TW201237543A - Tilted dichroic color combiner - Google Patents

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pbs
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TW100133063A
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Andrew John Ouderkirk
xiao-hui Cheng
Zhi-Sheng Yun
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3M Innovative Properties Co
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Description

201237543 六、發明說明: 本申請案係關於下列美國專利申請案,其等以引用的方 式併入.與本案申請於同—天之「Tilted Dichr〇ic c〇1〇r
Combiner I」(代理人檔案編號第6653〇uS〇〇2號)及「Tilted Dieluoic Color Combiner II」(代理人檔案編號第 66791US002號)。 【先前技術】 用於將一影像投影於一螢幕上的投影系統可使用藉由不 同色以產生照明光之多個色彩光源,諸如發光二極體 (LED)。若干光學元件設置於該等lEd與影像顯示單元之 間以結合來自該等LED之光且將來自該等LED之光轉移至 該影像顯示單元。該影像顯示單元可使用各種方法以將影 像強加在光上。例如’ &同透射型或反射型液晶顯示器, 該影像顯示單元可使用偏振。 還有用於將一影像投影於一螢幕上的其他投影系統可使 用經組態以自一數位微鏡(DMM)陣列(諸如,用於德州儀 器數位光處理器(DLP⑪)顯示器中的陣列)成影像反^之白 光。在該DLP®顯* $中,數位微鏡陣列β的個別鏡子表 不所投影之影像之個別像素。當傾斜該對應鏡子使得入射 光被引導至所投影之光徑中時,照明-顯示像素。放置於 該光徑内的-旋轉色輪係經定時以反射來自該數位微鏡陣 列之光,使得過濾所反射之白光以投影對應於該像素之色 彩。接著,將該數位微鏡陣列切換成下一所需像素色彩, 及以一飛快速率繼續該程序使得整個所投影之顯示展現為 158553.doc 201237543 連續照明。該數位微鏡投影系統需要較少的像素化陣列組 件,其可導致一較小尺寸之投影機。 影像冗度為一投影系統之一重要參數。色彩光源之亮度 及收集光、結合光、使光均質化及將光傳遞至影像顯示單 兀•之效率皆影響亮度。隨著現代投影機系統之尺寸減小, 需要維持一足夠的輸出亮度位準,同時將由該等色彩光源 產生之熱度保持在一低位準以便可在一小型投影機系統中 消散。需要以增加的效率來結合多個色彩光之一光結合系 統以提供具有一足夠亮度位準且光源不會消耗過多能量之 一光輸出。 此等電子投影機通常包含用於視情況均質化一光束以改 良投影於—螢幕上的光之亮度及色彩均勻性之一裝置。兩 個*見裝置為-整合管道及—蜷眼陣列㈣A)均質器。繩 ^均質@可為非常小巧,且出於此原因為一常用裝置。整 _ s道可在均質化時具有更高的效率,但一空心管道一般 需要通吊為间度或寬度(取較大者)之5倍之一長度。由於折 射效應,實心管道通常比空心管道更長。 。。攜帶式投影機及微型投影機具有用於有效的色彩結合 益、光整合器及/或均質器之有限的可用空間。結果,自 用於此等投影機(諸如,色彩結合器及偏振轉換器)中的光 予袭置輸出之有效光及均句光可能需要小巧及有效的光學 設計。 【發明内容】 且特定言之係關於用 本發明大體上係關於色彩結合器 158553.doc 201237543 於諸如微型投影機之小尺寸形式投影機之色彩結合器。該 等所揭示之色彩結合器包含至少兩個傾斜二色性板,該兩 個傾斜二色性板具有以光收集光學器件組態以結合至少兩 個色彩之光之至少兩個反射體。在一態樣中,本發明提供 一種色彩結合裔’其包含具有一光輸入表面及一光學軸之 一光收集光學器件;一第一光源及一第二光源,其等經設 置以將一第一色彩光及一第二色彩光注入至該光輸入表面 t ’及一偏振分光器(PBS)之一第一面,其面向該光收集 光學器件且與該光輸入表面相對。該第一光源及該第二光 源之至少一者自§亥光學軸位移’及該PB S包含經設置相對 於該光學軸成一偏振角之一反射偏振器。該色彩結合器進 一步包含一第一二色性板’其面向與該光收集光學器件相 對之該PBS之一第二面而設置,該第一二色性板經設置相 對於該光學轴成一第一傾斜角;一第二二色性板,其面向 該PBS之一第三面而設置,該第二二色性板經設置相對於 該光學轴成一第二傾斜角;及一第一延遲器及一第二延遲 器,其等分別設置於該PBS與該第一二色性板之間及該 PBS與該第二二色性板之間。該第—二色性板及該第二二 色性板之各者包含可反射該第一色彩光且透射其他色彩光 之一第一二色性反射體及可反射該第二色彩光之一第二反 射體,及此外’各傾斜該第一二色性反射體及該第二反射 體使得該第-色彩光束及該第二色彩光束在—輸出方向上 自該PBS出射作為一經準直之結合色彩光束。 在另-態樣中,本發明提供一種色彩結合器,其包含具 158553.doc -6 - 201237543 * · 有一光輸入表面及一光學軸之一光收集光學器件;一第一 光源及一第二光源,其等經設置以將一第一色彩光及一第 二色彩光注入至該光輸入表面中;及一偏振分光器(PBS) 之一第一面’其面向該光收集光學器件且與該光輸入表面 相對°該第一光源及該第二光源之至少一者自該光學軸位 * 移’及該PBS包含經設置相對於該光學軸成一偏振角之一 反射偏振器。該色彩結合器進一步包含一第一二色性板, 其面向與該光收集光學器件相對之該PBS之一第二面而設 置’该第一二色性板經設置相對於該光學軸成一第一傾斜 角;一第二二色性板,其面向該PBS之一第三面而設置, 該第二二色性板經設置相對於該光學軸成一第二傾斜角;
及一第一延遲器及一第二延遲器,其等分別設置於該pBS 與該第一二色性板之間及該PBS與該第二二色性板之間。 β亥第一二色性板及該第二二色性板之各者包含可反射該第 一色彩光且透射其他色彩光之一第一二色性反射體及可反 射》亥第一色於光之一第一反射體,及此外,各傾斜該第一 一色性反射體及該第二反射體使得該第一色彩光束及該第’ 二色彩光束在一輸出方向上自該PBS出射作為一經準直之 釔〇色彩光束。該色彩結合器又進一步包含經設置以將一 .第三色彩光注入至該光輸入表面中的一第三光源及其中該 第-二色性板及該第二二色性板各進一步包括可引導該第 三色彩光以在該輸出方向上出射作為該結合色彩光束之一 第三反射體。 在又另-態樣中’本發明提供一種色彩結合器,其包含 I58553.doc 201237543 具有一光輸入表面及一光學轴之一光收集光學器件;一第 光源、一第一光源及一第三光源,其等經設置以將—第 一色彩光、一第二色彩光及一第三色彩光注入至該光輸入 表面中;及一偏振分光器(PBS)之一第一面,其面向該光 收集光學器件且與該光輸入表面相對。該第一光源、該第 二光源及該第三光源之至少兩者自該光學軸位移,及該 PBS包含經设置相對於該光學軸成一偏振角之一反射偏振 器。該色彩結合器進一步包含面向與該光收集光學器件相 對之該PBS之一第二面而設置之一第一二色性板,該第— 二色性板經設置相對於該光學轴成一第一傾斜角;面向該 PBS之一第二面而設置之一第二二色性板該第二二色性 板經設置相對於該光學軸成一第二傾斜角;及一第一延遲 态及一第二延遲器,其等分別設置於該pBS與該第一二色 性板之間及該PBS與該第二二色性板之間。該第一二色性 板及該第二二色性板之各者包含可反射該第一色彩光且透 射其他色彩光之一第一二色性反射體、可反射該第二色彩 光且透射其他色彩光之__第二:色性反射體及—第三反射 體。此外,各傾斜該第一二色性反射體、㈣二二色性反 射體及該第三反射體使得該第―色彩光束、該第二色彩光 束及遠第二色彩光束在—輸出方向上自該pBS出射作為— 經準直之結合色彩光束。 