專利名稱：高耐久性合色器的制作方法
高耐久性合色器
背景技術(shù)：
用于將圖像投影到屏幕上的投影系統(tǒng)可使用多色光源，例如發(fā)光二極管(LED)，其具有不同顏色以生成照明光。在LED和圖像顯示單元之間設(shè)置若干光學(xué)元件，用于將來自 LED的光組合并轉(zhuǎn)移到圖像顯示單元。圖像顯示單元可以使用多種方法來將圖像施加到光上。例如，正如透射型或反射型液晶顯示器一樣，圖像顯示單元可以利用偏振。用于將圖像投影在屏幕的其它投影系統(tǒng)可使用來自數(shù)字微鏡陣列進(jìn)行影像反射所配置的白光，例如用于德州儀器公司(Texas Instruments)的數(shù)字光學(xué)處理器(DLP )顯示器中的微鏡陣列。在DLP 顯示器中，數(shù)字微鏡陣列中的各個反射鏡表示所投影圖像的各個像素。當(dāng)顯示像素所對應(yīng)的反射鏡傾斜以使得入射光導(dǎo)向到投影光路時，該顯示像素被照亮。安置在光路內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)色輪被定時為對來自數(shù)字微鏡陣列的光進(jìn)行反射，從而使得反射的白光經(jīng)濾光來投射與像素對應(yīng)的顏色。數(shù)字微鏡陣列然后切換到下一個需要的像素顏色，并且這個過程以非常迅速的速度繼續(xù)進(jìn)行，從而使得整個投影的顯示內(nèi)容看起來被持續(xù)照亮。數(shù)字微鏡投影系統(tǒng)需要較少的像素化陣列部件，這可形成較小尺寸的投影儀。LED照明正成為投影照明的常用方法。LED提供長壽命、高色域、高效率、選通順序成像器的能力，并且不含汞。然而，LED具有相對低的亮度。至少使由紅光、綠光和藍(lán)光LED 制成的白色光源的有效亮度加倍的一種方式為使用合色器，該合色器使用二向色濾光器以使LED的各個顏色在光學(xué)上看起來彼此空間重疊。這種類型的裝置被廣義地描述為“合色器。合色器通常使用相對于從其穿過的光束傾斜的二向色濾光器。3Μ公司最近已開發(fā)出下述合色器，其中二向色濾光器與LED輸出的平均光路成垂直入射角度，并且光通過反射型偏振器和四分之一波片的組合進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)向。圖像亮度是投影系統(tǒng)的重要參數(shù)。色光源的亮度和光的會聚、組合、均勻化以及將光傳送到圖像顯示單元的效率均會影響亮度。由于現(xiàn)代投影儀系統(tǒng)的尺寸減小，因此在保持足夠的輸出亮度水平的同時，將色光源所產(chǎn)生的熱保持在低水平，以致可在小型投影儀系統(tǒng)中散熱。需要光組合系統(tǒng)以更高的效率組合多路色光，從而得到具有足夠亮度水平的輸出光，而光源的功耗不大。另外需要一種光組合系統(tǒng)，該光組合系統(tǒng)以該光組合器中的波長敏感元件的劣化降至最低的方式來導(dǎo)向不同波長譜的光。

發(fā)明內(nèi)容
一般來講，本說明書涉及高耐久性光學(xué)元件、使用該光學(xué)元件的合色器和使用該合色器的圖像投影儀。在一個方面，光學(xué)元件包括第一選色型二向色濾光器，其具有第一輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第一輸入表面的第一色光束；選色型二向色鏡，其設(shè)置為以成大約45度角與第一色光束相交；以及反射型偏振器，其設(shè)置為鄰近選色型二向色鏡且位于與第一選色型二向色濾光器相反的一側(cè)。選色型二向色鏡能夠反射第一色光束的主要部分。在一個實施例中，第一色光束包括能使反射型偏振器劣化的光的波長。在另一個實施例中，光學(xué)元件還包括第二選色型二向色濾光器，其具有第二輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第二輸入表面的第二色光束，并且以成大約45度角與反射型偏振器相交，其中選色型二向色鏡能夠透射第二色光束的主要部分。在另一個實施例中，光學(xué)元件還包括第三選色型二向色濾光器，其具有第三輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第三輸入表面的第三色光束，并且以成大約45度角與反射型偏振器相交，其中選色型二向色鏡能夠透射第三色光束的主要部分。