KR20210090622A - 이색성 빔스플리터 색상 조합기를 갖는 광학 디바이스 및 시스템 - Google Patents

이색성 빔스플리터 색상 조합기를 갖는 광학 디바이스 및 시스템 Download PDF

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모케 길로
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Abstract

제1 이색성 빔스플리터는 제1 프리즘에 광파 입사면에 대해 비스듬한 평면 상에 배치된다. 제2 이색성 빔스플리터는 제1 이색성 빔스플리터에 관해 제1 편광 상태로 편광된 광이 제2 이색성 빔스플리터에 관해 제2 편광 상태에 있도록 제2 프리즘에 광파 입사면에 대해 비스듬한 평면 상에 배치된다. 제1 이색성 빔스플리터는 제1 이색성 빔스플리터에 관해 제1 편광 상태로 편광된 제1 색상의 광을 투과시키고, 제1 이색성 빔스플리터에 관해 제1 편광 상태로 편광된 제2 색상의 광을 반사시킨다. 제2 이색성 빔스플리터는 제2 이색성 빔스플리터에 관해 제2 편광 상태로 편광된 제1 색상 및 제2 색상의 광을 투과시키고, 제2 이색성 빔스플리터에 관해 제1 편광 상태로 편광된 제3 색상의 광을 반사시킨다.

Description

이색성 빔스플리터 색상 조합기를 갖는 광학 디바이스 및 시스템
관련 출원 상호 참조
본 출원은 2018년 11월 8일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/757, 199호의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용 전문이 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 발명은 광학 디바이스들 및 시스템들에 관한 것이다.
소형 광학 디바이스들은 특히 머리에 착용하는 디스플레이(HMD, head-mounted display) 분야에서 필요하며, 이때 광학 모듈이 보는 사람의 눈에 전달하기 위해, 이미지 생성 및 이미지의 무한대 시준 기능들을 수행한다. 이미지는 공간 광 변조기(SLM, spatial light modulator), 이를테면 음극선 관(CRT, cathode ray tube), 액정 디스플레이(LCD, liquid crystal display), 실리콘 액정(LCoS, liquid crystal on silicon), 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD, digital micro-mirror device), OLED 디스플레이, 스캐닝 소스 또는 유사한 디바이스들로부터 직접, 또는 간접적으로 릴레이 렌즈 또는 광섬유 번들을 써서, 디바이스 디바이스로부터 획득될 수 있다. 픽셀 어레이로 구성된 이미지는 통상적으로 각각, 비투시 애플리케이션들 및 투시 애플리케이션들에 대해, 조합기로서의 역할을 하는 반사 표면 또는 부분적 반사 표면에 의해, 시준 배열체에 의해 무한대에 포커싱되고 보는 사람의 눈으로 투과된다. 통상적으로, 기존의 자유 공간 광학 모듈은 이러한 목적들로 사용된다.
특히 HMD들 및 근안 디스플레이들(NED들, near-eye displays)에 유리한 솔루션군은 통상적으로 사용자의 눈에 이미지를 전달하기 위한; 부분적 반사 표면들 또는 다른 적용 가능한 광학 요소들을 갖는 도광 기판들(light-guiding substrates)(도파관들)을 채용함으로써, Lumus Ltd. (이스라엘)에서 시판되고 있다.
이미지 픽셀들을 생성하는 데 디스플레이 디바이스로서 SLM들, 특히 LCoS 또는 LCD들을 이용하는 특정 광학 아키텍처들에서, 디스플레이 디바이스의 활성 영역들은 이미지 픽셀들을 생성하는 데 상이한 유색 조명원들로부터 발생하는 구성 유색 빔들로 구성된 조합 유색 빔으로부터의 조명을 필요로 한다. 색상 조합기들에 대한 다양한 광학 아키텍처 개념들이 제안되었다. 세 개의 조명원들로부터의 광을 조합하기 위한 하나의 개념에서, 두 개의 이색성 미러들(dichroic mirrors)이 배치되며, 이때 각 이색성 미러들 각각은 특정 색상의 광은 투과시키고 또 다른 색상의 광은 반사시킨다. 그러나, SLM이 양호한 이미지를 투사할 수 있게 하는 데 충분히 높은 품질의 조합된 색상의 빔을 생성하는 것은 조명원으로부터의 광이 시준되지 않을 때 달성하기 어려우며, 이는 통상적으로 HMD들 및 NED들에서 사용되는 것들과 같은 소형 광학 디바이스들 및 시스템들에서 그러하다.
세 개의 조명원들로부터의 광을 조합하기 위한 또 다른 개념에서, 세 개의 조명원들은 조합된 광을 투과시키는 광 파이프 앞에, 밀집한 어레이로, 일반적으로 2x2 매트릭스로 배치된다. 그러나, 색상 균일성을 얻기 위해서는 더 긴 광 파이프들이 필요하며, 이는 소형 광학 디바이스들 및 시스템들에서 문제가된다. 뿐만 아니라, 밀집으로 인해 발생하는 열적 제한으로 인해 조명원들의 에너지가 제한되어야 하며, 이는 SLM에 의해 생성된 이미지의 밝기 및 세기에 제한을 둔다.
본 발명은 색상 조합기로서 작용하기 위해 협력하는 각각의 프리즘들에 배치되는 두 개의 이색성 빔스플리터들을 갖는 광학 디바이스이다.
본 발명의 일 실시 예의 교시에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 상기 광학 디바이스는: 제1 프리즘으로서: 제1 광파 입사면, 제2 광파 입사면, 및 광파 출사면, 및 상기 제1 프리즘 내에, 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제1 프리즘; 및 제2 프리즘으로서: 상기 제1 프리즘의 상기 광파 출사면과 연관된 제1 광파 입사면, 및 제2 광파 입사면, 및 상기 제2 프리즘 내에, 상기 제2 프리즘의 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 그리고 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제2 프리즘을 포함하며, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광된, 제1 색상의 파장에서 광을 투과시키고, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광된, 제2 색상의 파장에서 광을 반사시키며, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제2 편광 상태로 편광된, 상기 제1 색상의 파장에서 광을 그리고 상기 제2 색상의 파장에서 광을 투과시키고, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광된, 제3 색상의 파장에서 광을 반사시킨다.
선택 사항으로, 상기 광학 디바이스는: 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 상기 제1 색상의 광을 생성하는 상기 제1 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된 제1 편광원; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 상기 제2 색상의 광을 생성하는 상기 제1 프리즘의 상기 제2 광파 입사 표면과 연관된 제2 편광원; 및 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 상기 제3 색상의 광을 생성하는 상기 제2 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된 제3 편광원을 더 포함한다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관한 상기 제2 편광 상태로 상기 제2 프리즘의 광파 출사면에 도달하고, 상기 제3 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제2 이색성 스플리터 구성에 관한 상기 제1 편광 상태로 상기 제2 프리즘의 상기 광파 출사면에 도달한다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원에 의해 생성되는 광 및 상기 제3 편광원에 의해 생성되는 광은 각각, 비시준된 광으로서 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘에 입사한다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하도록 구성되고, 상기 제2 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하도록 구성되며, 상기 제3 편광원은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하도록 구성된다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하도록 구성고, 상기 제2 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하도록 구성되며, 상기 제3 편광원은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하도록 구성된다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하도록 구성고, 상기 제2 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하도록 구성되며, 상기 제3 편광원은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하도록 구성된다.
선택 사항으로, 상기 편광원들은 발광 다이오드들을 포함한다.
선택 사항으로, 상기 편광원들은 레이저들을 포함한다.
선택 사항으로, 상기 광학 디바이스는: 상기 제2 프리즘의 광파 출사면과 연관된 색위상 지연기(chromatic retarder)를 더 포함하며, 상기 색위상 지연기는 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원으로부터의 광의 편광 상태를 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제2 편광 상태로부터 상기 제1 편광 상태로 변경하도록 배향된다.
선택 사항으로, 상기 광학 디바이스는: 상기 제2 프리즘의 광파 출사면으로부터 출력되는 광에 의해 조명되는 것에 반응하여 편광된 광을 생성하는 반사형 디스플레이 디바이스(reflective-display device)를 더 포함한다.
선택 사항으로, 상기 광학 디바이스는: 서로 평행한 적어도 두 개의 주요면들을 갖는 도광 기판을 더 포함하며, 상기 반사형 디스플레이 디바이스에 의해 생성되는 광이 상기 도광 기판으로 커플링된다.
선택 사항으로, 상기 반사형 디스플레이 디바이스는 액정 실리콘 디스플레이를 포함한다.
선택 사항으로, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관한 상기 제1 편광 상태는 s-편광이다.
선택 사항으로, 상기 제1 프리즘의 상기 광파 입사면들은 서로 직교한다.
선택 사항으로, 상기 제2 프리즘의 상기 광파 입사면들은 서로 직교한다.
선택 사항으로, 상기 제2 프리즘은 상기 제1 프리즘의 상기 광파 출사면과 평행한 광파 출사면을 더 포함한다.
선택 사항으로, 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘은 상기 제1 프리즘의 상기 광파 출사면 및 상기 제2 프리즘의 상기 제2 광파 입사면에서 서로 광학적으로 커플링된다.
선택 사항으로, 상기 광학적 커플링은 광학적 합착(optical cement)을 포함한다.
선택 사항으로, 상기 광학적 커플링은 기계적 배열(mechanical arragement)을 포함한다.
선택 사항으로, 상기 제1 프리즘 또는 제2 프리즘 중 적어도 하나는 정육면체 프리즘이다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시 예에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 상기 광학 디바이스는: 제1 프리즘으로서: 제1 광파 입사면 및 제2 광파 입사면, 및 상기 제1 프리즘 내에, 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제1 프리즘; 제2 프리즘으로서: 광파 출사면, 및 상기 제2 프리즘 내에, 상기 제2 프리즘의 상기 제1 광파 입사면에 대해 비스듬한 평면 상에 그리고 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제2 프리즘; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태로 제1 색상의 광을 생성하는, 상기 제1 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된, 제1 편광원; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제2 색상의 광을 생성하는, 상기 제1 프리즘의 상기 제2 광파 입사 표면과 연관된, 제2 편광원; 및 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제3 색상의 광을 생성하는, 상기 제2 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된, 제3 편광원을 포함하며, 상기 제1 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 의해 투과되고 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 의해 투과되고, 상기 제2 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 의해 반사되고 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 의해 투과되며, 상기 제3 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 의해 반사된다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원에 의해 생성되는 광 및 상기 제3 편광원에 의해 생성되는 광은 각각, 비시준된 광으로서 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘에 입사한다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시 예에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 상기 광학 디바이스는: 프리즘 어셈블리로서: 제1 출사면, 제2 출사면, 및 제3 출사면으로서, 서로 직교하는, 상기 제1 출사면, 상기 제2 출사면 및 상기 제3 출사면, 및 상기 제1 출사면의 적어도 일 부분 상에 형성되는 제1 광파 입사면, 상기 제2 출사면의 적어도 일 부분 상에 형성되는 제2 광파 입사면, 및 상기 제3 출사면의 적어도 일 부분 상에 형성되는 제3 광파 입사면, 및 상기 프리즘 어셈블리의 제1 부분 내에, 상기 제1 광파 입사면 또는 상기 제2 광파 입사면 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 상기 프리즘 어셈블리의 제2 부분 내에, 상기 제3 광파 입사면에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 프리즘 어셈블리; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태로 제1 색상의 광을 생성하는, 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된, 제1 편광원; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제2 색상의 광을 생성하는, 상기 제2 광파 입사 표면과 연관된, 제2 편광원; 및 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제3 색상의 광을 생성하는, 상기 제3 광파 입사 표면과 연관된, 제3 편광원을 포함하며, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광되는, 상기 제1 색상의 파장에서, 광을 투과시키고, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광되는, 상기 제2 색상의 파장에서, 광을 반사시키도록 구성되고, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제2 편광 상태로 편광되는, 상기 제1 색상 또는 상기 제2 색상의 파장에서, 광을 투과시키고, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광되는, 상기 제3 색상의 파장에서, 광을 반사시키도록 구성된다.