在又另-態樣中’本發明提供—種影像投影機,其包含 一色彩結合器;經設置以接受—第—色彩光、—第二色彩 光及一第二色彩光且輪出—偏振第一色彩光、一偏振第二 158553.doc 201237543 > 色^光及一偏振第三色彩光之一偏振轉換器;及經設置以 將一影像施加至該偏振第一色彩光、該偏振第二色彩光及 S亥偏振第三色彩光之一空間光調變器;及投影光學器件。 该色彩結合器包含具有一光輸入表面及一光學軸之一光收 集光學器件;一第一光源及一第二光源,其等經設置以將 . 一第一色彩光及一第二色彩光注入至該光輸入表面中;及 一偏振分光器(PBS)之一第一面,其面向該光收集光學器 件且與該光輸入表面相對。該第一光源及該第二光源之至 少一者自該光學軸位移,及該PBS包含經設置相對於該光 學軸成一偏振角之一反射偏振器。該色彩結合器進一步包 含面向與該光收集光學器件相對之該pBS之一第二面而設 置之一第一二色性板,該第一二色性板經設置相對於該光 學軸成一第一傾斜角;面向該PBS之一第三面而設置之一 第二二色性板,該第二二色性板經設置相對於該光學軸成 一第二傾斜角;及一第一延遲器及一第二延遲器,其等分 別設置於該PBS與該第一二色性板之間及該pBS與該第二 二色性板之間。該第一二色性板及該第二二色性板之各者 包含可反射該第一色彩光且透射其他色彩光之一第一二色 ' 性反射體及可反射該第二色彩光之一第二反射體,及此 . 外,各傾斜該第一二色性反射體及該第二反射體使得該第 一色彩光束及該第二色彩光束在一輸出方向上自該pBS出 射作為一經準直之結合色彩光束.該色彩結合器又進一步 包含經設置以將一第三色彩光注入至該光輸入表面中的一 第三光源及其中該第一二色性板及該第二二色性板各進一 158553.doc -9- 201237543 步包括可引導該第三色彩 匕矽尤以在该輸出方向上出 結合色彩光束之一第三反射體。 射乍為。亥 另心樣令,本發明提供_種影像投影機,其包含 ’結合器;經設置以接受—第一色彩光、一第二色彩 光=第二色彩光且輸出一偏振第一色彩光、一偏振第二 色彩光及偏振第三色彩光之_偏振轉換器;及經設置以 將-影像施加至該偏振第一色彩光、該偏振第二色彩光及 該偏振第三色彩光之一空間光調變器;及投影光學器件。 該色彩結合器包含具有一光輸入表面及一光學轴之一光收 集光學器件;—第—光源、—第二光源及-第三光源,其 等經設置以將一第-色彩光、-第二色彩光及-第三色彩 光注入至該光輸入表面中;及一偏振分光器(PBS)之-第 面”面向。亥光收集光學器件且與該光輸入表面相對。 -玄第光源 '该第二光源及該第三光源之至少兩者自該光 學轴位移’及該PBS包含經設置相對於該光學軸成一偏振 角之一反射偏振器。該色彩結合器進-步包含面向與該光 收集光學器件相對之該PBS之—第二面而設置之一第一二 色丨板/第一色性板經設置相對於該光學軸成一第一 傾斜角,·面向該PBS之一第三面而設置之一第二二色性 板’該第二二色性板經設置相對於該光學軸成-第二傾斜 角;及-第-延遲器及一第二延遲器,其等分別設置於該 PBS與該第-二色性板之間及該pBS與該第:二色性板之 間滅第…—色性板及第二二色性板之各者包含可反射該 第-色彩光且透射其他色彩光之一第一二色性反射體、可 I58553.doc -10- 201237543 反射該第二色彩光且透射其他色彩光之一第二二色性反射 體及-第三反射體。此外,各傾斜該第一二色性反射體、 β亥第 色性反射體及第三反射體使得該第一色彩光束、 該第二色彩光束及該第三色彩光束在一輸出方向上自該 PBS出射作為一經準直之結合色彩光束。 上述概要並非用來描述本發明之各所揭示之實施例或每 一實施方案。附圖及下文詳細描述更特定地例示繪示性實 施例。 【實施方式】 整個說明書參考隨附圖式’其中相同參考數字表示相同 元件。 附圖不需要按比例繪示。用於該等圖中的相同數字係指 相同組件。然而,應理解,使用數字提及一給定圖中的一 組件並非用來限制另一圖中以相同數字標記的組件。 本發明大體上係關於影像投影機,特定言之係關於藉由 使用一傾斜二色性反射體板結合光而具有一改良光均勻性 之影像投影機。在一特定實施例中,該傾斜二色性反射體 板包含層壓在一起之複數個二色性濾光片,其中該等二色 性濾'光片之各者可經傾斜相對於該二色性反射體板之一法 線成一角度。 在一特定實施例中’描述包含至少兩個發光二極體 (LED)(各具有一不同色彩)之一色彩結合器。將自該兩個 LED發射之光準直成大體上重疊之光束,且結合來自該兩 個LED之光且將來自該兩個led之光引導至一共用區域, 158553.doc -11 - 201237543 其中所結合的光束具有比由該兩個led發射之光更小的一 光展量及更高亮度。 在一態樣中’本發明提供一種有效率地結合來自不同色 彩光源之輸出之精簡方法。此可特定用於產生受光展量限 制之小巧投影系統之照明器。例如,一紅色led、綠色 LED及藍色LED之線性陣列(其中各LED之輸出係藉由一組 主要光學器件而部分準直)係入射於一傾斜反射體板總成 上,該傾斜反射體板總成含有以不同角度反射紅光、綠光 及藍光之二色性反射體板。接著,輸出該所反射之光作為 一經準直之結合色彩光束。 在一特定貫施例中,揭示一種減少兩個不同色彩光源之 結合光展量之色彩結合器,其中將自該等光源發射之光至 少部分地準直成大體上重疊之光束。藉由一偏振分光器將 該等光束分離成兩個偏振光束,藉由一 %波延遲器將各偏 振光束轉換成圓形偏振光,各圓形偏振光係入射於具有兩 個反射體之一二色性板上。將該圓形偏振光束轉換成偏振 狀態正交於該入射偏振光束之線性偏振光,及該兩個反射 體係經配置使得該等結合光束具有一減小的光展量。 該等LED可用於照明投影機。由於LED以一接近朗伯 (Lambertian)角度分佈在一區域上發射光,故一投影機之 亮度丈該光源及該投影系統之光屐量之限制。用於減小 LED光源之光展量之—方法係使用二色性反射體以使咖 之兩個或兩個以上色彩在空間上重疊’使得其等展現為自 相同區帶發射。通常情況下’色彩結合器使用成約45度角 158553.doc 12 201237543 之二色性反射體》此引起一強烈的反射帶偏移,且限制該 二色性反射體之有用光譜及角度範圍。在一特定實施例 中,本發明揭示一種使用相對於入射光束成接近法線角之 二色性反射體結合不同色彩led之物件。 如熟習此項技術者所理解,該3個LED之組態可擴展至 其他色彩(包含黃光及紅外線光)。該等光源可包含與lED 結合之雷射,且亦可基於一全雷射系統。該等LED可由一 組發射紅色、綠色及藍色之短波長範圍之至少三原色及一 第一組發射紅色、綠色及藍色之長波長範圍之三原色組 成。此外,在其點處混合光之孔隙可併入一蠅眼陣列 (FEA)以提供進一步色彩整合。如他處所描述,此可由一 維或二維陣列透鏡(至少一維具有2至約20個透鏡)組成。 由於低成本及兩解析度LC〇s板之可得性,基於 可攜式投影系統變得越來越普遍。一用LED照明投 影機之一元件清單可包含(若干)LED光源、任選色彩結合 器、任選預偏振系統、中繼光學器件、PBS、LC〇s板及投 影透鏡單元。對於基於LCoS之投影系統,投影機之效率 及對比直接與進入PBS之光之偏振程度相關。出於至少此 原因,經常需要利用一反射/循環光學器件或一偏振轉換 光學元件之一預偏振系統。 利用偏振分光器及半波延遲器之偏振轉換方案為將偏振 光長_供至PBS中的最有效方式之一。偏振轉換光之一挑戰 在於:其可能遭受空間不均勻性,導致在所顯示之影像中 造成假影。因此,如他處所描述,在具有偏振轉換器之系 158553.doc 13 201237543 統中’將需要使用一均質化系統。 在一特定實施例中’用於一影像投影機之一照明器包含 一光源,其中將由該光源發射之非偏振光引導至一偏振轉 換器中。該偏振轉換器將該光分成兩條路徑(每個偏振狀 態一條路徑)。該兩個偏振狀態之各者之路徑長度大約相 等,及接著偏振光束可通過至一單塊FEA整合器。該單塊 FEA整合器可引起該等光束發散,且接著(例如)藉由使用 一空間光調變器以將一影像施加至該等光束及使用投影光 學器件以將該影像顯示於一螢幕上,引導該等光束以進行 進一步處理。 在一些情況中,光學投影機使用一非偏振光源(諸如, 一發光二極體(LED)或一放電燈)、一偏振選擇元件、一第 一偏振空間調變器及一第二偏振選擇元件。