在另一方面，合色器包括光學(xué)元件。光學(xué)元件包括第一選色型二向色濾光器，其具有第一輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第一輸入表面的第一色光束；選色型二向色鏡，其設(shè)置為以成大約45度角與第一色光束相交；以及反射型偏振器，其設(shè)置為鄰近選色型二向色鏡且位于與第一選色型二向色濾光器相反的一側(cè)，其中選色型二向色鏡能夠反射第一色光束的主要部分。在一個實施例中，第一色光束包括能夠使反射型偏振器劣化的波長的光。在另一個實施例中，光學(xué)元件還包括第二選色型二向色濾光器，其具有第二輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第二輸入表面的第二色光束，并且以成大約45度角與反射型偏振器相交，其中選色型二向色鏡能夠透射第二色光束的主要部分。在另一個實施例中，光學(xué)元件還包括第三選色型二向色濾光器，其具有第三輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第三輸入表面的第三色光束，并且以成大約45度角與反射型偏振器相交，其中選色型二向色鏡能夠透射第三色光束的主要部分。在另一方面，投影系統(tǒng)包括光學(xué)元件。光學(xué)元件包括第一選色型二向色濾光器，其具有第一輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第一輸入表面的第一色光束；選色型二向色鏡，其設(shè)置為以成大約45度角與第一色光束相交；以及反射型偏振器，其設(shè)置為鄰近選色型二向色鏡且位于與第一選色型二向色濾光器相反的一側(cè)，其中選色型二向色鏡能夠反射第一色光束的主要部分。在一個實施例中，第一色光束包括能夠使反射型偏振器劣化的波長的光。 在另一個實施例中，光學(xué)元件還包括第二選色型二向色濾光器，其具有第二輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第二輸入表面的第二色光束，并且以成大約45度角與反射型偏振器相交， 其中選色型二向色鏡能夠透射第二色光束的主要部分。在另一個實施例中，光學(xué)元件還包括第三選色型二向色濾光器，其具有第三輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第三輸入表面的第三色光束，并且以成大約45度角與反射型偏振器相交，其中選色型二向色鏡能夠透射第三色光束的主要部分。在另一方面，光學(xué)元件包括第一選色型二向色濾光器，其具有第一輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第一輸入表面的第一色光束；反射型偏振器，其設(shè)置為以成大約45度角與第一色光束相交；輸出表面，其設(shè)置為沿垂直于輸出表面的輸出方向透射第一色光束；以及選色型二向色鏡，其設(shè)置為以成大約45度角與第一色光束和第二色光束相交。選色型二向色鏡能夠沿輸出方向反射第二色光束的第一主要部分，并且沿輸出方向透射第一光束的第二主要部分。在一個實施例中，光學(xué)元件還包括第二選色型二向色濾光器，其具有第二輸入表面且設(shè)置為透射垂直于第二輸入表面的第三色光束，所述第三色光束能夠以成大約45 度角與反射型偏振器和選色型二向色鏡相交。選色型二向色鏡能夠沿輸出方向透射第三光束的第三主要部分。


整個說明書中都參考了附圖，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，并且其中
圖IA為光學(xué)元件的示意圖。圖IB為PBS的透視圖。圖2為PBS的透視圖。圖3A-3D為光組合器的俯視圖。圖4為拋光PBS的俯視圖。圖5為分光器的俯視圖。圖6A-6B示出了兩通道合色器。圖7A-7B示出了合色器。圖8為透射光譜的曲線圖。圖9為投影儀的示意圖。附圖未必按比例繪制。在附圖中使用的相同的標(biāo)號表示相同的部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定附圖中使用標(biāo)號指示部件并非意圖限制另一個附圖中用相同標(biāo)號標(biāo)記的部件。