선택 사항으로, 상기 제1 편광원, 상기 제2 편광원 및 상기 제3 편광원에 의해 생성되는 광은 비시준된 광으로서 상기 프리즘 어셈블리에 입사한다.
또한, 본 발명의 교시의 일 실시 예에 따르면, 광학 디바이스가 제공된다. 상기 광학 디바이스는: 제1 프리즘으로서: 제1 광파 입사면, 제2 광파 입사면, 및 광파 출사면, 및 상기 제1 프리즘 되는 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 제1 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제1 프리즘; 제2 프리즘으로서: 제1 광파 입사면, 제2 광파 입사면, 및 광파 출사면, 및 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 상기 제2 프리즘 내에, 상기 제2 프리즘의 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제2 프리즘; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하는 제1 편광원; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하는 제2 편광원; 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하는 제3 편광원을 포함하며, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제1 프리즘의 상기 파장 출사면을 통해 편광된 혼합 광을 출력하기 위해 상기 편광된 적색광은 투과시키고 상기 편광된 청색광을 반사시키며, 상기 편광된 혼합 광은 상기 편광된 적색광과 상기 편광된 청색광의 혼합이고, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제2 프리즘의 상기 파장 출사면을 통해 혼합 광을 출력하기 위해 편광된 상기 혼합광은 투과시키고 상기 편광된 녹색광을 반사시키며, 상기 혼합 광은 상기 편광된 적색광, 편광된 청색광 및 편광된 녹색광의 혼합이다.
"색상 조합(color combining)" 및 "조합 색상(유색)(combined color(ed))"이라는 용어는 본 명세서에 사용될 때 각각, "색상 혼합(color mixing)" 및 "혼합 색상(유색)(mixed color(ed))", 그리고 각각, "색상 다중화(color multiplexing) "및 "다중 색상(유색)(multiplexed color(ed)"와 호환하여 사용될 수 있다.
이색성 빔스플리터 구성, 예를 들어 "광을 투과하는 이색성 빔스플리터 구성"에 의해 수행되는 파장 및 편광 종속 투과 기능을 설명하는 맥락 내에서 사용되는 "투과하는(transmitting)", "투과되는(transmitted)", "투과한다(transmits)", 및 이의 어미 변형들은 본 명세서에서 사용될 때 일반적으로 이색성 빔스플리터 구성이 이색성 빔스플리터 구성의 표면에 입사하는 파장 및 편광 특정 광의 대부분을 투과하고, 더 바람직하게는 이색성 빔스플리터 구성의 표면에 입사하는 파장 및 편광 특정 광의 적어도 70%를 투과하며, 가장 바람직하게는 이색성 빔스플리터 구성의 표면에 입사하는 파장 및 편광 특정 광의 적어도 80%를 투과한다는 것을 의미한다는 것이 이해되어야 한다.
"반사하는(reflecting)", "반사되는(reflected)", "반사한다(reflects)", 및 이의 어미 변형들은 본 명세서에서 이색성 빔스플리터 구성, 예를 들어 "광을 반사하는 이색성 빔스플리터 구성"에 의해 수행되는 파장 및 편광 종속 반사 기능을 설명하는 맥락 내에서 사용될 때 일반적으로 이색성 빔스플리터 구성이 이색성 빔스플리터 구성의 표면에 입사하는 파장 및 편광 특정 광의 대부분을 반사하고, 더 바람직하게는 이색성 빔스플리터 구성의 표면에 입사하는 파장 및 편광 특정 광의 적어도 70%를 반사하며, 가장 바람직하게는 이색성 빔스플리터 구성의 표면에 입사하는 파장 및 편광 특정 광의 적어도 80%를 반사한다는 것을 의미한다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용될 때, "도광(light-guide)"이라는 용어는 임의의 광파 투과체, 바람직하게는 "광학 기판들"이라고도 지칭될 수 있는 광파 투과 고체를 지칭한다.
본 명세서에서 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및/또는 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에서 설명된 것들과 유사하거나 동등한 방법들 및 소재들이 본 발명의 실시 예들의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 대표적인 방법들 및/또는 소재들이 후술된다. 상충되는 경우, 정의들을 포함하는 특허 명세서가 우선할 것이다. 또한, 재료들, 방법들 및 예들은 단지 예시일 뿐이고, 반드시 제한적인 것으로 의도되지는 않는다.
본 발명의 일부　실시　예들이　본 명세서에서 단지 예로서, 첨부　도면들을　참조하여　설명된다. 구체적으로 도면들을 상세하히 참조하면, 도시된 특정 사항들은 본 발명의 실시 예들에 대한 예시적인 논의를 위한 예임을 강조한다. 이와 관련하여, 도면들과 취해지는 설명은 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 실시 예들이 어떻게 실시될 수 있는지 명백하게 만든다.
이제 같은 참조 부호들 또는 문자들이 대응하는 또는 같은 구성요소들을 나타내는 도면들에 주의를 기울인다. 도면들에서:
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 구성되고 동작하는, 색상 조합기를 제공하기 위해 각각의 프리즘들에 배치되는 두 개의 이색성 빔스플리터들을 갖는 광학 디바이스의 개략적인 등각 투상도이다;
도 2는 광원들을 도시하도록 수정된, 도 1의 광학 디바이스의 분해 평면도이다;
도 3은 다양한 구성요소들을 단일 구조로 조립한 후 도 2의 광학 디바이스의 평면도이다;
도 4는 도 2의 광학 디바이스의 분해 정면도이다;
도 5는 다양한 구성요소들을 단일 구조로 조립한 후 도 4의 광학 디바이스의 정면도이다;
도 6은 도 2 및 도 3의 광학 디바이스의 제1 프리즘의 세부 사항들을 도시하는 개략적인 분해 평면도이다;
도 7은 도 4 및 도 5의 광학 디바이스의 제2 프리즘의 세부 사항들을 도시하는 개략적인 분해 정면도이다;
도 8a 및 도 8b는 각각, 서로 분리되고, 광학적으로 부속된 도 1의 광학 디바이스의 두 개의 프리즘들 도시하는 개략적인 등각 투상도들이다;
도 9는 도 1의 광학 디바이스의 색위상 지연기의 배향의 표현이다;
도 10은 도 1의 광학 디바이스의 제2 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅에 대한 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 11은 제2 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 p-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 12는 도 11의 설계된 이색성 코팅에 대해, 세 개의 특정 파장들에 대한, 입사각의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 13은 도 1의 광학 디바이스의 제1 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 14는 도 13의 설계된 이색성 코팅에 대한 입사각의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 15는 도 1의 광학 디바이스와 유사하나, 프리즘들 내로 광을 주입하는 광원들의 순서가 상이한 광학 디바이스의 제2 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 16은 도 15를 참조하여 논의된 광학 디바이스의 제2 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 p-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 17은 도 1의 광학 디바이스 및 도 15를 참조하여 논의된 광학 디바이스와 유사하나, 프리즘들 내로 광을 주입하는 광원들의 순서가 상이한 광학 디바이스의 제2 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다;
도 18은 도 17을 참조하여 논의된 광학 디바이스의 제2 이색성 빔스플리터에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 p-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다; 그리고
도 19는 발명의 일 실시 예에 따른, 이미지 프로젝터 디바이스 및 광파 투과 기판에 커플링된 도 1 내지 도 7의 광학 디바이스를 포함하는 광학 시스템의 개략적인 평면도이다.
본 발명은 단일 조합 유색 빔을 형성하기 위해 세 개의 별개의 유색 광 빔들을 조합하기 위해 협력하는 각각의 프리즘들에 배치되는 두 개의 이색성 빔스플리터들을 갖는 광학 디바이스이다.
본 발명에 따른 광학 디바이스들 및 시스템들의 원리들 및 동작은 설명을 수반하는 도면들을 참조하면 더 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 반드시 이의 적용이 이하의 설명에 제시되고/거나 도면들 및/또는 예들에 예시된 구성요소들 및/또는 방법들의 구성 및 배열의 세부 사항들로 제한되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시 예들이 가능하고 다양한 방식들로 실시되거나 수행될 수 있다. 처음에, 이 문서 전체에서, 예를 들어, 좌두, 전후(또는 이), 상하, 위아래 등과 같은 방향들을 참조한다. 이러한 방향 참조는 단지 본 발명 및 이의 실시 예들을 설명하기 위한 예시일 뿐이다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1 내지 도 7은 본 개시의 다양한 양태들에 따라 구성되고 동작하는, 광학 디바이스(10으로 총칭됨), 및 이의 대응하는 구성요소들의 다양한 도면들을 도시한다. 일반적인 표현으로, 광학 디바이스(10)는 각각 광파 투과 재료로 형성되고, 각각 각각의 이색성 빔스플리터 구성(20, 40)이 내부에 배치된 제1 프리즘(12) 및 제2 프리즘(32)을 포함하며, 이들은 색상 조합 기능을 제공하기 위해 협력한다.
제1 프리즘(12)은 제1 광파 입사면(14), 제2 광파 입사면(16), 및 광파 출사면(18)을 포함하는, 다수의 평평한 외부면들을 가진다. 이색성 빔스플리터 구성(20)(간략히 "DBS(dichroic beamsplitter)(20)"라고 지칭될 수 있음)은 제1 프리즘(12) 내에 제1 광파 입사면(14)에 대해 비스듬한 평면 상에 배치된다. 바람직한 구현에서, 이 평면은 또한 제2 광파 투과 표면(16)에 대해 비스듬하다. 광학 디바이스(10)의 구성요소들의 배향들을 보다 명확히 설명하기 위해, 임의로 라벨링된 직교 좌표계(즉, XYZ 좌표계)가 도면들에 포함된다(적절한 곳에). 이 임의로 라벨링된 XYZ 좌표계에서, 도 1에서 볼 때, y-축은 일반적으로 종이의 평면에서 나오는 축이다.