由於該第一偏 振選擇元件排斥自該非偏振光源發射之5〇%之光故偏振 選擇投影機可通常具有比非偏振裝置更低之一效率。、 增加偏振選擇投影機之效率之-技術係在該光源與該第 一偏振選擇元件之間添加一偏振轉換器。一般,有兩種設 計用於技術中的-偏振轉換器之方H種為:部^ 準直自該光源發射之光,將該經部分準直之光束傳送通過 透鏡陣列,及在各焦點處定位—偏振轉換器陣列。該偏 振轉換器通常具有擁有偏振選擇傾斜膜之—偏振分光哭 (例如’MaeNeille偏振11、—線栅偏振器或雙折射光學i ,振益)’其中所反射之偏振係藉由—傾斜反射體反射使 得-玄所反射之光束平行於藉由該傾斜偏振選擇膜透射之光 158553.doc -14· 201237543 束而傳播°將一偏振光束或另一偏振光束傳送通過半波延 遲器’使得兩個光束具有相同偏振狀態。 將非偏振光束轉換成具有一單一偏振狀態之一光束之另 一技術為:將整個光束傳送通過一傾斜偏振選擇器,及藉 由反射體及半波延遲器調節分離光束使得發射一單一偏振 狀態°以一偏振轉換器直接照明一偏振選擇空間光調變器 可導致亮度及色彩不均勻性。 在特疋貫施例中,一偏振轉換器可併入一蠅眼陣列 (FEA)以使一投影系統中的光均質化。該偏振轉換器之輸 出側包含一單塊FEA以使光均質化。該單塊FEA之輸入側 及輸出側包含相同數量之透鏡,其中輸出側上的各透鏡中 心大約位於輸入側上的一匹配透鏡之焦點處。該等透鏡可 為圓柱透鏡、雙凸透鏡、球面透鏡或非球面透鏡;然而, 在許多情況中,球面透鏡可為較佳。如他處所描述,該蠅 眼整合器及偏振轉換器可明顯改良投影機之亮度及色彩不 均勻性。 一般,可將一傾斜二色性板應用至基於PBS之色彩結合 器’如熟習此項技術者所熟知,傾斜二色性板可替代二色 性反射體。以此方式,光準直光學器件可提供用於輸入待 結合之若干色彩之光之一技術,及該傾斜二色性板可補償 自該光準直光學器件之光學軸移除之位置處輸入之光。用 於本發明之合適的基於PBS之色彩結合器包含描述於以下 專利的基於PBS之色彩結合器,例如:Pct專利公開案第 WO 2009/085856號,標喊為「Light Combiner」;第 w〇 I58553.doc -15- 201237543 2009/086310 號,標題為「Light Combiner」;第 WO 2009/139798 號,標題為「Optical Element and Color Combiner」;第 WO 2009/139799 號,標題為「Optical Element and Color Combiner」;及還有同在申請中的PCT 專利申請案第US 2009/062939號,標題為「Polarization Converting Color Combiner」;第 US 2009/063779號,標題 為「High Durability Color Combiner」;第 US 2009/064927 號,標題為「Color Combiner」及第 US 2009/064931 號, 標題為「Polarization Converting Color Combiner」;其等 之全部内容併入本文中" 圖1 A至圖1 C展示根據本發明之一態樣之一色彩結合器 100之一橫載面示意圖。色彩結合器1〇〇包含含有一第一透 鏡元件110及一第二透鏡元件120之一光收集光學器件 105。該光收集光學器件1〇5包含一光輸入表面U4及垂直 於該光輸入表面114之一光學軸1〇2。一第一光源丨4〇、一 第二光源150及一任選第三光源16〇各設置於面向該光輸入 表面114之一光注入表面1〇4上。如他處所描述,該第一光 源1 40、s亥第一光源1 50及該任選第三光源1 6〇之各者係經 設置以分別將一第一色彩光14 1、一第二色彩光1 5丨及一第 三色彩光161注入至該光輸入表面114中。 在一特定實施例中’光收集光學器件1〇5可為適於準直 自该第一光源140、該第二光源i 5〇及該任選第三光源j 6〇 發射之光之一光準直器。光收集光學器件1〇5可包含單個 透鏡光準直器(未展示)、一兩個透鏡光準直器(已展示)、 158553.doc 16 201237543 一繞射光學元件(未展示)或其之一組合。該兩個透鏡光準 直器具有包含經設置與該光輸入表面114相對之一第一凸 面112之第一透鏡元件11〇。第二透鏡元件120包含面向該 第一凸面112之一第二表面122,及與該第二表面122相對 之一第三凸面124。第二表面122可自一凸面、一平面及一 凹面選擇。 色彩結合器100進一步包含具有一第一稜鏡135、一第二 棱鏡136及設置於兩個稜鏡之間的一對角面上的一反射偏 振器137之一偏振分光器(PBS)l3〇。該第一稜鏡135包含一 第一稜鏡面〗31及一第二稜鏡面132,及該第二稜鏡136包 含與該第二稜鏡面132相對之一第三稜鏡面133及與該第一 稜鏡面131相對之一第四稜鏡面134。 該PBS包含展示於圖1A至圖1C中作為第二稜鏡面132之 一輸入表面、展示於圖1A至圖1C中作為第四稜鏡面134之 一輸出表面及一反射偏振器137。在一實施例中,該反射 偏振器137可對準於一第一偏振方向139。該反射偏振器 137係經定位使得來自該第一光源14〇、該第二光源15〇及 該任選第三光源16〇之輸入至該PBS 13〇之光以約一 45度角 斜截該反射偏振器137。在一實施例中,該斜截角在”度 至55度之範圍;在4〇度至5〇度之範圍;在们度至48度之範 圍;或在44.5度至45.5度之範圍。 該反射偏振器137可為任一已知反射偏振器,諸如,一 :acNeille偏振器、一線柵偏振器,多層光學膜偏振 器。根據-實施例’一多層光學膜偏振器可為一較佳第一 158553.doc -17- 201237543 反射偏振器。該第一反射偏振器可設置於兩個稜鏡之對角 面之間’或其可為一獨立膜,諸如,一薄皮。在一些實施 例中’當該第一反射偏振器設置於兩個稜鏡之間時,改良 該PBS光利用效率。在此實施例中,行進穿過該pBS之原 本將從光徑消失之光之一些可經歷稜鏡面之全内反射 (TIR)且重返該光徑。出於至少此原因,下列描述係關於 第一反射偏振器設置於兩個棱鏡之對角面之間的PBS ;然 而’應理解,該PBS可以用作為一薄皮時的相同方式運 作。在一態樣中,該等PBS稜鏡之所有外表面係經高度拋 光使得進入該PBS之光經歷TIR。以此方式,光包含於該 PBS内且該光經部分地均質化同時仍保留光展量。 在一特定實施例中,色彩結合器1 〇〇進一步包含沿著該 光學軸102面向該第三稜鏡面133而設置之一第二二色性板 18〇,使得該PBS 13〇、該第一透鏡元件11〇及該第二透鏡 元件120係在該第二二色性板18〇與該光輸入表面1丨4之 間。該第二二色性板180可經設置相對於該光學軸1〇2成一 第二二色性板傾斜角φΐ,且包含可反射該第一色彩光141 且透射所有其他色彩之光之一第一二色性反射體182。該 第二二色性板180進一步包含可反射該第二色彩光151且透 射所有其他色彩之光之一第二二色性反射體184。該第二 二色性板180又進一步包含可反射該第三色彩光丨61之一任 選第三二色性反射體186。在一些情況中,例如,當僅包 含一第一光源140及一第二光源150(即,省略任選第三光 源160)時’由於不需要透射其他波長(即,色彩)之光,故 158553.doc -18 · 201237543 笫二二色性反射體184可替代為一般性反射體,諸如,一 寬頻帶鏡子。在一些情況中,例如,當包含任選第二光、原 160時,在到達該第三二色性反射體186之前,由於所有其 他色彩之光已藉由其他二色性反射體反射,故任選第三二 色性反射體186亦可為一反射體,諸如,一寬頻帶鏡子。 製作該第二二色性板180使得傾斜該第一二色性反射體 182、該第二二色性反射體184及該任選第三二色性反射體 186之各者相對於該光學轴102成一二色性傾斜角。如他處 所描述’該等二色性傾斜角之各者可經選擇以將來自該第 一光源140 '該第二光源150及該任選第三光源16〇之各者 之所反射之光束引導返回至該PBS 130。二色性傾斜角之 一描述亦可見於例如:與本案申請於同一日之同在申請中 的美國專利申請案,標題為「Tilted Dichroic Celor Combiner I」(代理人檔案編號第66530US002號)及「Tilted