具體實施例方式本文所述的光學(xué)元件可構(gòu)造成高耐久性合色器，該高耐久性合色器接收不同波長譜的光，并且產(chǎn)生包括不同波長譜的光的組合輸出光。在一個方面，接收輸入光為偏振的， 并且組合輸出光為偏振的。在另一方面，接收輸入光為非偏振的，并且組合輸出光為非偏振的。在一些實施例中，組合光具有與所接收光中的每一者相同的集光率。組合光可以是具有不止一種波長譜的光的多色組合光。組合光可以是每個所接收光的按時間排序的輸出。 在一個方面，不同波長譜的光中的每一者對應(yīng)于不同色光(如紅光、綠光和藍(lán)光)并且組合輸出光是白光或者按時間排序的紅光、綠光和藍(lán)光。為了本文說明之目的，“色光”和“波長譜光”都旨在意指具有可與特定顏色(如果肉眼可見)相關(guān)的波長譜范圍的光。更普通的術(shù)語“波長譜光”是指可見的和其他波長譜的光，其包括，例如，紅外線。同樣為了本文說明之目的，術(shù)語“與所需偏振態(tài)對準(zhǔn)”旨在涉及光學(xué)元件的透光軸與穿過該光學(xué)元件的光的所需偏振態(tài)(即，諸如s偏振、ρ偏振、右圓偏振、左圓偏振等等之類的所需偏振態(tài))的對準(zhǔn)。在本文參照附圖所述的一個實施例中，諸如與第一偏振態(tài)對準(zhǔn)的偏振器之類的光學(xué)元件是指下述取向的偏振器，即通過P偏振態(tài)的光并且反射或吸收第二偏振態(tài)(在此情況下為S偏振態(tài))的光。應(yīng)當(dāng)理解，如果需要，偏振器可相反進(jìn)行對準(zhǔn)以通過S偏振態(tài)的光，并且反射或吸收P偏振態(tài)的光。同樣為了本文說明之目的，術(shù)語“面向”是指設(shè)置一個元件使得元件表面的垂直線沿著同樣垂直于其他元件的光路。一個面向另一個元件的元件可包括鄰近彼此設(shè)置的元件。一個面向另一個元件的元件還包括，被光學(xué)分離以便垂直于一個元件的光線同樣垂直于另一個元件的元件。根據(jù)一個方面，光學(xué)元件包括設(shè)置為以透射射向反射型偏振器的第一色光的第一選色型二向色濾光器。第一色光以接近垂直入射角度(即，與濾光器的表面成大約90度) 穿過第一選色型二向色濾光器并且以成大約45度角與反射型偏振器相交。選色型二向色鏡設(shè)置為鄰近反射型偏振器，并且用于保護(hù)反射型偏振器以防可損害反射型偏振器的光 (即，諸如較高能量的藍(lán)色或紫外(UV)光之類的光化性光)。在第一色光與反射型偏振器相交之前，選色型二向色鏡與第一色光(即，潛在性損害光)相交。選色型二向色鏡反射第一色光的主要部分，并且將次要部分透射至反射型偏振器。在一個方面，通過選色型二向色鏡反射的主要部分可大于入射到選色型二向色鏡上的第一色光的51^^60^^70^^75%, 80%、85%、或甚至大于90%。具有以垂直入射角度使用的選色型二向色濾光器的合色器的一個優(yōu)點(diǎn)在于其可與低F數(shù)光學(xué)系統(tǒng)一起使用。一個缺點(diǎn)在于反射型偏振器需要具有低吸光性、寬角度接受范圍、以及強(qiáng)烈暴露于光化性光下的長壽命。使用3M公司的MZIP或APF多層光學(xué)膜(MOF) 反射型偏振器的合色器具有足夠角度和寬帶光學(xué)性能，但可因諸如UV、藍(lán)光、以及可能的綠光之類的光化性光而光致劣化。適用于合色器的應(yīng)用可能需要將反射型偏振器長時間暴露于光化性光之下，這可使得反射型偏振器性能劣化。本發(fā)明描述了具有改善的反射型偏振器光穩(wěn)定性的耐久性合色器。反射型偏振器光致劣化的過程被部分了解。盡管不希望受理論的約束，但據(jù)信該過程通過下述步驟產(chǎn)生1.光化性光(UV、藍(lán)光和某些綠光波長)導(dǎo)致反射型偏振器中的聚酯內(nèi)的鍵斷裂。2.然后半結(jié)晶性聚酯的無定形區(qū)域中的裂解聚合物鏈重排以形成較大晶體、或者在聚酯內(nèi)擴(kuò)展共軛，從而導(dǎo)致聚合物的吸光性增加。3.此較大晶體使光發(fā)生散射。4.散射光具有增加的平均路徑長度，從而增加鍵斷裂的速率、吸光性、并最終導(dǎo)致較高的溫度。5.在低光強(qiáng)下，偏振器的效率降低。在高光強(qiáng)下，反射型偏振器可因加熱而嚴(yán)重失效。據(jù)信可發(fā)生其他劣化過程(包括降低偏振比率的那些)，但這些過程可不及上述過程顯著。當(dāng)將兩個或多個非偏振色光導(dǎo)向至光學(xué)元件時，各個非偏振色光可根據(jù)一個或多個反射型偏振器的偏振而分離。