로부터 반사하여 제1 편광 방향을 갖는 제2 조합 색광 빔의 부분이 되는, 색 조합기.
- 제25항에 있어서, 제3 이색성 반사 편광자는 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함하는, 색 조합기.
- 제25항에 있어서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함하는, 색 조합기.
- 영상 영사기로서, 제17항의 색 조합기 및 투영 광학계를 포함하는, 영상 영사기.
- 색 조합기로서:
광 입력면 및 광축을 갖는 집광 광학계;
제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광을 광 입력면에 도입하도록 배치된 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 - 제1 광원, 제2 광원, 및 제3 광원 중 하나 이상은 광축으로부터 벗어나 있음 - ; 및
이색성 반사 편광자 판을 포함하고, 이색성 반사 편광자 판은:
제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제1 이색성 반사 편광자;
제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제2 이색성 반사 편광자;
제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사하고, 다른 광을 투과시킬 수 있는 제3 이색성 반사 편광자;
투과된 다른 광의 직교의 제2 편광 방향을 제1 편광 방향으로 전환하도록 배치된 반파장 지연기(half-wave retarder); 및
투과된 다른 광의 제1 편광 방향을 출력 방향으로 반사하도록 배치된 이색성 반사기 판을 포함하며, 이색성 반사기 판(dichroic reflector plate)은:
제1 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제1 이색성 반사기;
제2 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제2 이색성 반사기; 및
제3 색광의 제1 편광 방향을 출력 방향을 향하여 반사할 수 있는 제3 이색성 반사기를 포함하고;
제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자, 및 제1 이색성 반사기, 제2 이색성 반사기, 및 제3 이색성 반사기는 제각기 경사져서 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광이 제1 편광 방향을 갖는 조합 색광 빔을 형성하게 하는, 색 조합기. - 제29항에 있어서, 이색성 반사 편광자 판은 편광 빔 스플리터(PBS) 또는 박막의 대각선의 면을 포함하는, 색 조합기.
- 제29항에 있어서, 집광 광학계는 광 시준 광학계를 포함하는, 색 조합기.
- 제29항에 있어서, 제1 이색성 반사 편광자, 제2 이색성 반사 편광자, 및 제3 이색성 반사 편광자는 제각기 중합체성 다층 광학 필름, 또는 코팅된 유전체 필름을 포함하는, 색 조합기.
- 제29항에 있어서, 제1 색광, 제2 색광, 및 제3 색광은 적색, 녹색, 및 청색 색광을 포함하는, 색 조합기.
- 영상 영사기로서, 제29항의 색 조합기, 조합 색광 빔 상에 영상을 부여하도록 배치된 공간 광 변조기, 및 투영 광학계를 포함하는, 영상 영사기.
- 제34항에 있어서, 공간 광 변조기는 실리콘 액정 표시 장치 이미저(LCoS imager) 또는 투과형 액정 디스플레이(transmissive LCD)를 포함하는, 영상 영사기.
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