Dichroic Color Combiner II」(代理人標案編號第 66791US002號)。 在一特定實施例中,色彩結合器1 〇〇包含沿著該光學軸 102之一光學轴法線103面向該第一稜鏡面13ι而設置之一 第一二色性板170,使得該第一二色性板17〇係在鄰近於第 二二色性板180之一稜鏡面上。該第一二色性板1可經設 置相對於該光學軸法線103成一第一二色性板傾斜角φ2, 且包含可反射該第一色彩光141且透射所有其他色彩之光 之一第一二色性反射體172。該第一二色性板170進一步包 含可反射該第二色彩光151且透射所有其他色彩之光之一 158553.doc •19· 201237543 第二二色性反射體174。該第一二色性板i7〇又進—步包含 可反射該第三色彩光161之一任選第三二色性反射體”6。 在-些情況中’例如,當僅包含一第一光源刚及一第二 光源15〇(即,省略任選第三光源16〇)時,由於不需要透射 其他波長(即,色彩)之光,故第二二色性反射體174可替代 為一般性反射體,諸如,一寬頻帶鏡子。在一些情況中, 例如,當包含任選第三光源160時,在到達該第三二色性 反射體176之前,由於所有其他色彩之光已藉由其他二色 性反射體反射,故任選第三二色性反射體176亦可為一反 射體’諸如,一寬頻帶鏡子。 製作該第一二色性板i 7〇使得傾斜該第一二色性反射體 172、該第二二色性反射體174及該第三二色性反射體 之各者相對於該光學軸法線1〇3成一二色性傾斜角。如他 處所描述,該等二色性傾斜角之各者可經選擇以將來自該 第一光源140、該第二光源15〇及該任選第三光源16〇之各 者之所反射之光束引導返回至該pBS丨3〇。二色性傾斜角 之一描述亦可見於例如:與本案申請於同一曰之同在申請 中的美國專利申請案’標題為「Tilted Dichr〇ic c〇l〇r
Combiner I」(代理人檔案編號第6653〇us〇〇2號)及「丁出^ Dichroic Color Combiner II」(代理人檔案編號第 66791US002號)。 一延遲器138係定位於該第一傾,斜二色性板17〇及該第二 傾斜二色性板180之各者與該各自第一稜鏡面m及第三棱 鏡面133之間。如他處所描述,該延遲器ι38參與該等二色 158553.doc •20· 201237543 性反射體(172、174、176、182、184、186)之各者以改變 反射回至該PBS 130之光之偏振狀態。該延遲器可提供任 意所需延遲’諸如,一八分之一波延遲器、一四分之一波 延遲器及類似物。在本文所描述之實施例中,使用一四分 之一波延遲器及相關聯之反射偏振器係有利的。當線性偏 • 振光在通過經對準相對於光偏振軸成一 45。角之一四分之 一波延遲器時,將其改變成圓形偏振光。自色彩結合器中 的反射偏振器及四分之一波延遲器之後續反射導致自該光 結合器輸出之有效結合光。相反地,當線性偏振光通過其 他延遲器及定向時,將其改變成部分於s偏振與p偏振之間 的一偏振狀態(不是橢圓形就是線性),且可導致該結合写 之一較低效率。
根據下文所描述之一實施例,一色彩光結合系統接收來 自不同色彩非偏振光源之非偏振光,且產生亦為非偏振之 一結合光輸出。在-態樣中,藉由反射偏振器根據偏振 (例如,s偏振及p偏振)各分離最多三個所接收之色彩光。 根據一特定實施例,該延遲器為具有經對準相對於該第一 偏振方向139成45度之一慢軸之一四分之一波延遲器。 參考圖1A至圖1C,可透過該色彩結合器1〇〇描繪第—色 ' 彩光141、第二色彩光151及第三色彩光161之路徑。圖1A 展示沿著該光學軸1〇2設置之第一光源14〇,將第一色彩光 ⑷注入至該光輸人表面114中。第—色彩光i4i包含1 央第-色彩光射線W及兩個邊界第—色彩光射線⑷、 146,該兩個邊界第一色彩光射線表示一第一輸入準直角 158553.doc 201237543 Θ1内的光。該等第一色彩光射線142、144、146之各者通 過光收集光學器件105且進入PBS 130之第二稜鏡面132作 為一至少經部分準直之第一色彩光束。接著該等第一色彩 光射線142、144、146之各者斜截反射偏振器137且被分成 ρ偏振第一色彩光射線(實線)及s偏振第一色彩光射線(虛 線)。 S偏振第一色彩光射線(自反射偏振器137反射)透過第一 稜鏡面131自PBS 130出射’通過四分之一波延遲器138, 變成自第一二色性板170之第一二色性反射體172反射之圓 形偏振第一色彩光射線(圓形線),改變圓形偏振之方向。 接著圓形偏振第一色彩光射線再次通過四分之一波延遲器 138,變成ρ偏振第一色彩光射線,透過第一稜鏡面131再 次進入PBS 130’通過反射偏振器137,及透過第四稜鏡面 134自PBS 130出射作為非偏振準直第一輸出光148之ρ偏振 部分。 Ρ偏振第一色彩光射線(透過反射偏振器137透射)透過第 三棱鏡面133自PBS 130出射,通過四分之一波延遲5| 138 ’變成自第二二色性板180之第一二色性反射體182反 射之圓形偏振第一色彩光射線(圓形線),改變圓形偏振之 方向。接著,圓形偏振第一色彩光射線再次通過四分之一 波延遲器138’變成s偏振第一色彩光射線,透過第三稜鏡 面133再次進入PBS 130’自反射偏振器137反射及透過第 四棱鏡面134自PBS 130出射作為非偏振準直第一輸出光 148之s偏振部分。 158553.doc •22· 201237543 圖1B展示鄰近該光學軸102而設置之第一光源15〇,將第 一色彩光151/主入至該光輸入表面114中。第二色彩光Hi 包含一中央第二色彩光射線152及兩個邊界第二色彩光射 線154、156,該兩個邊界第二色彩光射線表示一第二輸入 準直角Θ2内的光。該等第二色彩光射線152、154、156之 各者通過光收集光學器件105且進入PBS 130之第二稜鏡面 132作為一至少經部分準直之第二色彩光束。接著該等第 二色彩光射線152、154、156之各者斜截反射偏振器137且 被分成P偏振第二色彩光射線(實線)及s偏振第二色彩光射 線(虛線)。爲了簡潔’透過顯示於圖1B中的色彩結合器 100僅描繪該中央第二色彩光射線152,然應理解,該等第 二色彩光射線丨52、154、156遵循類似路徑。 S偏振第二色彩光射線(自反射偏振器137反射)透過第一 稜鏡面131自PBS 130出射,通過四分之一波延遲器138, 變成通過第一二色性反射體172之圓形偏振第二色彩光射 線(圓形線),且接著自第一二色性板17 0之第二二色性反射 體174反射,改變圓形偏振之方向。圓形偏振第二色彩光 射線再次通過第一二色性反射體172及四分之一波延遲器 138,變成p偏振第二色彩光射線^ p偏振第二色彩光射線 透過第一稜鏡面131再次進入PBS 130,通過反射偏振器 137,且透過第四稜鏡面134自PBS 130出射作為非偏振準 直第二輸出光158之p偏振部分。 P偏振第二色彩光射線(透過反射偏振器137透射)透過第 三稜鏡面133自PBS 130出射,通過四分之一波延遲器 158553.doc -23- 201237543 138,變成通過第一二色性反射體i82及自第二二色性板 180之第 色性&射體184反射之圓形偏振第〕色彩光射 線(圓形線)’改變圓形偏振之方向。接著,圓形偏振第二 色彩光射線再次通過第—二色性反射體182及四分之一波 延遲器138 ’變成3偏振第二色彩光射線。s偏振第二色彩 光射線透過第三稜鏡面133再次進人咖13(),自反射偏振 器137反射及透過第四稜鏡面⑴自pBS 13()出射作為非偏 振準直第二輸出光158之s偏振部分。 圖ic展示鄰近該光學軸1()2而設置之任選第三光源16〇, 將第二色彩光161注入至該光輸入表面114中。第三色彩光 161包含一中央第三色彩光射線162及兩個邊界第三色彩光 射線164、166 ,該兩個邊界第三色彩光射線表示一第三輸 入準直角Θ3内的光。該等第三色彩光射線162、164、166 之各者通過光收集光學器件1〇5且進入pBS 13〇之第二稜鏡 面132作為一至少經部分準直之第三色彩光束。接著該等 第二色彩光射線162、164、166之各者斜截反射偏振器137 且被分成P偏振第三色彩光射線(實線)及$偏振第三色彩光 射線(虛線)。