根據(jù)下述的一個實施例，色光組合系統(tǒng)從不同顏色的非偏振光源接收非偏振光，并且產(chǎn)生一個非偏振或處于所需偏振態(tài)的偏振組合輸出光。在一個方面，兩個、三個、四個、或更多個所接收色光可根據(jù)光學(xué)元件中的反射型偏振器的偏振 (如s偏振和P偏振、或者右和左圓偏振)而分別被分離。將具有一個偏振態(tài)的接收光再循環(huán)，以變?yōu)樗杵駪B(tài)。根據(jù)一個方面，光學(xué)元件包括反射型偏振器，該反射型偏振器設(shè)置成使來自三束色光中的每一束光以大約45度角與該反射型偏振器相交。該反射型偏振器可為任何已知的反射型偏振器，例如麥克尼爾偏振器、線柵偏振器、多層光學(xué)膜偏振器或諸如膽留型液晶偏振器之類的圓偏振器。根據(jù)一個實施例，多層光學(xué)膜偏振器可優(yōu)選為反射型偏振器。多層光學(xué)膜偏振器可包括用于與不同波長范圍的光相互作用的不同層“組”。例如，一個單一多層光學(xué)膜偏振器在整個膜厚度上可包括若干層“組”，每個組與不同波長范圍(如顏色)的光相互作用以反射一個偏振態(tài)并且透射其他偏振態(tài)。在一個方面，多層光學(xué)膜可具有第一層組、第二層組和第三層組，第一層組鄰近膜的第一表面并且與(例如)藍(lán)色光相互作用(即，“藍(lán)層”)，第二層組與(例如)綠色光相互作用(即，“綠層”)，第三層組鄰近膜的第二表面并且與(例如)紅色光相互作用(即，“紅層”)。通常，“藍(lán)層”中的層之間的間距遠(yuǎn)小于“紅層”中的層之間的間距，以便與較短(和較高能量)的藍(lán)色波長的光相互作用。聚合物多層光學(xué)膜偏振器可為尤其優(yōu)選的反射型偏振器，其可包括上文所述的膜層組。通常，較高能量波長的光(例如藍(lán)光)可不利地影響膜的老化穩(wěn)定性，并且至少由于此原因，優(yōu)選最小化藍(lán)光與反射型偏振器相互作用的次數(shù)。另外，藍(lán)光與膜相互作用的特性影響不利老化的嚴(yán)重程度。藍(lán)光穿過膜的透射與從“藍(lán)層”(即薄層)側(cè)進(jìn)入的藍(lán)光的反射相比，對膜具有較小的損害。另外，從“藍(lán)層”側(cè)進(jìn)入膜的藍(lán)光的反射與從“紅層”(即，厚層) 側(cè)進(jìn)入的藍(lán)光的反射相比，對膜具有較小的損害。用于(例如)通過設(shè)置和定向反射型偏振器來減少光化性光與反射型偏振器的相互作用次數(shù)、以及降低相互作用嚴(yán)重性的技術(shù)已得到描述。合適的技術(shù)描述在(例如)與本專利申請同一日提交的、名稱為“偏振轉(zhuǎn)換合色器(POLARIZATION CONVERTING COLOR COMBINER) ”的共同待審的代理人案卷號 64829US002 中。在一個方面，本發(fā)明涉及通過阻止光化性光的主要部分不斷到達(dá)反射型偏振器來進(jìn)一步改善光學(xué)元件(例如合色器)中的反射型偏振器的穩(wěn)定性。選色型二向色鏡反射光化性光的主要部分，同時透射其他波長光的主要部分。在一個方面，選色型二向色鏡設(shè)置為鄰近反射型偏振器。在一個實施例中，選色型二向色鏡可直接形成于反射型偏振器上。在另一個實施例中，選色型二向色鏡可相反形成于諸如對角棱面之類的光學(xué)元件上，隨后設(shè)置為鄰近反射型偏振器。在另一個實施例中，選色型二向色鏡可為設(shè)置在反射型偏振器附近的獨(dú)立膜或板元件。選色型二向色鏡可通過任何已知的方法形成，例如無機(jī)電介質(zhì)疊堆的真空沉積。在本發(fā)明的一個方面中，可從反射型偏振器除去藍(lán)層，因為在藍(lán)光與反射型偏振器相互作用之前，藍(lán)光的主要部分由選色型二向色鏡反射。反射型偏振器和選色型二向色鏡在本文中稱為“受保護(hù)反射型偏振器(PRP) ”，并且可設(shè)置在兩個棱鏡的對角面之間。PRP可相反為諸如薄膜之類的自立式膜。在一些實施例中，當(dāng)將PRP設(shè)置在兩個棱鏡(如偏振光分束器(PBS))之間時，光學(xué)元件的光利用效率得到改善。在該實施例中，穿過PBS傳播的原本從光路中損失的一些光可發(fā)生來自棱面的全內(nèi)反射(TIR)，并且重新加入到光路中。