이를 염두에 두고, 제1 광파 입사면(14)은 YZ 평면에 있고, DBS(20)는 YZ 평면에 대해 비스듬한 평면 상에 배치된다. 바람직한 구현에서, DBS(20)는 DBS(20)가 광파 입사면들(14, 16) 사이의 중간(예를 들어, YZ 평면과 XZ 평면 사이의 중간)에 있는 평면에 놓 이도록 제1 광파 입사면(14)에 대해 45도인 평면 상에 배치된다.
제1 프리즘(12)은 또한 제2 광파 입사면(16)과 평행하고 반대편에 있는 제1 표면(26), 표면들(14, 16, 18, 26)에 직교하는 제2 표면(28), 및 제2 표면(28)과 평행하고 반대편에 있는 제3 표면(30)을 포함하는, 추가 외부면들을 포함할 수 있다. 도면들에 도시된 비제한적인 임의의 방향 기준 프레임에서, 제1 프리즘(12)의 다양한 표면들(14, 16, 18, 26, 28, 30)은 대안적으로 다음의 방향 용어들로 지칭될 수 있다: 좌면(14), 이(또는 후)면(16), 우면(18), 전면(26), 윗(또는 상)면(28), 및 아랫(또는 저)면(30).
제2 프리즘(32)은 제1 광파 입사면(34), 제2 광파 입사면(36), 및 광파 출사면(38)을 포함하는, 다수의 평평한 외부면들을 가진다. 이색성 빔스플리터 구성(40)(간략히 "DBS(40)"라고 지칭될 수 있음)은 제2 프리즘(32) 내에 제1 광파 입사면(34)에 대해 비스듬한 평면 상에 배치된다. 바람직한 구현에서, 이 평면은 또한 제2 광파 투과 표면(36)에 대해 비스듬하다. 도 1에서의 임의로 라벨링된 XYZ 좌표계에서, 제1 광파 입사면(34)은 XY 평면에 있고, DBS(40)는 XY 평면에 대해 비스듬한 평면 상에 배치된다. 바람직한 구현에서, DBS(40)는 DBS(40)가 광파 입사면들(34, 36) 사이의 중간(예를 들어, XY 평면과 YZ 평면 사이의 중간)에 있는 평면에 놓 이도록 제1 광파 입사면(34)에 대해 45도인 평면 상에 배치된다.
제2 프리즘(32)은 또한 제1 광파 입사면(34)과 평행하고 반대편에 있는 제2 표면(46), 표면들(34, 36, 38, 46)에 직교하는 제2 표면(48), 및 제2 표면(48)과 평행하고 반대편에 있는 제3 표면(50)을 포함하는, 추가의 평평한 외부면들을 포함할 수 있다.
도면들에 도시된 비제한적인 임의의 방향 기준 프레임에서, 제2 프리즘(32)의 다양한 표면들(34, 36, 38, 46, 48, 50)은 대안적으로 다음의 방향 용어들로 지칭될 수 있다: 아랫(또는 저)면(34), 좌면(36), 우면(38), 윗(또는 상)면(46), 후또는 이)면(48), 및 전면(50).
광학 디바이스(10)를 형성하기 위해 단일 광학 구조로서 완전히 조립될 때, 두 개의 프리즘들(12, 32)의 표면들(18, 36)은 평행하고 서로 정렬되며, 바람직하지만 비제한적인 구현들에서 표면들(18, 36)이 제1 프리즘(12)의 광파 출사면과 제2 프리즘(32)의 제2 광파 입사면으로서의 이중 역할을 하는 단일 유효면을 형성하도록 실질적으로 일치한다. 바람직한 구현에서, 두 개의 프리즘들(12, 32)은 표면들(18, 36)에서 서로 부착되어 단일 프리즘 어셈블리(70)를 형성한다. 도 8a 및 도 8b는 각각, 일체형 프리즘 어셈블리(70)를 형성하기 위한 부착 전에 및 부착 후에 서로 분리된 프리즘들(12, 32)을 도시한다. 부착은 표면들(18, 36)을 직접(또는 에어 갭을 통해 간접적으로) 표면들(18, 36) 사이에 접합이 형성되도록 서로 광학적으로 합착하는 것 및 두 개의 프리즘들(12, 32)을 제 위치에 고정식으로 홀딩하도록 구성된 기계적 홀딩 배열을 포함하나, 이에 제한되지 않는, 다양한 광학적 부속 수단들을 통해 구현될 수 있다.
제1 프리즘(12)은 도 1 내지 도 3 및 도 6에서 22 및 24로 라벨링된 두 개의 프리즘들에 기초하며(즉, 이것들로 형성됨), 여기서 프리즘들(22, 24) 중 적어도 하나(도 6의 프리즘(24))가 이색성 코팅된 빗변 상에 제공되어 DBS(20)의 적어도 일부를 형성하는 이색성 빔스플리터를 형성하며, 이는 특정 파장들에서 s-편광된 광을 투과시키고, 다른 파장들에서 s-편광된 광을 반사시킨다. 두 개의 프리즘들(22, 24)의 빗변들은 서로 합착되어, 프리즘(12)을 형성하는 합착된 프리즘 어셈블리를 형성한다.
제2 프리즘(32)은 도 1, 도 4, 도 5 및 도 7에서 42 및 44로 라벨링된 두 개의 프리즘들에 기초하며, 여기서 프리즘들(42, 44) 중 적어도 하나(도 7의 프리즘(44))가 이색성 코팅된 빗변 상에 제공되어 DBS(40)의 적어도 일부를 형성하는 이색성 빔스플리터를 형성하며, 이는 특정 파장들에서 p-편광된 광을 투과시키고, 다른 파장들에서 s-편광된 광을 반사시킨다. 두 개의 프리즘들(42, 44)의 빗변들은 서로 합착되어, 프리즘(32)을 형성하는 합착된 프리즘 어셈블리를 형성한다.
DBS(20) 및 DBS(40)을 형성하는 데 사용되는 이색성 코팅들은 파장(즉, 색상) 및 편광에 민감한 속성들을 나타내므로, DBS(20) 및 DBS(40)은 DBS의 표면에 입사되는 광을 입사광의 파장 및 편광 상태 양자에 따라 반사 또는 투과시킨다. DBS(20) 및 DBS(40)를 형성하는 이색성 코팅의 설계들은 본 개시의 후속 섹션들에서 논의될 것이다.
본 문서의 맥락 내에서, 이색성 코팅은 프리즘들(22, 24 및 42, 44) 중 적어도 하나의 빗변 상에 다양한 방식들로 제공될 수 있다. 비 제한적인 일례에서, 이색성 코팅은 두 개의 구성 프리즘들 중 하나 또는 양자의 빗변 상에 직접 도포될 수 있다. 또 다른 비제한적인 예에서, 바람직하게는 두 개의 구성 프리즘들의 빗변들의 전체를 따라 연장되고 이색성 코팅이 위에 침적된, 예를 들어, 시트, 호일, 또는 유리판과 같은 얇은 재료 조각이 두 개의 구성 프리즘들의 빗변들 사이에 합착 전에 배치할 수 있다.
DBS(20) 및 DBS(40)는 DBS(20)의 표면 및 표면들(14, 16, 18)에 관해(즉, 상대적인) 제1 편광 상태에 있는(s-편광된 또는 p-편광된) 광이 DBS(40)의 표면 및 표면들(34, 36, 38)에 관해(즉, 상대적인) 제2 편광 상태에 있도록(p-편광된 또는 s-편광된) 서로에 관해 배향된다. DBS(20)와 DBS(40) 사이의 상대적인 배향은 DBS(20) 및 DBS(40)를 두 개의 기본 직교 축들(이들은 임의로 라벨링된 XYZ 좌표계에서 x-축 및 z-축이다)에 대해 서로로부터 회전 오프셋하여 제공된다. DBS(20)가 YZ 평면에 대해 45도 각도에 있는 평면 상에 배치되고 DBS(40)가 XY 평면에 대해 45도 각도에 있는 평면 상에 배치되는 바람직한 구현에서, DBS(20) 및 DBS(40)는 x-축을 중심으로 45도 그리고 z-축을 중심으로 45도 회전 오프셋되어 있다.
다음 단락들은 프리즘들(12, 32)의 기하학적 구성들을 설명한다. 바람직한 구현에서, 제1 프리즘(12)의 광파 입사면들(14, 16)은 서로 직교하고, 제1 프리즘(12)의 제1 광파 입사면(14) 및 광파 출사면(18)은 서로 평행하다. 바람직한 구현에서, 제2 프리즘(32)의 광파 입사면들(34, 36)은 또한 서로 직교하고, 제2 프리즘(32)의 제1 광파 입사면(34) 및 광파 출사면(38)은 서로 평행하다. 특히 바람직한 구현에서, 프리즘들(12, 32) 각각은 정육면체 프리즘으로서 구현되며, 여기서 구성 프리즘들(22, 24, 42, 44) 각각은 45도 직각 단면 형상을 가진다.
바람직한 기하학적 구성에서, 프리즘들(12, 32)은 동일한 기하학적 구조를 갖고, 가장 바람직하게는 프리즘들(12, 32)은 둘 다 각각의 프리즘들(12, 32)을 양분하는 각각의 광파 입사면들(14, 34)에 대해 45도 각도들에 있는 평면들에 배치된 DBS(20) 및 DBS(40)를 갖는 정육면체 프리즘들이다.
정육면체 프리즘들로서 구현될 때, 표면들(18, 36)에서 두 개의 프리즘들(12, 32)을 광학적으로 부속하여 형성된 프리즘 어셈블리(70)는 가늘고 긴 직육면체 프리즘으로서 형성된다. 이러한 특히 바람직한 구현에서, 제1 프리즘(12)의 표면들(14, 16, 18, 26, 28, 30)은 동일한 크기를 갖고 인접한 표면들이 직교하며 제2 프리즘(32)의 표면들(34, 36, 38, 46, 48, 50)은 동일한 크기를 갖고 인접한 표면들이 직교한다. 뿐만 아니라, 이러한 특정 구현에서, 다음의 표면들의 쌍들은 동일 평면 상에 있다(그리고 바람직하게는 단일 연접 평면 표면들을 형성하도록 이어진다): 제1 프리즘(12)의 제2 광파 입사면(16)과 제2 프리즘(32)의 제2 표면(48), 제1 프리즘(12)의 제1 표면(26)과 제2 프리즘(32)의 제3 표면(50), 제1 프리즘(12)의 제2 표면(28)과 제2 프리즘(32)의 제1 표면(46), 및 제1 프리즘(12)의 제3 표면(30)과 제2 프리즘(32)의 제1 광파 입사면(34).