爲了簡潔,透過顯示於圖1C中的色彩結合器 100僅描繪該中央第三色彩光射線162,然應理解,該等第 三色彩光射線162、164、166遵循類似路徑。 s偏振第三色彩光射線(自反射偏振器137反射)透過第一 稜鏡面13 1自PBS 130出射,通過四分之一波延遲器138, 變成通過第一二色性反射體172之圓形偏振第三色彩光射 線(圓形線)’通過第二二色性反射體174,且接著自第一一 158553.doc -24- 201237543 色性板170之第三二色性反射體176反射,改變圓形偏振之 方向。圓形偏振第三色彩光射線再次通過第二二色性反射 體174、第一二色性反射體172及四分之一波延遲器138, 變成p偏振第三色彩光射線。P偏振第三色彩光射線透過第 一稜鏡面131再次進入PBS 130,通過反射偏振器137,且 透過第四稜鏡面134自PBS 130出射作為非偏振準直第三輸 出光168之p偏振部分。 P偏振第三色彩光射線(透過反射偏振器U7透射)透過第 二稜鏡面133自PBS 130出射,通過四分之一波延遲器 138,變成通過第一二色性反射體182、第二二色性反射體 184且自第二二色性板18〇之第三二色性反射體186反射之 圓形偏振第三色彩光射線(圓形線),改變圓形偏振之方 向。接著,圓形偏振第三色彩光射線再次通過第二二色性 反射體184、第一二色性反射體182及四分之一波延遲器 138 ’變成s偏振第三色彩光射線。s偏振第三色彩光射線 透過第三稜鏡面133再次進入PBS 130,自反射偏振器137 反射及透過第四稜鏡面134自PBS 130出射作為非偏振準直 第三輸出光168之s偏振部分。 在一特定實施例中,該第一輸入準直角Θ1、該第二輸入 準直角Θ2及該第三輸入準直角θ3之至少一者可為相同,及 與該第一光源140、該第二光源150及該任選第三光源160 之各者相關聯之注入光學器件(未展示)可約束此等輸入準 直角為以下角度:介於約1〇度至約8〇度之間、或介於約1〇 至約70度之間、或介於約1〇至約6〇度之間、或介於約1〇至 158553.doc -25- 201237543 約50度之間、或介於約1〇至約4〇度之間或介於約ι〇至約 30度之間或更小。在一些情況中’可製作該光收集光學器 件105及該第一二色性板m及該第二二色性板18〇使得該 箄輸出光148、該第二輸出光158及該第三輸出光168之 各者亦可包含相同的輸出準直角(未展示)。在一特定實施 例中,該等輸入準直角之各者在約6〇度至約7〇度之範圍, 及該等輸出準直角之各者可在小於約2G度、或小於約15度 或甚至】、於約12度之範圍,·即,可良好地準直輸出光。 圖2展示根據本發明之一態樣之一影像投影機丨之一示意 圖。影像投影機1包含一色彩結合器模組1〇可將一經部分 準直之結合色彩光輸出24注入至一均質化偏振轉換器模組 中,其中將該經部分準直之結合色彩光輸出24轉換成自 該均質化偏振轉換器模組30出射且進入一影像產生器模組 5 0之一經均質化之偏振光45。該影像產生器模組5〇輸出進 入一投影模組70之一成像光65,其中該成像光65變成一經 投影之成像光80。 如他處所描述,在一態樣中,色彩結合器模組1〇包含透 過色彩結合器200輸入之不同波長光譜的輸入光源。如他 處所描述,該色彩結合器200產生包含不同波長光譜光之 一經部分準直之結合色彩光輸出2 4。 在一態樣中,該等輸入光源為非偏振,及該經部分準直 之結合色彩光輸出24亦為非偏振。該經部分準直之結合色 彩光輸出24可為包括多於—個波長光譜之光之一多色結合 光。該經部分準直之結合色彩光輸出24可為所接收之光之 158553.doc • 26 · 201237543 各者之-時序輸出。在—態樣中,不同波長光譜之光之各 者對應於一不同色彩光(例如,紅色、綠色及藍色),及該 結合光輸出為白光或一時序紅色光、一時序綠色光及一時 序藍色光。出於本文所提供之描述之目的,「色彩光」及 「波長光譜光」兩者皆意謂具有一波長光譜範圍之光,若 該光為人眼可見,則其可與一特定色彩相關。較為一般的 術語「波長光譜光」係指同為可見及包含(例如)紅外線光 之其他波長光譜光。 根據I、樣各輸入光源包括一或多個發光二極體 (LED)。可使用各種光源,諸如,雷射,雷射二極體、有 機LED(OLED),及非固態光源(諸如,具有適當收集器或 反射體之超高壓(UHP)燈、鹵素燈或氙燈)。用於本發明之 光源、光準直器、透鏡及光整合器係進一步描述於(例如) 公開之美國專利申請案第us 2〇〇8/〇285129號中,其揭露 内容全文包含於本文中。 在一態樣中,均質化偏振轉換器模組3〇包含一偏振轉換 器40可將非偏振之經部分準直之結合色彩光輸心轉換成 經均質化之偏振光45。均質化偏振轉換器模組3〇進一步可 包含一單塊透鏡陣列42,諸如可均質化及改良經部分準直 之結合色彩光輸出24之均勻性之他處所描述之一任選單塊 透鏡FEA,該經部分準直之結合色彩光輸出24自該均質化 偏振轉換器模組30出射作為經均質化之偏振光45。與該均 質化偏振轉換器模組30相關聯之任選FEA之代表性配置係 描述於(例如)以下同在申請中的美國專利:第61/346183 158553.doc •27- 201237543 號,標題為「FLY EYE INTEGRATOR POLARIZATION CONVERTER」(申請於2010年5月19日,代理人檔案編號 第 66247US002 號);第 61/346190 號,標題為 「POLARIZED PROJECTION ILLUMINATOR」(申請於 2010年5月19日,代理人檔案編號第662491;3002號);及第 61/346193號,標題為「COMPACT ILLUMINATOR」(申請 於2010年5月19日,代理人檔案編號第66360US002號)。 在一態樣中,影像產生器模組50包含一偏振分光器 (PBS)56、代表性成像光學器件52、54及協作以將該經均 質化之偏振光45轉換成一成像光65之一空間光調變器58。 合適的空間光調變器(即,影像產生器)先前已描述於以下 專利例如:美國專利第7,362,507號(Duncan等人)、第 7,529,029 號(Duncan 等人);美國公開案第 2008-0285129-A1號(Magarill等人);及還有PCT公開案第WO 2007/016015 號(Duncan等人)。在一特定實施例中,經均質化之偏振光 45為源於該任選FEA之各透鏡之一發散光。在通過成像光 學器件52、54及PBS 56之後,經均質化之偏振光45變成均 勻地照明該空間光調變器之成像光60。在一特定實施例 中,來自該任選FEA中的透鏡之各者之發散光射線束之各 者照明該空間光調變器58之一主要部分使得該等個別發散 射線束互相重疊。 在一態樣中,投影模組70包含可用於投影成像光65作為 經投影之光80之代表性投影光學器件72、74、76。合適的 投影光學器件72、74、76先前已予以描述’且為熟習此項 158553.doc -28- 201237543 技術者所熟知。 下文為本發明之一實施例清單。 項目1為一色彩結合器’其包括:具有一光輸入表面及 一光學軸之一光收集光學器件;經設置以將第一色彩光及 一第一色彩光注入至該光輸入表面中的一第一光源及一第 二光源,該第一光源及第二光源之至少一者自該光學軸位 移;面向該光收集光學器件且與該光輸入表面相對之一偏 振分光器(PBS)之一第一面,該PBS包含經設置相對於該光 干軸成一偏振角之·一反射偏振器;面向與該光收集光學器 件相對之該PBS之一第二面而設置之一第一二色性板,該 第一二色性板經設置相對於該光學轴成一第一傾斜角;面 向該PBS之一第三面而設置一第二二色性板,該第二二色 性板經設置相對於該光學軸成一第二傾斜角;及分別設置 於該PBS與該第一二色性板之間及該PBS與該第二二色性 板之間的一第一延遲器及一第二延遲器,其中該第一二色 性板及第--色性板之各者包含可反射第一色彩光且透射 其他色彩光之一第一二色性反射體,及可反射第二色彩光 之一第一反射體’及此外其中各傾斜該第一二色性反射體 及該第二反射體使得該第一色彩光束及該第二色彩光束在 一輸出方向上自該PBS出射作為一經準直之結合色彩光 束。 