由于至少此原因，下述說明涉及其中PRP設(shè)置在兩個棱鏡的對角面之間的光學(xué)元件；然而，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)PBS用作薄膜時，它可以以相同的方式作用。在一個方面，PBS棱鏡的所有外表面被高度拋光，使得進(jìn)入PBS的光經(jīng)歷TIR。 以此方式，光被包含在PBS內(nèi)并且光被部分均化同時仍保持集光率。根據(jù)一個方面，將諸如選色型二向色濾光器之類的波長選擇型濾光器設(shè)置在來自不同色光源中的每一者的輸入光路徑中。選色型二向色濾光器中的每一者設(shè)置成使輸入光束以接近垂直入射的角度與濾光器相交，以使s及P偏振光的分離降至最低，并且還使色移降至最低。選色型二向色濾光器中的每一個選擇為透射具有鄰近輸入光源的波長譜的光， 并反射具有其他輸入光源中的至少一個的波長譜的光。在一些實施例中，選色型二向色濾光器中的每一個選擇為透射具有鄰近輸入光源的波長譜的光，并反射具有其他輸入光源中的全部的波長譜的光。在一個方面，選色型二向色濾光器中的每一個相對反射型偏振器定位，以使得接近垂直于每個選色型二向色濾光器的表面的輸入光束以成大約45度的相交角與反射型偏振器相交。選色型二向色濾光器的表面的法線是指垂直穿過選色型二向色濾光器的表面的線條；接近垂直是指距法線變化小于約20度、或者優(yōu)選距法線小于約10度。 在一個實施例中，與反射型偏振器的相交角的范圍為從約25度至65度；從35度至55度；從40度至50度；從43度至47度；或者從44. 5度至45. 5度。在一個實施例中，延遲片設(shè)置在選色型二向色濾光器和PRP之間。選色型二向色濾光器、延遲片和光源取向的特定組合共同配合，以使更小、更緊湊的光學(xué)元件成為可能， 該光學(xué)元件在構(gòu)造成合色器時可有效地產(chǎn)生組合光。根據(jù)一個方面，延遲片為以相對反射型偏振器的偏振態(tài)成大約45度對準(zhǔn)的四分之一波長延遲片。在一個實施例中，所述對準(zhǔn)可為相對反射型偏振器的偏振態(tài)成35到55度；40度至50度；43度至47度；或44. 5到45. 5 度。在一個方面，第一色光包括非偏振藍(lán)光，第二色光包括非偏振綠光且第三色光包括非偏振紅光，并且色光組合器組合紅光、藍(lán)光和綠光以產(chǎn)生非偏振白光。在一個實施例中，色光組合器組合紅、綠和藍(lán)光以產(chǎn)生時序的非偏振紅、綠和藍(lán)光。在一個方面，第一、第二和第三色光中的每一束以單獨(dú)的光源設(shè)置。在另一個方面，將三束色光中的至少一束組合成光源中的一個。在另一個方面，將多于三束色光在光學(xué)元件中組合以產(chǎn)生組合光。光束在其進(jìn)入PBS時包括可為準(zhǔn)直、會聚或發(fā)散的光線。在穿過PBS的表面或端面中的一個時，進(jìn)入PBS的會聚光或發(fā)散光可產(chǎn)生損失。為了避免此類損失，基于棱鏡的PBS 的所有外表面可被拋光，以能在PBS內(nèi)產(chǎn)生全內(nèi)反射(TIR)。IlR的產(chǎn)生提高了進(jìn)入PBS的光的利用率，以便所有在角度范圍內(nèi)進(jìn)入PBS的光基本上被重導(dǎo)向，來通過所需的表面而射出PBS。每束色光的偏振分量可傳送至偏振旋轉(zhuǎn)反射器。偏振旋轉(zhuǎn)反射器將光的傳播方向反向，并且根據(jù)設(shè)置在偏振旋轉(zhuǎn)反射器中的延遲片的類型和取向改變偏振分量的大小。偏振旋轉(zhuǎn)反射器可包括諸如選色型二向色濾光器之類的波長選擇型反射鏡、以及延遲片。延遲片可以提供任何所需的延遲，例如，八分之一波長延遲片、四分之一波長延遲片等。在本文所述的實施例中，使用四分之一波長延遲片和相關(guān)的顏色選擇型二向色反射器是有利的。當(dāng)穿過被對準(zhǔn)成與光偏振軸成45°角的四分之一波長延遲片時，線偏振光變?yōu)閳A偏振光。合色器中的反射型偏振器和四分之一波長延遲片/反射器的后續(xù)反射導(dǎo)致從合色器輸出有效的組合光。相反，隨著其穿過其他延遲片并取向，線偏振光部分變?yōu)樵赟-偏振和 P-偏振(橢圓或線狀)之間的偏振態(tài)，并可造成光組合器的低效率。偏振旋轉(zhuǎn)反射器通常包括選色型二向色濾光器和延遲片。