구성 프리즘들(12, 32)과 유사한 프리즘 어셈블리(70)는 다수의 평평한 외부면들을 포함하고, 특히 바람직하지만 비제한적인 구현들은 여섯 개의 평평한 외부면들을 포함한다. 제1 광파 입사면(14)은 프리즘 어셈블리(70)의 제1 외부면(이는 프리즘 어셈블리(70)의 제1 광파 입사면이기도 하다)으로서의 역할을 한다. 광파 출사면(38)은 프리즘 어셈블리(70)의 제4 외부면으로서의 역할을 하며, 이는 또한 프리즘 어셈블리(70)의 광파 출사면으로서의 역할도 한다.
프리즘 어셈블리(70)의 외부면들 중 네 개는 프리즘들(12, 32)의 표면들의 쌍들을 이어 형성되어 연접 표면들을 형성한다. 프리즘 어셈블리(70)의 제2 외부면은 제1 프리즘(12)의 제2 광파 입사면(16)과 제2 프리즘(32)의 제2 표면(48)을 이어 형성된다. 프리즘 어셈블리(70)의 제2 외부면의 일 부분(즉, 제1 프리즘(12)의 제2 광파 입사면(16)으로 형성된 부분)은 프리즘 어셈블리(70)의 제2 광파 입사면으로서의 역할을 한다. 프리즘 어셈블리(70)의 제3 외부면은 제1 프리즘(12)의 제3 표면(30)과 제2 프리즘(32)의 제1 광파 입사면(34)을 이어 형성된다. 프리즘 어셈블리(70)의 제3 외부면의 일 부분(즉, 제2 프리즘(32)의 제1 광파 입사면(34)으로 형성된 부분)은 프리즘 어셈블리(70)의 제3 광파 입사면으로서의 역할을 한다. 프리즘 어셈블리(70)의 제1, 제2 및 제3 출사면들은 서로 직교하다.
프리즘 어셈블리(70)의 제5 외부면은 제1 프리즘(12)의 제1 표면(26)과 제2 프리즘(32)의 제3 표면(50)을 이어 형성된다. 프리즘 어셈블리(70)의 제6 외부면은 제1 프리즘(12)의 제2 표면(28)과 제2 프리즘(32)의 제1 표면(46)을 이어 형성된다.
특히 도 2 내지 도 5를 참조하면, 광학 디바이스(10)는 세 개의 편광원들을 가진다. 본 명세서에서 제1 선형 편광판(55)과 제1 광원(54)으로서 도시된 제1 편광원은 제1 프리즘(12)의 제1 광파 입사면(14)(특정 실시 예들에서 이는 또한 프리즘 어셈블리(70)의 제1 외부면이다)과 연관된다. 제1 편광원은 제1 색상(예를 들어, 적색)에 대응하는 전자기 스펙트럼의 제1 특정 파장 범위 내의 파장을 갖는 편광된 광을 생성(즉, 방출)하도록 구성된다. 본 명세서에서 제2 선형 편광판(59)과 제2 광원(58)으로서 도시된(도 4 및 도 5에서 점선으로 도시됨) 제2 편광원은 제1 프리즘(12)의 제2 광파 입사면(16)(특정 실시 예들에서 이는 또한 프리즘 어셈블리(70)의 제2 외부면이다)과 연관된다. 제2 편광원은 제2 색상(예를 들어, 청색)에 대응하는 전자기 스펙트럼의 제2 특정 파장 범위 내의 파장을 갖는 편광된 광을 생성하도록 구성된다. 본 명세서에서 제3 선형 편광판(63)과 제3 광원(62)으로서 도시된(도 2 및 도 3에서 점선으로 도시됨) 제3 편광원은 제2 프리즘(32)의 제1 광파 입사면(34)(특정 실시 예들에서 이는 또한 프리즘 어셈블리(70)의 제3 외부면이다)과 연관된다. 제3 편광원은 제3 색상(예를 들어, 녹색)에 대응하는 전자기 스펙트럼의 제3 특정 파장 범위 내의 파장을 갖는 편광된 광을 생성하도록 구성된다. 세 가지 특정 파장 범위들은 겹치지 않는 파장 범위들이므로, 세 개의 편광원들이 세 개의 별개의 색상들 각각의 광, 예를 들어, 적색, 청색 및 녹색을 생성하게 된다.
바람직하지만 비제한적인 구현에서, 제1 편광원은 중심 파장이 638 나노미터(nm) - 또는 대략 638 nm -인 편광된 광을 생성하도록 구성되어 편광된 적색광을 생성하고, 제2 편광원은 중심 파장이 456 nm - 또는 대략 456 nm -인 편광된 광을 생성하도록 구성되어 편광된 청색광을 생성하며, 제3 편광원은 중심 파장이 532 nm - 또는 대략 532 nm -인 편광된 광을 생성하도록 구성되어 편광된 녹색광을 생성한다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 입사광 빔(56)은 선형 편광판(55)을 통과하고, 입사 광선 빔(60)은 선형 편광판(59)을 통과하며, 입사 광선 밤(64)은 선형 편광판(63)을 통과한다. 광 빔들(56, 60, 64)은 각각의 LED들, 레이저들, 레이저 다이오드들 또는 임의의 다른 각각의 광원들(54, 58, 62)으로부터 나올 수 있다. 선형 편광판들(55, 59, 63)은 광원들(54, 58, 62) 자체가 편광되는 경우에 반드시 필요한 것은 아니지만, 고품질의 편광 조명을 보장하기 위해 여전히 바람직할 수 있다는 점에 유념한다. 특히 바람직한 구현에서, 입사광 빔들(56, 60)은 도 2에 도시된 바와 같이, DBS(20)의 표면에 관해 s-편광되고, 입사광 빔(64)은 도 4에 도시된 바와 같이, DBS(40)의 표면에 관해 s-편광된다.
광원들(54, 58, 62)은 바람직하게는 편광원들에 의해 생성된 입사광 빔들(56, 60, 64)이 비시준된 광으로서 프리즘 어셈블리(70)로 커플링되는 발산(또는 수렴) 빔들이도록 비간섭원들(예를 들어, LED, 레이저들 등)로서 구현된다는 점에 유념한다. 뿐만 아니라, 편광원들은 바람직하게는 ±25도 범위 내의, 비교적 빔 광각을 갖는 빔들을 생성하도록 구성된다. 편광원들로부터의 입사광은 프리즘들(12, 32)에 입사시 굴절된다. 프리즘들(12, 32)을 통해 전파하는 빔들은 빔에 의해 접하게 되는 DBS의 표면에 대한 법선에 관해 측정된 대응 입사각들을 가진다. 해당 기술분야에 알려져 있는 바와 같이, 빔들의 굴절각(프리즘들에 입사시)은 프리즘들이 구성되는 재료의 굴절률의 함수이다. 예를 들어, 굴절률이 1. 7인 재료로 프리즘들(12, 32)을 구성할 때, 편광원들로부터의 입사 빔들은 대략 ±15도 범위 내의 각도들로 굴절되며, 이는 입사 빔에 의해 접하게 되는 제1 DBS의 표면에 대한 법선에 관해 측정된 대략 30 - 60도의 각도 범위에 대응한다(예를 들어, 제1 편광원은 바람직하게는 DBS(20)의 표면에 대한 법선에 대해 30 - 60도 범위 내의 입사각들에 대응하는 빔 각도를 가진다). 프리즘 어셈블리(70)에 대한 입력에서의 빔 광각은 광학 디바이스(10)의 출력에서의 빔 광각에 대응하며, 이는 출력 빔이 LCoS와 같은 반사형 디스플레이 디바이스를 조명하는 데 사용될 때 바람직할 수 있다.
또한, 프리즘들(12, 32)의 바람직한 기하학적 구성은 입사광이 DBS(20) 및 DBS(40)에 의해 반사되는 입사각 범위에 걸쳐 균일성을 촉진할 수 있다는 점에 유념한다. 그렇지만, 프리즘들(12, 32) 중 하나 또는 둘 다가 가늘고 긴 직육면체 프리즘으로서 구현되는 구성들과 같은 다른 기하학적 구성들이 고려된다. 그러나, 이러한 구성들은 DBS(20) 및 DBS(40) 중 하나 또는 둘 다에 의해 광이 반사되는 입사각 범위를 감소시킬 수 있다.
이하의 단락들은 세 개의 편광원들로부터 프리즘 어셈블리(70)를 통한 광의 횡단을 설명한다. 도시된 바와 같이, 제1 광원(54)(즉, 입사 빔(56))으로부터의 s-편광된 입력 광파들은 제1 광파 입사면(14)을 통해, 광파 투과 물질로 구성된, 프리즘(12)(이는 DBS(20)를 개재하는 프리즘들(22, 24)로 구성된 "도광(light-guide)" 광학 디바이스로 고려될 수 있음)으로 커플링된다. s-편광된 광파들(중심 파장이 -638 nm, 즉 s-편광된 적색광)은 DBS(20)에 의해 투과되고(DBS(20)를 형성하는 이색성 코팅의 속성들로 인해), 광파 출사면(18)을 통해 프리즘(12)에서 커플링 아웃된다. 프리즘(12)에서 커플링 아웃시, s-편광된 광파들은 제2 광파 입사면(36)을 통해, 광파 투과 물질로 구성된, 프리즘(32)(이는 DBS(40)를 개재하는 프리즘들(42, 44)로 구성된 "도광" 광학 디바이스로 고려될 수 있음)으로 커플링된다. 프리즘들(12, 32)이 공극 없이 표면들(18, 36)에서 부착되는 구현들에서, 프리즘(12)으로부터의 커플링 아웃 및 프리즘(32)으로의 커플링 인은 동일하다. 프리즘(32)으로 커플링된 (입사 빔(56)으로부터의) s-편광된 광파들은 DBS(20)와 DBS(40) 사이의 상호 배향으로 인해, 이제 DBS(40)의 표면에 관해 p-편광된다(도 4에 도시된 바와 같이). 이제 p-편광된 광파들은 DBS(40)에 의해 투과되고(DBS(40)를 형성하는 이색성 코팅의 속성들로 인해), 광파 출사면(38)을 통해 프리즘(32)에서 커플링 아웃된다. 결과적으로, (입사 빔(56)으로부터의) s-편광된 광파들은 프리즘 어셈블리(70)의 두 프리즘들(12, 32)을 통해 반사 없이 횡단한다.