項目2為項目1之色於結合器,其中該光收集光學器件包 括光準直光學器件。 項目3為項目2之色於結合器,其中該光準直光學器件包 158553.doc -29- 201237543 括單個透鏡没計、一兩個透鏡設計、一繞射光學元件或 其之一組合。 與項目4為項目1至項目3之色彩結合器’其中該光收集光 子器件包括.具有與該光輸入表面相對之一第一凸面之一 第透鏡,及具有面向該第一凸面之一第二表面及與該第 二表面相對之一第三凸面之一第二透鏡。 "項目5為項目!至項目4之色彩結合器,其中該第一色彩 光及該第二色彩光之各者包含-第-發散角,及該結合色 彩光束包含包括小於約2〇度之一角度之一第二發散角。 項目6為項目丨至項目5之色彩結合器,其中各第二反射 體包括一寬頻帶鏡子。 項目7為項目1至項目6之色彩結合器,其中至少一第二 反射體包括可反射該第二色彩光且透射其他色彩光之一第 二二色性反射體。 項目8為項目1至項目7之色彩結合器,其進一步包括經 設置以將一第三色彩光注入至該光輸入表面中之一第三光 源及其中該第一二色性板及該第二二色性板各進一步包括 可引導該第三色彩光以在輸出方向上出射作為經準直之結 合色彩光束之一第三反射體。 項目9為項目8之色彩結合器,其中該第三反射體包括一 寬頻帶鏡子。 項目10為項目8或項目9之色彩結合器,其中該第三反射 體包括可反射該第三色彩光且透射其他色彩光之一第三二 色性反射體。 158553.doc -30- 201237543 項目11為項目5之色彩結合器,其中該第二發散角包栝 小於約15度之一角度。 項目12為項目5之色彩結合器,其中該第二發散角包栝 小於約12度之一角度。 項目13為一色彩結合器,其包括:具有一光輸入表面及 一光學轴之一光收集光學器件;經設置以將一第一色彩 光、一第二色彩光及一第三色彩光注入至該光輸入表面中 的一第一光源、一第二光源及一第三光源,該第_光源、 該第二光源及該第三光源之至少兩者自該光學軸位移;面 向該光收集光學器件且與該光輸入表面相對之一偏振分光 器(PBS)之一第一面’該PBS包含經設置相對於該光學轴成 一偏振角之一反射偏振器;面向與該光收集光學器件相對 之該PBS之一第二面而設置之一第一二色性板,該第一二 色性板經設置相對於該光學軸成一第一傾斜角;面向該 PBS之一第三面而設置之一第二二色性板,該第二二色性 板經設置相對於該光學軸成一第二傾斜角;及分別設置於 該PBS與該第一二色性板之間及該PBS與該第二二色性板 之間的一第一延遲器及一第二延遲器,其中該第一二色性 板及該第二二色性板之各者包含可反射該第一色彩光且透 射其他色彩光之一第一二色性反射體、可反射該第二色彩 光且透射其他色彩光之一第二二色性反射體及一第三反射 體’及此外其中各傾斜該第一二色性反射體、該第二二色 性反射體及該第三反射體使得該第一色彩光束、該第二色 彩光束及該第二色彩光束在一輸出方向上自該PBS出射作 158553.doc •31 · 201237543 為一經準直之結合色彩光束。 項目W為項目13之色彩結合器,其中該第一色彩光、該 第一色彩光及該第三色彩光之各者包含一第一發散角,及 該經準直之結合色彩光束包含包括小於約20度之一角度之 一第二發散角。 項目15為項目13或項目14之色彩結合器,其中該第三反 射體為一寬頻帶鏡子。 項目16為項目π至項目15之色彩結合器,其中該第三反 射體為可反射該第三色彩光且透射其他色彩光之一第三二 色性反射體。 項目17為項目14至項目16之色彩結合器,其中 散角包括小於約15度之一角度 項目18為項目14至項目17之色彩結合器,其中該第二 散角包括小於約12度之一角度。 項目19為一影像投影機,其包括:項目i至項目似 彩結合器;經設置以接受該第—色彩光、該第二色彩光 該第三色彩光且輸出-偏振第_色彩光、—偏振第二色: 光及一偏振第S色彩光之一偏振轉才奐器;經設置以將一: 像施加至該偏振第一色彩光、該第二偏振色彩光及該第 偏振色彩光之一空間光調變器;及投影光學器件。 項目20為項目19之影像投影機,其中該空間光調㈣j 括一石夕上液晶(LC°S)或-透射型液晶顯示器(LCD)。 除非另外指示,用於說明書及申請專利範圍中的表示; 徵尺寸 '數量及物理特性之杯女 a 之所有數干被理解為藉由術1 158553.doc •32· 201237543 約」修飾。因此,除非做出相反指示,闡釋於前述說明 書及隨附申請專利範圍中的數字參數為近似值,其可取決 於藉由熟習此項技術者利用本文所揭示之教示而試圖獲得 之所需性質而改變。 除了本文所引用之所有參考文獻及公開案可能直接與本 發明矛盾之範圍之外,其全部内容以引用的方式明確地併 入本文中。儘管特實施例已在本文中予以繪示及描述, 然熟習此項技術者應瞭解,在残離本發明之料之情況 下,各種替代或等效實施方案可代替所展示及描述之特定 :施例。預期本申請案涵蓋本文所討論之特定實施例之任 心改變及變更。因此,預期本發明僅 等效物之限制。 甲-專利範圍及其 【圖式簡單說明】 圖1A展示一色彩結合器之一橫截面示意圖; 圖1B展示一色彩結合器之一橫截面示意圖; 及 圖1C展示一色彩結合器之一橫截面示意圖; 圖2展示—影像投影機之一示意圖。 【主要元件符號說明】 10 24 30 40 42 影像投影機 色彩結合器模組 經部分準直之結合色彩光輪出 均質化偏振轉換器模組 偏振轉換器 早塊透鏡陣列 I58553.doc •33· 201237543 45 經均質化之偏振光 50 影像產生器模組 52 成像光學器件 54 成像光學器件 56 偏振分光器 58 空間光調變器 60 成像光 65 成像光 70 投影模組 72 投影光學器件 74 投影光學器件 76 投影光學器件 80 經投影之光/經投影之成像光 100 色彩結合器 102 光學軸 103 光學轴法線 104 光注入表面 105 光收集光學器件 110 第一透鏡元件 112 第一凸面 114 光輸入表面 120 第二透鏡元件 122 第二表面 124 第三凸面 158553.doc -34- 201237543 130 偏振分光器 131 第一複鏡面 132 第二稜鏡面 133 第三稜鏡面 134 第四棱鏡面 135 第一稜鏡 136 第二稜鏡 137 反射偏振器 138 延遲器 139 第一偏振方向 140 第一光源 141 第一色彩光 142 中央第一色彩光射線 144 邊界第一色彩光射線 146 邊界第一色彩光射線 148 非偏振準直第一輸出. 150 第二光源 151 第二色彩光 152 中央第二色彩光射線 154 邊界第二色彩光射線 156 邊界第二色彩光射線 158 非偏振準直第二輸出 160 第三光源 161 第三色彩光 158553.doc 35- 201237543 162 164 166 168 170 172 174 176 180 182 184 186 200 φΐ φ2 Θ1 Θ2 Θ3 中央第三色彩光射線 邊界第三色彩光射線 邊界第三色彩光射線 非偏振準直第三輸出光/第三輸出光 第一二色性板 第一二色性反射體 第二二色性反射體 第三二色性反射體 第二二色性板 第一二色性反射體 第二二色性反射體 第三二色性反射體 色彩結合器 第二二色性板傾斜角 第一二色性板傾斜角 第一輸入準直角 第二輸入準直角 第三輸入準直角 I58553.doc 36·

Claims (1)