延遲片和選色型二向色濾光器相對鄰近光源的位置取決于偏振分量中的每一個的所需路徑，并且在別處參照附圖進(jìn)行描述。在一個方面，反射型偏振器可為圓偏振器，例如膽留型液晶偏振器。根據(jù)此方面，偏振旋轉(zhuǎn)反射器可包括選色型二向色濾光器而不具有任何相關(guān)的延遲片。光學(xué)元件的部件，包括棱鏡、反射型偏振器、四分之一波長延遲片、反射鏡、濾光器或其他部件，可通過合適的光學(xué)粘合劑粘合在一起。用來將部件粘合在一起的光學(xué)粘合劑可具有的折射率比用于光學(xué)元件中的棱鏡的折射率更低。完全粘合在一起的光學(xué)元件提供的優(yōu)點(diǎn)包括組裝、處理和使用期間的定向穩(wěn)定性。在一些實施例中，可利用光學(xué)粘合劑將兩個相鄰棱鏡粘合在一起。在一些實施例中，一體光學(xué)部件可整合兩個相鄰棱鏡中的光學(xué)件；如(例如)整合兩個相鄰三角形棱鏡中的光學(xué)件的單個三角形棱鏡，如在別處所述。通過參照附圖和下面的

，上述的實施例可以更容易地理解。圖IA為根據(jù)本發(fā)明的一個方面的光學(xué)元件10的示意圖。光學(xué)元件10包括PBS 100、第一色光源80、可選的光隧道40、具有輸入表面55的第一選色型二向色濾光器50、四分之一波長延遲片60、以及可選的波長選擇型吸光器70。PBS 100在下文中參照圖IB進(jìn)行進(jìn)一步地描述，并且包括第一棱鏡110，該第一棱鏡110具有第一棱面130、第二棱面140、 以及它們之間的對角棱面25。PBS 100還包括第二棱鏡120，該第二棱鏡120具有第三棱面150、第四棱面160、以及它們之間的對角棱面35。PBS 100另外還包括設(shè)置在兩個對角棱面25、35之間的受保護(hù)反射型偏振器(PRP) 190。PRP 190包括選色型二向色鏡20和反射型偏振器30。光學(xué)元件10中PRP 190與四分之一波長延遲片60的相對定位和取向如在別處并且參照圖IB和圖2所述。第一色光源80為可損害無保護(hù)反射型偏振器的光化性光源，如在別處所述。第一色光82穿過可選的光隧道40并且沿如示的大致垂直方向與選色型二向色濾光器50的輸入表面55相交。第一色光82穿過選色型二向色濾光器50、四分之一波長延遲片60，通過第一棱面130進(jìn)入PBS 100，并且以成大約45度角與選色型二向色鏡20相交。來自第一色光源80的第一色光82的主要部分84在第一色光82與反射型偏振器30相交之前從PRP 190中的選色型二向色鏡20反射。第一色光82的次要部分86穿過選色型二向色鏡20射向PRP 190中的反射型偏振器30。圖IA示出第一色光82的次要部分86穿過反射型偏振器30(可能導(dǎo)致某些損害)并且被可選的波長選擇型吸光器70吸收。在一些實施例中，可選的波長選擇型吸光器70可設(shè)置在光化性光的光路中的任何位置處，例如選色型二向色鏡20和反射型偏振器30之間；反射型偏振器30和對角棱面35之間；鄰近第三棱面150 ； 或如圖IA所示的與第三棱面150分開。根據(jù)另一方面，可選的光隧道40或透鏡組件(未示出)可提供將光源與其他部件分開的間距，以及提供光的某些準(zhǔn)直，如在別處所述。光隧道可具有直或彎曲側(cè)面，或者其可被透鏡系統(tǒng)代替。根據(jù)每種應(yīng)用的具體詳情，可以優(yōu)選不同的方法，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會很容易為具體的應(yīng)用選擇最佳的方法。圖IB為PBS的透視圖。PBS 100包括設(shè)置在棱鏡110和120的對角面之間的受保護(hù)反射型偏振器(PRP) 190。PRP 190包括選色型二向色鏡20和反射型偏振器30，如參照圖IA所述。棱鏡110包括兩個端面175、185、以及其間具有90°角的第一和第二棱面130、 140。棱鏡120包括兩個端面170、180，以及其間具有90°角的第三和第四棱面150、160。 第一棱面130與第三棱面150平行，并且第二棱面140與第四棱面160平行。采用“第一”、 “第二”、“第三”和“第四”標(biāo)識圖IB所示的四個棱面，僅用于使下面的討論中對PBS 100的描述更清楚。PRP 190可包括笛卡爾反射型偏振器或非笛卡爾反射型偏振器。非笛卡爾反射型偏振器，例如麥克尼爾偏振器，可包括多層無機(jī)膜，例如由無機(jī)電介質(zhì)連續(xù)沉積而產(chǎn)生的那些。