제2 광원(58)(즉, 입사 빔(60))으로부터의 s-편광된 입력 광파들은 제2 광파 입사면(16)을 통해, 프리즘(12)으로 커플링된다. s-편광된 광파들(중심 파장이 -456 nm, 즉 s-편광된 청색광)은 DBS(20)에 의해 반사되고(DBS(20)를 형성하는 이색성 코팅의 속성들로 인해), 광파 출사면(18)을 통해 프리즘(12)에서 커플링 아웃된다. 프리즘(12)에서 커플링 아웃시, s-편광된 광파들은 제2 광파 입사면(36)을 통해 프리즘(32)으로 커플링된다. 프리즘(32)으로 커플링된 (입사 빔(60)으로부터의) s-편광된 광파들은 DBS(20)와 DBS(40) 사이의 상호 배향으로 인해, 이제 DBS(40)의 표면에 관해 p-편광된다(도 4에 도시된 바와 같이). 이제 p-편광된 광파들은 DBS(40)에 의해 투과되고(DBS(40)를 형성하는 이색성 코팅의 속성들로 인해), 광파 출사면(38)을 통해 프리즘(32)에서 커플링 아웃된다. 결과적으로, (입사 빔(60)으로부터의) s-편광된 광파들은 프리즘 어셈블리(70)의 두 프리즘들(12, 32)을 통해 단일 반사로 횡단한다.
제3 광원(62)(즉, 입사 빔(64))으로부터의 s-편광된 입력 광파들은 제1 광파 입사면(34)을 통해, 프리즘(32)으로 커플링된다. s-편광된 광파들(중심 파장이 -532 nm, 즉 s-편광된 녹색광)은 DBS(40)에 의해 반사되고(DBS(40)를 형성하는 이색성 코팅의 속성들로 인해), 광파 출사면(38)을 통해 프리즘(32)에서 커플링 아웃된다. 결과적으로, (입사 빔(64)으로부터의) s-편광된 광파들은 단지 프리즘 어셈블리(70)의 프리즘들 중 하나(프리즘(32))를 통해 편광의 변화 없이 단일 반사로 횡단한다.
도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그리고 위의 논의에 또한, DBS(20)를 형성하는 이색성 코팅은 제1 프리즘(12)이 제1 및 제2 편광원들로부터의 광을 함께 혼합하고, 2색 혼합 광을 광파 출사면(18)을 통해 출력할 수 있게 한다. 본 명세서에서 설명된 바람직하지만 비제한적인 구현에서, 제1 프리즘(12)의 출력에서의 혼합 광은 각각, 제1 및 제2 편광원에 의해 생성된, 적색및 청색광(둘 다 동일한 편광 상태로 편광됨, 예를 들어 s-편광됨)의 혼합이다. DBS(40)는 제2 프리즘(32)이 제3 편광원으로부터의 광과 제1 프리즘(12)에 의해 출력된 2색 혼합 광을 함께 혼합하고 3색 혼합 광을 광파 출사면(38)을 통해 출력할 수 있게 한다. 본 명세서에서 설명된 바람직하지만 비제한적인 구현에서, 제2 프리즘(32)의 출력에서의 3색 혼합 광은 제1 프리즘(12)에 의해 출력된 혼합 적색광 및 청색광(이제 DBS(40)의 표면 및 광파 출사면(38)에 관해 p-편광됨) 및 제3 편광원에 의해 생성된 s-편광된 녹색광의 혼합이다.
삽화적으로, 단순화를 위해, 도면들에서 입사 빔들(56, 60, 64) 및 이들의 프리즘 어셈블리(70)를 통한 각각의 횡단을 나타내기 위해 단지 적은 수(세 개)의 광선들이 사용된다. 이해되어야 하는 바와 같이, 도면들에 도시된 대표적인 광선들은 입사 빔들을 구성하는 광선둘의 적은 샘플일 뿐이고, 각 입사 빔들은 각각의 편광원들로부터 발생하는 다수의 광선들로 형성된다.
이 단계에서, 본 발명은 특히 바람직한 광학 디바이스를 제공한다는 것이 이해될 것이다. 특히, 프리즘 어셈블리(70)의 서로 직교하는 세 개의 광파 입사면들과 연관되고 프리즘 어셈블리(70)로 커플링되기 전에 시준되지 않은 광 빔들을 생성하는 세 개의 편광원들을 채용함으로써, 고에너지 광각 입력 빔들, 및 프리즘 어셈블리(70)(이는 프리즘(32)의 광파 출사면(38)과 동등함)의 출력(즉, 광파 출사면)에 고에너지 광각 색상 혼합 출력 빔(즉, ±25도 범위 내의 광원들에 의해 출력되는 각도들, 이는 차례로 전술된 바와 같이 30 - 60도의 범위 내의 입사각들에 대응한다)을 갖는 소형 광학 디바이스를 달성하는 것이 가능하며, 이는 NED 또는 HMD 시스템들의 마이크로 디스플레이들을 조명하는 데 사용되는 조명 부품들의 일부로서 광학 디바이스(10)를 구현할 때 바람직할 수 있다.
특히 바람직한 다양한 마이크로 디스플레이들은 특히 HMD들 및 NED들에 사용되는, LCD들 또는 LCoS 디스플레이들과 같은, 몇몇 SLM 마이크로 디스플레이 소스에서 SLM의 동작은 마이크로 디스플레이 디바이스 상에 입사되는 편광된 광(이는 이어서 상이한 편광 상태로 반사된다)에 기초한다. 광학 디바이스(10)의 소형 구성의 한 가지 결과는 제2 프리즘(32)의 출력에서의 혼합 광이 상이한 편광들의 구성 유색 광파들로 구성된다는 것이다. 구체적으로, 제2 프리즘(32)의 출력에서, 제3 편광원에 대응하는 구성 유색 광파들은 제1 및 제2 편광원들에 대응하는 구성 유색 광파들에 직교하여 편광된다. 도 2 및 도 4에 도시된 예에서, 제1 및 제2 편광원들(즉, 입사 빔들(56, 60))에 대응하는, 제2 프리즘(32)의 출력에서의 광파들은 p-편광되는 반면, 제3 편광원(즉, 입사 빔(64))에 대응하는, 제2 프리즘(32)의 출력에서의 광파들은 s-편광된다. 상술된 마이크로 디스플레이 디바이스들은 편광에 민감하므로, 마이크로 디스플레이 디바이스에 입사되는 모든 광에 걸쳐 편광 균일성을 유지하는 것이 가장 중요하다. 이하에 설명되는 다양한 실시 예들은 마이크로 디스플레이 디바이스에 입사되는 광의 편광 균일성을 유지하기 위해 요소들이 제공되는 구현들을 개시한다.
특히 도 1 내지 도 5를 참조하면, 색위상 지연기(52)는 프리즘 어셈블리(70)의 출력에 배치되고, 프리즘(32)의 광파 출사면(38)과 연관되어, 제2 프리즘(32)에서 커플링 아웃되는 세 개의 편광원들로부터의(즉, 입사 빔들(56, 60, 64)로부터의) 모든 광파들은 프리즘(32)에서 커플링 아웃된 후 마이크로 디스플레이 디바이스 상에 충돌하기 전에 색위상 지연기(52)를 통과한다. 색위상 지연기(52)는 입사 빔들(56, 60)에 대응하는 광파들과 같은, 특정 파장들에서의 광에 대한 반파장판 역할을 함으로써, 이러한 광파들의 편광 상태를 p-편광으로부터 s-편광으로 회전시키는 한편, 입사 빔들(64)에 대응하는 광파들과 같은, 특정 파장들에서의 s-편광된 광에 대한 편광 상태는 유지시킨다. 결과적으로, 색위상 지연기(52)의 출력에서의, 입사 빔들(56, 60, 64)로부터의 모든 광파들은 동일한 편광 상태(s-편광된)에 있다.
비제한적인 예에서, 색위상 지연기(52)는 여러 차수들의 1λ3(여기서 λ3는 제3 편광원에 의해 생성되는 광의 파장임) 파장판들로서 구현된다. 전술된 바와 같이, 특히 바람직한 구현에서, 제1 편광원은 중심 파장(λ1)이 638 나노미터(nm) - 또는 대략 638 nm -인 편광된 녹색광을 생성하도록 구성되고, 제2 편광원은 중심 파장(λ2)이 456 nm - 또는 대략 456 nm -인 편광된 청색광을 생성하도록 구성되며, 제3 편광원은 중심 파장(λ3)이 532 nm - 또는 대략 532 nm -인 편광된 녹색광을 생성하도록 구성된다.
색위상 지연기(52)는 N*λ3(특정 정수 값들 N에 대해서는 아래에서 추가로 설명된다)과 동일한 정상 축(ordinary axis)(o-축)과 비정상 축(extraordinary axis)(e-축) 사이의 차이를 가진다. o 편광과 e 편광 사이에 45도의 규정된 각도로 색위상 지연기(52)를 배치하면 세 색상의 광에 필요한 적절한 파장 지연이 보장된다. 도면들에 사용된 임의로 라벨링된 XYZ 좌표계에서, 색위상 지연기(52)는 도 9에 도시된 바와 같이, o-축 및 e-축이 y-축(및 z-축)으로부터 45도의 축 방향 오프셋으로 배치된다.
색위상 지연기(52)는 필요한 파장 지연을 제공하는 임의의 비분산성 복굴절 요소로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 색위상 지연기(52)를 형성하는 데 N*λ3(여기서 N = 6 * (n + 0. 5)) 지연되는 임의의 비분산성 복굴절 요소는 사용될 수 있다.
아래 표 1은 n = 0, 1 및 2이고 λ1 = 638. 4 nm, λ2 = 456 nm, 그리고 λ3 = 532 nm인 경우들의 파장 지연을 제시한다.
파장 지연
n λ1에 대한 지연 λ2에 대한 지연 λ3에 대한 지연
0 2.5 * λ1 = 3* λ3 3.5 * λ2 = 3* λ3 3* λ3
1 7.5 * λ1 = 9* λ3 10.5 * λ2 = 9* λ3 9* λ3
2 12.5 * λ1 = 15* λ3 17.5 * λ2 = 15* λ3 15* λ3
표 1에서 볼 수 있듯이, λ1 및 λ2에 대한 지연은 반파장들의 홀수 정수배들인 반면, λ3에 대한 지연은 반파장들의 짝수 정수배들이다. 이에 따라, 색위상 지연기(52)에 의해 제공되는 지연은 λ1 및 λ2에 대한 반파장판으로서의 역할을 함으로써, λ1 및 λ2에 대한 편광을 p-편광으로부터 s-편광으로 변경하면서 λ3에 대한 편광은 유지시킨다.