  1. 201237543 七、申請專利範圍: 1. 一種色彩結合器,其包括: 一光收集光學器件,其具有一光輸入表面及一光學 軸; 一第一光源及一第二光源,其等經設置以將一第—色 彩光及一第二色彩光注入至該光輸入表面中,該第—光 源及第二光源之至少一者自該光學軸位移; 一偏振分光器(PBS)之一第一面,其面向該光收集光 學器件且與該光輸入表面相對,該PBS包含經設置相對 於該光學軸成一偏振角之—反射偏振器; 一第一一色性板,其面向與該光收集光學器件相對之 該PBS之-第二面而設置,該第一二色性板經設置相對 於該光學軸成一第一傾斜角; 一第二二色性板,其面向該pBS之一第三面而設置, 該第二二色性板經設置相對於該光學軸成一第二傾斜 角;及 -第-延遲器及一第二延遲器,其分別設置於該pBs 與該第一二色性板之間及該PBS與該第二二色性板之 間, 其中該第一二色性板及第二二色性板之各者包含可反 射該第-色彩光且透射其他色彩光之一第色性反射 體及可反射該第二色彩光之—第二反射體,及此外 其中各傾斜該第一二色性反射體及該第二反射體使得 該第-色彩光束及該第二色彩光束在一輪出方向上自該 158553.doc 201237543 PBS出射作為一經準直之結合色彩光束。 2.如請求項1之色彩結合器,其中該光收集光學器件包括 光準直光學器件。 3 ·如明求項2之色彩結合器,其中該光準直光學器件包括 一單個透鏡設計、一兩個透鏡設計、一繞射光學元件或 其之一組合。 4.如請求項1之色彩結合器,其中該光收集光學器件包 括: 一第一透鏡’其具有與該光輸入表面相對之一第一凸 面;及 一第二透鏡,其具有面向該第一凸面之一第二表面及 與該第二表面相對之一第三凸面。 5. 如請求項!之色彩、结合器,其中該帛—色彩*及該第二 色彩光之各者包含一第一發散角,及該經準直之結合色 彩光束包含包括小於約20度之一角度之—第二發散角。 6. 如請求項丨之色彩結合器,其中各第二反射體包括一寬 頻帶鏡子。 7·如請求们之色彩結合器,其中至少一第二反射體包括 可反射該第二色彩光且透射其他色彩光之一第二二色性 反射體。 8·如請求们之色彩結合器’其進一步包括經設置以將一 第三色彩光注入至該光輸入表面中的—第三光源,及1 中該第-二色性板及第二二色性板各進一步包括可引導 该第二色彩光以在該輸出方向上出射作為經結合之色彩 158553.doc 201237543 光束之〜第三反射體。 9_如6青求項8之色彩結合器,其中該第三反射體包括一寬 頻帶鏡子。 1 〇·如4求項8之色彩結合器,其中該第三反射體包括可反 射。玄第二色彩光且透射其他色彩光之一第三二色性反射 • 體。 11·如請求項5之色彩結合器,其中該第二發散角包括小於 約15度之一角度。 12. 如請求項5之色彩結合器,其中該第二發散角包括小於 約1 2度之一角度。 13. —種色彩結合器,其包括: 一光收集光學器件,其具有一光輸入表面及一光學 軸; 一第一光源、一第二光源及一第三光源,其等經設置 以將一第一色彩光、一第二色彩光及一第三色彩光注入 至該光輸入表面中,該第一光源、該第二光源及該第三 光源之至少兩者自該光學軸位移; 一偏振分光器(PBS)之一第一面,其面向光收集光學 ' 器件且與該光輸入表面相對,該PBS包含經設置相對於 - 該光學軸成一偏振角之一反射偏振器; 一第一二色性板’其面向與該光收集光學器件相對之 該PBS之一第二面而設置,該第一二色性板經設置相對 於該光學軸成一第一傾斜角; 一第二二色性板,其面向該pBS之一第三面而設置, 158553.doc 201237543 忒第一—色性板經設置相對於該%學軸& —第二傾 角;及 第延遲器及一第二延遲器,其分別設置於該_ 與垓第-一色性板之間及該ρΒ§與該第二二色性板之 間, 其中該第一二色性板及第二二色性板之各者包含可反 射該第-色彩光且透射其他色彩光之一第一二色性反射 體及可反射該第二色彩光且透射其他色彩光之一第二二 色性反射體,及一第三反射體,及此外 其中各傾斜該第一二色性反射體、該第二二色性反射 體及β玄第二反射體使得該第一色彩光束、該第二色彩光 束及该第三色彩光束在一輸出方向上自該pBS出射作為 一經準直之结合色彩光束。 14. 15. 16. 17. 如叫求項13之色彩結合器,其中該第一色彩光、該第二 色彩光及該第二色彩光之各者包含一第一發散角,及該 經準直之結合色彩光束包含包括小於約2〇度之一角度之 一第二發散角。 如凊求項1 3之色彩結合器,其中該第三反射體為一寬頻 帶鏡子。 如凊求項13之色彩結合器,其中該第三反射體為可反射 。玄第二色彩光且透射其他色彩光之一第三二色性反射 體》 如4求項14之色彩結合器’其中該第二發散角包括小於 約15度之一角度。 158553.doc -4- 201237543 18. 如請求項14之色彩結合器,其中該第二發散角包括小於 約12度之一角度。 ; 19. 一種影像投影機’其包括: 如明求項8或請求項13之色彩結合器; 一偏振轉換器,其經設置以接受該第一色彩光、 二色彩光及該第三色彩光且輸出一偏振第一色彩光、〜 偏振第二色彩光及—偏振第三色彩光; 一空間光調變器,其經設置以將—影像施加至該偏持 第一色彩光、該偏振第二色彩光及該偏振第三色彩光、 投影光學器件。 %如請求項19之影像投影機,其中該空間光調變器包括一 矽上液晶(LCoS)成像器或-透射型液晶顯示器⑽” 158553.doc
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WO (1) WO2012039895A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2657760B1 (en) * 2010-12-21 2016-07-20 Nec Display Solutions, Ltd Projector and image display method
JP5950939B2 (ja) 2010-12-29 2016-07-13 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 屈折型偏波変換器及び偏光色合成器
TW201327014A (zh) * 2011-10-24 2013-07-01 3M Innovative Properties Co 偏斜雙色偏光之色彩結合器
EP2771734B1 (en) 2011-10-24 2017-07-19 3M Innovative Properties Company Tilted dichroic polarizing beamsplitter
US10477194B2 (en) 2012-04-25 2019-11-12 3M Innovative Properties Company Two imager projection device
WO2014093085A1 (en) * 2012-12-10 2014-06-19 3M Innovative Properties Company Reflective fly eye array illuminator
TW201447377A (zh) * 2013-06-07 2014-12-16 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 雷射合光裝置
DE102013212685A1 (de) * 2013-06-28 2014-12-31 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Strahlbeeinflussungsoptik und Strahlformungssystem
JP2015163947A (ja) * 2014-02-03 2015-09-10 キヤノン株式会社 光源光学系およびこれを用いた光源装置、画像表示装置
WO2015132906A1 (ja) 2014-03-05 2015-09-11 Necディスプレイソリューションズ株式会社 投写型表示装置および画像表示方法
CN104977722A (zh) * 2014-04-03 2015-10-14 光宝科技股份有限公司 投影装置
US9335555B1 (en) * 2014-10-18 2016-05-10 National Taiwan Normal University Device for converting unpolarized incident light into polarized emitting light
CN107710050A (zh) 2015-06-30 2018-02-16 3M创新有限公司 照明器
CN106773488B (zh) * 2017-01-13 2018-07-24 明基智能科技(上海)有限公司 激光投影机
TWI630454B (zh) * 2017-01-24 2018-07-21 佳世達科技股份有限公司 雷射投影機
CN109791298A (zh) * 2017-08-04 2019-05-21 深圳市柔宇科技有限公司 光学成像系统和头戴设备