笛卡爾反射型偏振器具有偏振軸狀態(tài)，并且包括線柵偏振器和聚合物多層光學(xué)薄膜，該聚合物多層光學(xué)薄膜例如可通過對多層聚合層合物進(jìn)行擠出并且隨后進(jìn)行拉伸而制備。在一個實施例中，PRP 190定向為使得一個偏振軸與第一偏振態(tài)195平行，并且與第二偏振態(tài)196垂直。在一個實施例中，第一偏振態(tài)195可為s偏振態(tài)，并且第二偏振態(tài)196可為P偏振態(tài)。在另一個實施例中，第一偏振態(tài)195可為ρ偏振態(tài)，并且第二偏振態(tài)196可為 s偏振態(tài)。如圖IB所示，第一偏振態(tài)195垂直于端面170、175、180、185中的每一個。笛卡爾反射型偏振器膜使偏振光分束器能夠以高效率使不完全準(zhǔn)直的以及從中心光束軸發(fā)散或偏斜的輸入光線通過。笛卡爾反射型偏振器膜可以包括具有多層的電介質(zhì)或聚合物材料的聚合物多層光學(xué)膜。電介質(zhì)膜的使用可以具有低光衰減和高透光效率的優(yōu)勢。多層光學(xué)膜可包括聚合物多層光學(xué)膜，例如描述于美國專利5，962，114(J0nZa等人) 或美國專利6，721，096 (Bruzzone等人)中的那些。圖2為在一些實施例中使用的四分之一波長延遲片與PBS對準(zhǔn)的透視圖。四分之一波長延遲片可以用來改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。PBS延遲片系統(tǒng)200包括具有第一棱鏡110 和第二棱鏡120的PBS 100。四分之一波長延遲片220設(shè)置為鄰近第一棱面130和第二棱面140。PRP 190包括與第一偏振態(tài)195對準(zhǔn)的笛卡爾反射型偏振器膜。四分之一波長延遲片220包括可與第一偏振態(tài)195成45°對準(zhǔn)的四分之一波長偏振態(tài)四5。盡管圖2示出的偏振態(tài)295在順時針方向上與第一偏振態(tài)195成45°對準(zhǔn)，但偏振態(tài)295可相反在逆時針方向上與第一偏振態(tài)195成45°對準(zhǔn)。在一些實施例中，四分之一波長偏振態(tài)295可與第一偏振態(tài)195成任何角度取向?qū)?zhǔn)，例如從逆時針方向90°到順時針方向90°。將延遲片以所述的大約+/-45°取向可為有利的，因為當(dāng)線偏振光穿過相對于偏振態(tài)這樣對準(zhǔn)的四分之一波長延遲片時產(chǎn)生圓偏振光。在從反射鏡反射時，四分之一波長延遲片的其他取向會導(dǎo)致s偏振光未完全轉(zhuǎn)換為P偏振光以及P偏振光未完全轉(zhuǎn)換為s偏振光，從而造成在本說明書別處所述的光學(xué)元件的效率降低。圖3A為光組合器的俯視圖。在圖3A中，光組合器300包括在棱鏡110和120的對角面之間設(shè)置有PRP 190的PBS 100。棱鏡110包括其間具有90°角的第一和第二棱面 130、140。棱鏡120包括其間具有90°角的第三和第四棱面150、160。PRP 190可包括與第一偏振態(tài)195(在該圖中，垂直于頁面)對準(zhǔn)的笛卡爾反射型偏振器。PRP 190可相反包括非笛卡爾偏振器。PRP 190還包括設(shè)置為鄰近反射型偏振器(未示出)的選色型二向色鏡 (圖IA中的元件20)。在圖3A-3D中，選色型二向色鏡設(shè)置用于在光化性光與反射型偏振器相交之前反射該光化性光，如參照圖3B所述。光組合器300還包括可選的波長選擇型吸光器70，其設(shè)置用于吸收穿過PRP 190的部件的任何光化性光?？蛇x的波長選擇型吸光器70可設(shè)置為鄰近其中不需要通過光化性光的任何棱面；例如，圖3A-3D中的第一棱面130、第二棱面140、或者第一和第二棱面130、140。然而應(yīng)當(dāng)理解，可選的波長選擇型吸光器70可設(shè)置在由選色型二向色鏡20透射的光化性光的光路中的任何位置處。在一個實施例中，藍(lán)光波長選擇型吸光器可設(shè)置在PRP 190中的選色型二向色鏡20和反射型偏振器30之間。光組合器300包括設(shè)置為面向第一、第二和第三棱面130、140和150的四分之一波長延遲片220。四分之一波長延遲片220與第一偏振態(tài)195成45°角對準(zhǔn)。