위에서 언급한 바와 같이, 목적하는 색상 조합(즉, 혼합 색상) 광파 효과를 생성하기 위해 프리즘 어셈블리(70)를 통한 광의 횡단은 부분적으로 DBS(20) 및 DBS(40)를 형성하는 이색성 코팅의 속성들의 결과이다. 이하의 단락들은 이들 이색성 코팅들에 대한 설계 고려 사항을 논의한다. 명백한 바와 같이, DBS(20) 및 DBS(40)의 필요한 반사 및 투과 특성들은 편광원들에 의해 프리즘 어셈블리(70)로 주입되는 유색 광의 순서와, 이 주입된 광의 편광 상태에 직접적으로 결부된다. 이를 위해, 이하의 이색성 코팅 논의는 제1 편광원이 s-편광된 적색광을 생성하고, 제2 편광원이 s-편광된 청색광을 생성하며, 제3 편광원이 s-편광된 녹색광을 생성하는 도 1 내지 도 7에 도시된 광학 디바이스(10)의 바람직한 구현을 참조하여 이루어진다. 이색성 코팅들은 바람직하게는 저흡수 재료들로 설계되어, 반사율이 높으면 투과율이 낮고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
상기한 내용을 염두에 두면, 프리즘 어셈블리(70)는 DBS(20)를 형성하는 이색성 코팅이 s-편광된 적색광에 대해 낮은 반사율 및 높은 투과율(즉, 낮은 Rs, 높은 Ts)을 갖고, 높은 반사율의 청색광(즉, 높은 Rs, 낮은 Ts)을 갖도록, 그리고 DBS(40)를 형성하는 이색성 코팅이 p-편광된 적색광 및 청색광에 대해 낮은 반사율 및 높은 투과율(즉, 낮은 Rp, 높은 Tp)을 갖고, s-편광된 녹색광에 대해 높은 반사율 및 낮은 투과율(즉, 높은 Rs, 낮은 Ts)을 갖도록 설계된다. 결과적으로, 제1 편광원에 의해 생성되는 적색광은 DBS(20) 및 DBS(40)에 의해 투과되고, 제2 편광원에 의해 생성되는 청색광은 DBS(20)에 의해 반사되고 DBS(40)에 의해 투과되며, 제3 편광원에 의해 생성되는 녹색광은 DBS(20)에 의해 반사된다.
이하의 단락들은 두 s 및 p 편광들에 대한 다양한 반사율 곡선들을 참조하여 DBS(20) 및 DBS(40)의 이색성 코팅들에 대한 상이한 설계 옵션들을 설명하고, 또한 색상 조합 기능을 제공하기 위해 DBS(20)를 DBS(40)로부터 순서대로 회전 오프셋한 뒷받침하는 근거를 설명한다. 반사율 곡선들은 프리즘들(12, 32)이 1. 7의 굴절률을 갖는 재료로 구성되는 비제한적인 구성에서 프리즘들(12, 32)의 DBS들에 입사되는 광의 반사 거동을 제시한다. 따라서, 이하의 단락들에서 고려되는 입사각들은 30 - 60도 범위 내이다. 완전함을 위해, 0 - 60도 범위 내의 넓어진 입사각 범위가 반사율 곡선들에 제시된다. 전술된 바와 같이, 입사각들은 빔에 의해 접하게 되는 DBS의 표면에 대한 법선에 관해 측정된다.
도 10은 DBS(40)의 표면에 대해 측정되는, 다양한 입사각들에 대한 s-편광을 위해 DBS(40)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 도시된 바와 같이, s-편광된 녹색광이 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 높은 반사율을 갖지만, s-편광된 적색광 및 청색광도 특정 입사각들, 특히 30도를 초과하는 입사각들에 대해 높은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)를 DBS(40)로부터 적절하게 회전 오프셋하지 않고 DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 30도를 초과하는 입사각들에 대해 DBS(40)에 의해 적색광 및 청색광이 반사된다. 따라서, 0 - 60도 입사각 범위 중 특히 중요한 하위 범위들(예를 들어, 30 - 60도)에 대해, 적색광 및 청색광이 DBS(40)에 의해 반사되어, 임의의 나머지 적색광 및 청색광이 DBS(40)에 의해 투과되고 녹색광과 조합되면 세기가 크게 저하될 것이다.
도 11은 도 10에 대해 논의된 0 - 60도 입사각 범위에 대한 p-편광을 위해 DBS(40)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 p-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 볼 수 있듯이, p-편광된 적색광 및 청색광은 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 낮은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)를 DBS(40)로부터 적절하게 회전 오프셋하면서 DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 DBS(40)에 의해 적색광 및 청색광이 투과된다. 따라서, DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅은 0 - 60도 범위 내의 모든 입사각들에 대해 p-편광된 적색광 및 청색광이 DBS(40)에 의해 투과될 것이므로, 목적하는 광 빔 색상 조합 기능을 제공하는 데 도움이 된다.
도 12는 다음 세 개의 특정 편광 파장 세트들: 파장 456 nm(청색광)에서 p-편광된 광, 파장 532 nm(녹색광)에서 s-편광된 광, 및 파장 638 nm(적색광)에서 p-편광된 광에서, 도 11에 대해 논의된 설계된 이색성 코팅에 대한 입사각의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 볼 수 있듯이, p-편광된 광(즉, 456 nm 및 638 nm)에 대한 반사율은 638 nm 광이 대략 24 - 30도 범위에서 15%를 능가하고, 최대 반사율이 약 28도에서 대략 16%인 것을 제외하고는, 0 - 60도 범위의 거의 전체에 걸쳐 상대적으로 낮다(대략 15% 미만). 또한, s-편광된 광(즉, 532 nm)에 대한 반사율은 47 - 53도 사이에서 대략 77% 아래로 떨어지고, 최소 반사율이 약 50도에서 대략 70%인 것을 제외하고는, 0 - 60도 범위의 거의 전체에 걸쳐 상대적으로 높다(대략 77%를 초과함).
도 13은 DBS(20)의 표면에 대해 측정되는, 0 - 60도 사이의 다양한 입사각들에 대한 s-편광을 위해 DBS(20)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 볼 수 있듯이, s-편광된 적색광은 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 낮은 반사율을 갖는 반면, s-편광된 청색광은 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 높은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해, DBS(20)에 의해 적색광이 투과되고 DBS(20)에 의해 청색광은 반사된다.
도 14는 다음 두 개의 특정 파장들: 456 nm(청색광) 및 638 nm(적색광)에서, 도 13을 참조하여 논의된 설계된 이색성 코팅에 대한 입사각의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다(s-편광된 광에 대해). 볼 수 있듯이, 638 nm 광에 대한 반사율은 전체 0 - 60도 범위에 걸쳐 낮게 유지되고(대략 7% 미만), 456 nm 광에 대한 반사율은 0 - 60도 범위의 거의 전체에 걸쳐 높게 유지된다(대략 93%를 초과).
광학 디바이스(10)에 대한 앞에서의 설명으로부터 명백한 바와 같이, DBS(20) 및 DBS(40) 중 어느 하나 또는 둘 다는 DBS(20)의 표면에 관한 제1 편광 상태(s-편광된 또는 p-편광된)가 DBS(40)의 표면에 관한 제2 편광 상태(p-편광된 또는 s-편광된)에 있도록 DBS(20)와 DBS(40) 사이의 배향이 유지되는 한, 하나 이상의 주요 축에 대해 회전되면서 여전히 색상 조합 기능을 유지할 수 있다.
예를 들어, DBS(20)는 z-축을 중심으로 90도 회전될 수 있고/거나, DBS(40)는 y-축을 중심으로 90도 회전될 수 있다. 이러한 회전들은 본질적으로 프리즘들(12, 32)의 광파 입사면들을 변화시킬 것이다. 예를 들어, z-축을 중심으로 DBS(20)의 90도 회전 후에 표면(26)은 프리즘(12)의 제2 광파 입사면이 될 것이고, y-축을 중심으로 DBS(40)의 90도 회전 후에 표면(46)은 프리즘(32)의 제1 광파 입사면이 될 것이다.
하나 이상의 주요 축을 중심으로 DBS(20) 및 DBS(40) 중 하나 또는 둘 다(그리고 동등하게 프리즘들(12, 32) 중 어느 하나 또는 둘 다)의 다른 회전이 광파 입사면들의 적절하게 대응하는 변화와 함께 본 명세서에서 고려된다는 것이 이해되어야 하고, 전술한 개시 내용을 고려하여 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백하게 되어야 한다.
제1 편광원이 편광된 적색광을 생성하고, 제2 편광원이 편광된 청색광을 생성하며, 제3 편광원이 편광된 녹색광을 생성하는 바람직한 구현은 광학 디바이스(10)의 설계시 여러 이점들을 제공한다는 점에 유념한다. 이러한 이점 중 하나는 특정 관심 파장들이 필요한 파장 지연을 위한 좋은 솔루션들을 찾는 데 적합하지 않기 때문에 색위상 지연기(52)의 설계이다. 또 다른 이점은 바람직한 구현이 프리즘 어셈블리(70)를 통해 전파되는 녹색광의 더 높은 효율에 적합하다는 점이다. 녹색광을 생성하는 광원들은 통상적으로 청색광 또는 적색광을 생성하는 광원들보다 효율성이 떨어진다. 이는 특히 이들 광원들이 LED들로서 구현될 때 그러하다. 따라서, 프리즘 어셈블리(70)를 횡단할 때 녹색광의 에너지 손실을 가능한 많이 감소시키는 것이 바람직하다. 위에서 예시된 바와 같이, 바람직한 구현에서, 녹색광은 프리즘(32)만을 횡단하고, 프리즘(12)에는 입사하지 않는다. 이에 따라, 녹색광은 적색광 및 청색광(두 프리즘들(12, 32)을 횡단해야 하는)과 비교할 때 적은 에너지 손실로 프리즘 어셈블리(70)를 통해 전파된다.
지금까지 설명된 바와 같은 광학 디바이스(10)의 동작은 편광원들이 도 1에서 좌측으로부터 우측으로, 적색(R), 청색(B), 녹색(G)으로서 정렬되는, 즉, 제1 편광원이 s-편광된 적색광을 생성하고, 제2 편광원이 s-편광된 청색광을 생성하며, 제3 편광원이 s-편광된 녹색광을 생성하는 바람직한 구현에 속했지만, 편광원들의 모든 가능한 순서들이 본 명세서에서 고려되고 본 발명의 범위 내에 속한다.
이하의 단락들은 광학 디바이스(10)의 추가 구현들에 따른 두 개의 광원 순서들을 설명한다. 제1 추가 구현에서, 제1 편광원은 s-편광된 적색광을 생성하고, 제2 편광원은 s-편광된 녹색광을 생성하며, 제3 편광원은 s-편광된 청색광을 생성한다. 도 15는 DBS(40)의 표면에 관해 측정되는, 다양한 입사각들에 대한 s-편광을 위해 DBS(40)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 도시된 바와 같이, s-편광된 청색광이 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해(특히 420 - 450 nm 범위 내의 파장들에 대해) 높은 반사율을 갖지만, s-편광된 녹색광 및 적색광도 특정 입사각들, 특히 30도를 초과하는 입사각들에 대해 높은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)를 DBS(40)로부터 적절하게 회전 오프셋하지 않고 DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 각각, 30도 및 20도를 초과하는 입사각들에 대해 DBS(40)에 의해 적색광 및 녹색광이 반사될 것이다. 따라서, 0 - 60도 입사각 범위 중 특히 하위 범위들(예를 들어, 20/30 - 60도)에 대해, 적색광 및 녹색광이 DBS(40)에 의해 반사되어, 임의의 나머지 적색광 및 녹색광이 DBS(40)에 의해 투과되고 청색광과 조합되면 세기가 크게 저하될 것이다.