JP6436514B2 (ja) * 2018-01-12 2018-12-12 Necディスプレイソリューションズ株式会社 投写型表示装置
GB2570302A (en) 2018-01-17 2019-07-24 Wave Optics Ltd Light projector
JP6611019B2 (ja) * 2018-02-27 2019-11-27 ウシオ電機株式会社 光源装置、プロジェクタ
JP6939669B2 (ja) * 2018-03-20 2021-09-22 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
WO2019181404A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 ソニー株式会社 画像表示装置
JP2019211530A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 ウシオ電機株式会社 光源装置、プロジェクタ

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5648860A (en) 1992-10-09 1997-07-15 Ag Technology Co., Ltd. Projection type color liquid crystal optical apparatus
EP0762781B1 (en) * 1995-09-07 2001-12-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical apparatus, projection display apparatus and optical compensation method
JP4273642B2 (ja) 2000-07-24 2009-06-03 コニカミノルタオプト株式会社 単板式液晶プロジェクタ
JP4055610B2 (ja) 2002-03-22 2008-03-05 セイコーエプソン株式会社 画像表示デバイス及びプロジェクタ
US7095541B2 (en) 2002-12-03 2006-08-22 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Science Method of generating area light source by scanning, scanning area light source and laser projection television using the same
JP4016876B2 (ja) 2003-04-23 2007-12-05 セイコーエプソン株式会社 プロジェクタ
US7083304B2 (en) 2003-08-01 2006-08-01 Illumination Management Solutions, Inc. Apparatus and method of using light sources of differing wavelengths in an unitized beam
US7503659B2 (en) 2005-06-02 2009-03-17 3M Innovative Properties Company Multiple location illumination system and projection display system employing same
US7529029B2 (en) 2005-07-29 2009-05-05 3M Innovative Properties Company Polarizing beam splitter
US20070023941A1 (en) 2005-07-29 2007-02-01 Duncan John E Method for making polarizing beam splitters
US7362507B2 (en) 2005-07-29 2008-04-22 3M Innovative Properties Company Polarizing beam splitter
US7673993B2 (en) * 2005-12-22 2010-03-09 3M Innovative Properties Company Projection system using reflective polarizers
US7821713B2 (en) 2007-05-18 2010-10-26 3M Innovative Properties Company Color light combining system for optical projector
CN101398536B (zh) * 2007-09-24 2011-05-04 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 立体投影光学系统
KR20100112115A (ko) * 2007-12-03 2010-10-18 디지슬라이드 홀딩즈 리미티드 엘이디 어레이와 색선별 쐐기를 이용한 소형 투사 장치
CN101952766B (zh) 2007-12-28 2012-07-11 3M创新有限公司 光组合器
KR20100099747A (ko) * 2007-12-28 2010-09-13 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 광 조합기
CN102084283A (zh) 2008-05-15 2011-06-01 3M创新有限公司 光学元件和合色器
EP2283391B1 (en) * 2008-05-15 2014-07-23 3M Innovative Properties Company Optical element and color combiner
JP5315845B2 (ja) * 2008-08-07 2013-10-16 株式会社リコー 照明装置及び投影型画像表示装置
EP2359182A4 (en) 2008-11-19 2012-10-24 3M Innovative Properties Co COLOR COMBINATOR WITH POLARIZATION CONVERSION
JP2012509511A (ja) 2008-11-19 2012-04-19 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 色合成器
CN102282497B (zh) 2008-11-19 2014-07-02 3M创新有限公司 高耐久性合色器
US20130057786A1 (en) 2010-05-19 2013-03-07 3M Innovative Properties Company Polarized projection illuminator
EP2572231A2 (en) 2010-05-19 2013-03-27 3M Innovative Properties Company Fly eye integrator polarization converter
WO2011146569A2 (en) 2010-05-19 2011-11-24 3M Innovative Properties Company Compact illuminator
KR20130108357A (ko) 2010-09-22 2013-10-02 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 경사형 이색성 색상 조합기 ⅰ
US20130169893A1 (en) 2010-09-22 2013-07-04 3M Innovative Properties Company Tilted dichroic color combiner ii

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