도 16은 0 - 60도 입사각 범위에 대한 p-편광을 위해 DBS(40)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 p-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 볼 수 있듯이, p-편광된 적색광 및 녹색광은 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 낮은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)를 DBS(40)로부터 적절하게 회전 오프셋하면서 DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 DBS(40)에 의해 적색광 및 녹색광이 투과된다. 따라서, DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅은 0 - 60도 범위 내의 모든 입사각들에 대해 p-편광된 적색광 및 녹색광이 DBS(40)에 의해 투과될 것이므로, 목적하는 광 빔 색상 조합 기능을 제공하는 데 도움이 된다.
DBS(20)가 s-편광된 적색광을 투과시키고 s-편광된 녹색광을 반사하도록 하는 이색성 코팅의 설계는 여기서 상세히 논의되지 않을 것이다. s-편광된 적색광 및 녹색광에 대해 반사 및 투과를 각각 수행하기 위한 이러한 이색성 코팅들의 설계는 본 명세서에서의 이색성 코팅들에 대한 이전 논의에 기초하여 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해야 한다.
제2 추가 구현에서, 제1 편광원은 s-편광된 녹색광을 생성하고, 제2 편광원은 s-편광된 청색광을 생성하며, 제3 편광원은 s-편광된 적색광을 생성한다. 도 17은 DBS(40)의 표면에 관해 측정되는, 다양한 입사각들에 대한 s-편광을 위해 DBS(40)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 s-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 도시된 바와 같이, s-편광된 적색광이 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해(특히 625 - 660 nm 범위 내의 파장들에 대해) 높은 반사율을 갖지만, s-편광된 청색광 및 녹색광도 특정 입사각들, 특히 30도를 초과하는 입사각들에 대해 높은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)를 DBS(40)로부터 적절하게 회전 오프셋하지 않고 DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 30도를 초과하는 입사각들에 대해 DBS(40)에 의해 청색광 및 녹색광이 반사된다. 따라서, 0 - 60도 입사각 범위 중 특히 중요한 하위 범위들(예를 들어, 30 - 60도)에 대해, 청색광 및 녹색광이 DBS(40)에 의해 반사되어, 임의의 나머지 청색광 및 녹색광이 DBS(40)에 의해 투과되고 적색광과 조합되면 세기가 크게 저하될 것이다.
도 18은 0 - 60도 입사각 범위에 대한 p-편광을 위해 DBS(40)에 대해 설계된 가능한 이색성 코팅의 p-편광에 대한 파장의 함수로서 반사율 곡선들을 도시한다. 볼 수 있듯이, p-편광된 청색광 및 녹색광은 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 낮은 반사율을 가진다. 결과적으로, DBS(20)를 DBS(40)로부터 적절하게 회전 오프셋하면서 DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅을 사용하면 0 - 60도 입사각 범위 내의 모든 각도들에 대해 DBS(40)에 의해 청색광 및 녹색광이 투과된다. 따라서, DBS(40)에 대해 이렇게 설계된 이색성 코팅은 0 - 60도 범위 내의 모든 입사각들에 대해 p-편광된 청색광 및 녹색광이 DBS(40)에 의해 투과될 것이므로, 목적하는 광 빔 색상 조합 기능을 제공하는 데 도움이 된다.
DBS(20)가 s-편광된 녹색광을 투과시키고 s-편광된 청색광을 반사하도록 하는 이색성 코팅의 설계는 여기서 상세히 논의되지 않을 것이다. s-편광된 녹색광 및 청색광에 대해 반사 및 투과를 각각 수행하기 위한 이러한 이색성 코팅들의 설계는 본 명세서에서의 이색성 코팅들에 대한 이전 논의에 기초하여 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해야 한다.
지금까지 설명된 광학 디바이스(10)는 소형 색상 조합기가 필요한 광범위한 응용 분야들에서 사용될 수 있다. 적합한 응용의 예들은 이미지들을 근안 디스플레이(NED), 머리에 착용하는 디스플레이(HMD), 및 헤드 업 디스플레이(HMD), 휴대폰, 소형 디스플레이, 3-D 디스플레이, 소형 빔 익스팬더, 뿐만 아니라 평판 표시기들 및 스캐너들과 같은 비이미징 응용 예들로 투사하는이미지 프로젝터들을 이용하는 NED, HMD 및 HUD와 같은 다양한 이미징 응용 예들을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 본 실시 예들의 광학 디바이스(10)는 이미지 픽셀들을 생성하는 데 편광된 광에 의한 조명을 필요로 하는 SLM 마이크로 디스플레이들을 채용하는, 이러한 이미지 프로젝터들의 조명 부품으로서 사용될 때 특별한 가치를 가질 수 있다. NED, HMD, 및 HUD 응용 예들에 적합한 다양한 유형들의 이미지 프로젝터들은 Lumus Ltd. (이스라엘)에서 시판되고 있다. 이러한 이미지 프로젝터들은 반사형 디스플레이 디바이스(예를 들어, LCoS)와 함께, 조명 프리즘들 및 시준 프리즘들을 포함하여, 다양한 프리즘 어셈블리들을 채용할 수 있다.
특히 바람직하지만 비제한적인 응용 예들의 하위 집합의 예시로서, 도 19는 시준된 이미지를 생성하는 이미지 프로젝터 디바이스(110), 및 이미지 프로젝터 디바이스(110)로부터 주입된 이미지들을 수신하는 도광 기판(124)과 조합되어, 광학 시스템을 형성하는, 도 1 내지 도 7에 대해 설명된 구조에 대응하는 광학 디바이스(100)를 도시한다. 이제 이미지 프로젝터 디바이스(110) 및 기판(124)의 일반적인 구조가 설명될 것이지만, 이미지 프로젝터 디바이스(110) 및 기판(124)에 대한보다 상세한 설명은 다음 PCT 특허 공보들에서 찾아볼 수 있으며, 이의 개시 내용은 각 전문이 참조로 포함된다: WO 2018/100582, WO 01/95027, 및 WO 2008/023367. 본 명세서에서 설명된 이미지 프로젝터 디바이스(110) 및 기판(124)은 바람직하게 광학 디바이스(100)가 사용될 수 있는 이미지 투사 디바이스들 및 도광 광학 요소들의 예일 뿐이라는 점에 유념한다.
이미지 프로젝터 디바이스(110)는 이미지 시준 프리즘을 형성하는 두 개의 구성 프리즘들(112, 114)을 포함한다. 편광 선택적 빔스플리터 구성(118)(PBS(polarization selective beamsplitter)(118))이 이미지 시준 프리즘 내에 배치된다. 광학 디바이스(100)로부터 출력된 광파들(122)은 바람직하게는 s-편광된 광파들로서 프리즘(112)에 입사한다. s-편광된 광파들은 PBS(118)에 의해 이미지 디스플레이 표면을 향해 반사되어 반사형 디스플레이 디바이스(120)(바람직하게는 LCoS로서 구현됨) 상에 충돌한다. 이미지의 밝은 영역들에 대응하는 픽셀들은 밝은 픽셀들로부터의 방사가 PBS(118)를 통해 투과되고 지연판(도시되지 않음)의 적어도 일부 위에 놓이는 적어도 하나의 광파 시준 구성요소(116)에 입사하기 전에, 적어도 하나의 지연판, 바람직하게는 1/4 파장판을 통과하도록 변조 회전된 편광으로 반사되어 광파들을 s-편광으로부터 p-편광으로 변환하고, 다시 1/4 파장판을 통해 반사되어 광파들을 다시 s-편광으로 변환한다. 이어서 s-편광된 광파들은 PBS(118)에 의해 프리즘(114)에서 반사되어, 기판(124)에 입사한다.
기판(124)은 통상적으로 서로 평행한 적어도 두 개의 주요면들(126 및 128), 하나 이상의 부분적 반사면들(132), 및 광을 기판(124)으로 커플링하기 위한 광학 웨지 요소(130)를 포함한다. 이미지 프로젝터 디바이스(110)로부터의 출력 광파들(122)은 광학 웨지 요소(130)를 통해 기판(124에 입사한다. 유입 광파들(기판(124)에 대한)은 도 19에 도시된 바와 같이 내부 전반사(TIR)에 의해 기판(124)에 포획된다. 기판(124)으로부터 포획된 광파들의 아웃 커플링은 부분적 반사면들(132) 또는 회절 요소들, 또는 임의의 다른 적절한 아웃 커플링 배열체에 의해 적용될 수 있다. 광학 웨지 요소(130)는 단지 하나의 비제한적인 광학 커플링 구성을 예시할 뿐이고, 다른 요소들 및 구성들이 이미지 프로젝터 디바이스(110)로부터의 광을 기판(124)으로 커플링하는 데 사용될 수 있다.
이 문서 전반에 걸쳐, 바람직하게는 중심 파장이 특정 파장 범위 내의 파장인 광에 대해 언급했다. 이러한 광은 일반적으로 가시 스펙트럼의 특정 스펙트럼 영역에 있는, 바람직하게는 중심 파장이 특정 스펙트럼 영역에 있는 파장을 갖는 "유색 광"이라고 지칭될 수 있다. 본 개시의 실 시 예들이 중심 파장이 456 nm - 또는 대략 456 nm인 청색광, 중심 파장이 532 nm - 또는 대략 532 nm인 녹색광, 및 중심 파장이 638 nm - 또는 대략 638 nm인 적색광과 관련하여 설명되었지만, 이러한 특정 파장들은 단지 예시일 뿐이고, 가시 스펙트럼의 관련 스펙트럼 영역 어디에서나 상이한 유형들의 유색 광의 특정 파장이 선택할 수 있으며, 이는 청색광의 경우 대략 450 nm - 485 nm 범위 내이고(그러나 특정 경우들에서는 이 범위를 벗어나 연장될 수 있음), 녹색광의 경우 대략 500 nm - 565 nm 범위 내이며(그러나 특정 경우들에서는 이 범위를 벗어나 연장될 수 있음), 적색광의 경우 대략 625 nm - 740 nm 범위 내이다(그러나 특정 경우들에서는 이 범위를 벗어나 연장될 수 있음).
본 개시의 다양한 실시 예들에 대한 설명이 예시를 위해 제시되었지만, 완전한 것으로 또는 개시된 실시 예들로 제한되도록 의도되지는 않는다. 많은 변형들 및 변경들이 설명된 실시 예들의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 시장에서 찾아지는 기술들에 비한 실시 예들의 원리들, 실제 적용 예 또는 기술적 개선점을 가장 잘 설명하도록, 또는 해당 기술분야의 다른 통상의 기술자들이 본 명세서에서 개시된 실시 예들을 이해할 수 있게 하도록 선택되었다.
본 명세서에서 사용될 때, 단수 형태의 표현들은 문맥상 명확히 달리 지시되지 않는 한 복수 대상들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "대표적인"이라는 단어는 "예, 사례 또는 예시로서의 역할을 하는"을 의미하다. "대표적인" 것으로서 설명된 임의의 실시 예가 반드시 다른 실시 예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 간주되고/되거나 다른 실시 예들로부터의 특징들의 통합을 배제하는 것은 아니다.
명확성을 위해 별개의 실시 예들의 맥락에서 설명된 본 발명의 특정 특징들은 또한 단일 실시 예에서 조합되어 제공될 수도 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시 예의 맥락에서 설명된 본 발명의 다양한 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 또는 본 발명의 임의의 다른 설명된 실시 예에서 적절하게 제공될 수도 있다. 다양한 실시 예들의 맥락에서 설명된 특정 특징들은 실시 예가 이러한 요소들 없이 동작 불가능하지 않는한, 이러한 실시 예들의 필수적인 특징들인 것으로 고려되지 않는다.
첨부된 청구항들이 다중 종속성 없이 초안이 작성되는 한, 이는 이러한 다중 종속성을 허용하지 않는 관할권의 방식 요건들을 수용하기 위해서만 수행되었다. 청구항들을 다중 종속으로 만들어 암시될 모든 가능한 특징들의 조합들은 명시적으로 구상되고 본 발명의 일부인 것으로 고려되어야 한다는 점에 유념해야 한다
본 발명은 이의 구체적인 실시 예들과 관련하여 설명되었지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 많은 대안들, 수정들 및 변경들이 명백할 것이라는 것이 분명하다. 따라서, 첨부된 청구항들의 사상 및 넓은 범위 내에 속하는 모든 이러한 대안들, 수정들 및 변경들을 포괄하도록 의도된다.

Claims (27)

  1. 광학 디바이스에 있어서,
    제1 프리즘으로서:
    제1 광파 입사면, 제2 광파 입사면, 및 광파 출사면, 및
    상기 제1 프리즘 내에, 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성(dichroic beamsplitter configuration)을 포함하는, 상기 제1 프리즘; 및
    제2 프리즘으로서:
    상기 제1 프리즘의 상기 광파 출사면과 연관된 제1 광파 입사면, 및 제2 광파 입사면, 및
    상기 제2 프리즘 내에, 상기 제2 프리즘의 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 그리고 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제2 프리즘을 포함하며,
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광된, 제1 색상의 파장에서 광을 투과시키고, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광된, 제2 색상의 파장에서 광을 반사시키며,
    상기 제2 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제2 편광 상태로 편광된, 상기 제1 색상의 파장에서 광을 그리고 제2 색상의 파장에서 광을 투과시키고, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광된, 제3 색상의 파장에서 광을 반사시키는 것인, 광학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 상기 제1 색상의 광을 생성하는 상기 제1 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된 제1 편광원;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 상기 제2 색상의 광을 생성하는 상기 제1 프리즘의 상기 제2 광파 입사 표면과 연관된 제2 편광원; 및
    상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 상기 제3 색상의 광을 생성하는 상기 제2 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된 제3 편광원을 더 포함하는, 광학 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관한 상기 제2 편광 상태로 상기 제2 프리즘의 광파 출사면에 도달하고, 상기 제3 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관한 상기 제1 편광 상태로 상기 제2 프리즘의 상기 광파 출사면에 도달하는, 광학 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원에 의해 생성되는 광 및 상기 제3 편광원에 의해 생성되는 광이 각각, 비시준된 광으로서 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘에 입사하는, 광학 디바이스.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하도록 구성되고, 상기 제2 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하도록 구성되며, 상기 제3 편광원은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하도록 구성된 것인, 광학 디바이스.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하도록 구성되고, 상기 제2 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하도록 구성되며, 상기 제3 편광원은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하도록 구성된 것인, 광학 디바이스.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제1 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하도록 구성되고, 상기 제2 편광원은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하도록 구성되며, 상기 제3 편광원은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하도록 구성된 것인, 광학 디바이스.
  8. 제2항에 있어서, 상기 편광원들은 발광 다이오드들을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  9. 제2항에 있어서, 상기 편광원들은 레이저를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프리즘의 광파 출사면과 연관된 색위상 지연기(chromatic retarder)를 더 포함하며, 상기 색위상 지연기는 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원으로부터의 광의 편광 상태를 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제2 편광 상태로부터 상기 제1 편광 상태로 변경하도록 배향되는 것인, 광학 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프리즘의 광파 출사면으로부터 출력되는 광에 의해 조명되는 것에 반응하여 편광된 광을 생성하는 반사형 디스플레이 디바이스(reflective-display device)를 더 포함하는, 광학 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    서로 평행한 적어도 두 개의 주요면들을 갖는 도광 기판(light-guiding substrate)을 더 포함하며, 상기 반사형 디스플레이 디바이스에 의해 생성되는 광이 상기 도광 기판으로 커플링되는, 광학 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반사형 디스플레이 디바이스는 액정 실리콘 디스플레이를 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관한 상기 제1 편광 상태는 s-편광인 것인, 광학 디바이스.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘의 상기 광파 입사면들은 서로 직교하는 것인, 광학 디바이스.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제2 프리즘의 상기 광파 입사면들은 서로 직교하는 것인, 광학 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제2 프리즘은 상기 제1 프리즘의 상기 광파 출사면과 평행한 광파 출사면을 더 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘은 상기 제1 프리즘의 상기 광파 출사면 및 상기 제2 프리즘의 상기 제2 광파 입사면에서 서로 광학적으로 커플링되는 것인, 광학 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광학적 커플링은 광학적 합착(optical cement)을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  20. 제18항에 있어서, 상기 광학적 커플링은 기계적 배열(mechanical arragement)을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  21. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘 또는 제2 프리즘 중 적어도 하나는 정육면체 프리즘인 것인, 광학 디바이스.
  22. 광학 디바이스에 있어서,
    제1 프리즘으로서:
    제1 광파 입사면 및 제2 광파 입사면, 및
    상기 제1 프리즘 내에, 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제1 프리즘;
    제2 프리즘으로서:
    광파 출사면, 및
    상기 제2 프리즘 내에, 상기 제2 프리즘의 상기 제1 광파 입사면에 대해 비스듬한 평면 상에 그리고 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제2 프리즘,
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태로 제1 색상의 광을 생성하는, 상기 제1 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된, 제1 편광원;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제2 색상의 광을 생성하는, 상기 제1 프리즘의 상기 제2 광파 입사 표면과 연관된, 제2 편광원;
    상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제3 색상의 광을 생성하는, 상기 제2 프리즘의 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된, 제3 편광원을 포함하되,
    상기 제1 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 의해 투과되고 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 의해 투과되고, 상기 제2 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 의해 반사되고 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 의해 투과되며, 상기 제3 편광원에 의해 생성된 광은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 의해 반사되는 것인, 광학 디바이스.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 편광원 및 상기 제2 편광원에 의해 생성되는 광 및 상기 제3 편광원에 의해 생성되는 광이 각각, 비시준된 광으로서 상기 제1 프리즘 및 상기 제2 프리즘에 입사하는, 광학 디바이스.
  24. 광학 디바이스에 있어서,
    프리즘 어셈블리로서:
    제1 출사면, 제2 출사면, 및 제3 출사면으로서, 상기 제1 출사면, 상기 제2 출사면 및 상기 제3 출사면은 서로 직교하고, 제1 광파 입사면이 상기 제1 출사면의 적어도 일 부분 상에 형성되고, 제2 광파 입사면이 상기 제2 출사면의 적어도 일 부분 상에 형성되며, 제3 광파 입사면이 상기 제3 출사면의 적어도 일 부분 상에 형성되는, 상기 제1 출사면, 상기 제2 출사면, 및 상기 제3 출사면, 및
    상기 프리즘 어셈블리의 제1 부분 내에, 상기 제1 광파 입사면 또는 상기 제2 광파 입사면 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성,
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 상기 프리즘 어셈블리의 제2 부분 내에, 상기 제3 광파 입사면에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 프리즘 어셈블리;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태로 제1 색상의 광을 생성하는, 상기 제1 광파 입사 표면과 연관된, 제1 편광원;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제2 색상의 광을 생성하는, 상기 제2 광파 입사 표면과 연관된, 제2 편광원; 및
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 제3 색상의 광을 생성하는, 상기 제3 광파 입사 표면과 연관된, 제3 편광원을 포함하되,
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광되는, 상기 제1 색상의 파장에서, 광을 투과시키고, 상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광되는, 상기 제2 색상의 파장에서, 광을 반사시키도록 구성되고,
    상기 제2 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제2 편광 상태로 편광되는, 상기 제1 색상 또는 상기 제2 색상의 파장에서, 광을 투과시키고, 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 상기 제1 편광 상태로 편광되는, 상기 제3 색상의 파장에서, 광을 반사시키도록 구성된 것인, 광학 디바이스.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1 편광원, 상기 제2 편광원 및 상기 제3 편광원에 의해 생성되는 광이 비시준된 광으로서 상기 프리즘 어셈블리에 입사하는, 광학 디바이스.
  26. 광학 디바이스에 있어서,
    제1 프리즘으로서:
    제1 광파 입사면, 제2 광파 입사면, 및 광파 출사면, 및
    상기 제1 프리즘 내에, 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제1 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제1 프리즘;
    제2 프리즘으로서:
    제1 광파 입사면, 제2 광파 입사면, 및 광파 출사면, 및
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제1 편광 상태인 광이 상기 제2 이색성 빔스플리터 구성에 관해 제2 편광 상태에 있도록 상기 제2 프리즘 내에, 상기 제2 프리즘의 상기 광파 입사면들 중 적어도 하나에 대해 비스듬한 평면 상에 배치되는 제2 이색성 빔스플리터 구성을 포함하는, 상기 제2 프리즘;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 적색광을 생성하는 제1 편광원;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 청색광을 생성하는 제2 편광원;
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성에 관해 s-편광된 녹색광을 생성하는 제3 편광원을 포함하며,
    상기 제1 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제1 프리즘의 상기 파장 출사면을 통해 편광된 혼합 광을 출력하기 위해 상기 편광된 적색광을 투과시키고 상기 편광된 청색광을 반사시키며, 상기 편광된 혼합 광은 상기 편광된 적색광과 상기 편광된 청색광의 혼합이고,
    상기 제2 이색성 빔스플리터 구성은 상기 제2 프리즘의 상기 파장 출사면을 통해 혼합 광을 출력하기 위해 상기 편광된 혼합 광을 투과시키고 상기 편광된 녹색광을 반사시키며, 상기 혼합 광은 상기 편광된 적색광, 편광된 청색광 및 편광된 녹색광의 혼합인 것인, 광학 디바이스.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2 프리즘의 상기 광파 출사면과 연관된 색위상 지연기를 더 포함하며, 상기 색위상 지연기는 상기 혼합 광의 상기 편광된 적색광 및 상기 편광된 청색광의 편광 상태를 변경하도록 배향되는 것인, 광학 디바이스.
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