光傳輸材料 340設(shè)置在各個四分之一波長延遲片220與其相應(yīng)的棱面之間。光傳輸材料340可為折射率等于或低于棱鏡110、120的折射率的任何材料。在一個實施例中，光傳輸材料340為空氣。在另一個實施例中，光傳輸材料340是將四分之一波長延遲片220粘合到其相應(yīng)的棱面的光學(xué)粘合劑。光組合器300包括面向所示的四分之一波長延遲片220而設(shè)置的第一、第二和第三反射器310、320、330。反射器310、320、330中的每一個可與相鄰的四分之一波長延遲片 220分離，如圖3A所示。另外，反射器310、320、330中的每一個可以與鄰近的四分之一波長延遲片220直接接觸?；蛘撸瓷淦?10、320、330中的每一個可以用光學(xué)粘合劑粘附到鄰近的四分之一波長延遲片220。光學(xué)粘合劑可以是可固化粘合劑。光學(xué)粘合劑還可以是壓敏粘合劑。
光組合器300可以是雙色光組合器。在此實施例中，反射器310為第一選色型二向色濾光器，并且反射器320、330中的一者為選擇成分別透射第一和第二色光并反射其他色光的第二選色型二向色濾光器。第三反射器是反射鏡。反射鏡是指選擇成基本上反射所有色光的鏡面反射器。第一和第二色光在光譜范圍內(nèi)可以具有最小的重疊，然而如果需要， 也可以有大量的重疊。在圖3A所示的一個實施例中，光組合器300為三色組合器。在此實施例中，反射器 310、320、330為選擇成分別透射第一、第二和第三色光并反射其他色光的第一、第二和第三選色型二向色濾光器。在一個方面，第一、第二和第三色光在光譜范圍內(nèi)具有最小的重疊， 然而如果需要，也可以存在有大量的重疊。使用這個實施例的光組合器300的方法包括將第一色光350引向第一選色型二向色濾光器310、將第二色光360引向第二選色型二向色濾光器320、將第三色光370引向第三選色型二向色濾光器330、并且從PBS 100的第四面接收組合光380。第一、第二和第三色光350、360、370中的每一者的路徑參照圖!3B-3D來進(jìn)一步描述。在一個實施例中，第一、第二和第三色光350、360、370中的每一者可為非偏振光， 并且組合光380為非偏振的。在另一個實施例中，第一、第二和第三色光350、360、370中的每一者可分別為藍(lán)色、綠色和紅色非偏振光，并且組合光380可為非偏振白光。第一、第二和第三色光350、360、370中的每一者可包括來自發(fā)光二極管(LED)光源的光?？梢允褂酶鞣N光源，例如激光器、激光二極管、有機(jī)LED (OLED)以及非固態(tài)光源，非固態(tài)光源諸如具有適當(dāng)?shù)木酃馄骰蚍瓷淦鞯某邏?UHP)鹵素或氙燈。LED光源優(yōu)于其它光源之處在于運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、長壽命、耐用性、產(chǎn)生發(fā)光效率高以及改善的光譜輸出。盡管未在圖3A-3D中示出， 但合色器300可包括可選的光隧道40，如在別處所述?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖:3B，針對其中第一色光350為非偏振光的實施例來描述第一色光350 通過光組合器300的光路。在此實施例中，第一色光350為可損害未保護(hù)反射型偏振器的光化性光。第一色光350的主要部分351從PRP 190反射。第一色光350的次要部分352 穿過PRP 190并且被可選的波長選擇型吸光器70吸收。第一色光350被引導(dǎo)穿過第一選色型二向色濾光器310、四分之一波長延遲片 220，并通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100。第一色光350與PRP 190相交并且分離成從PRP 190反射的主要部分351以及通過PRP190透射的次要部分352。主要部分351通過第四棱面 160 離開 PBS 100。次要部分352穿過PRP 190、通過第一棱面130離開PBS 100、并且被可選的波長選擇型吸光器70吸收。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3C，針對其中第二色光360為非偏振光的實施例來描述第二色光360 通過光組合器300的光路。在此實施例中，包括s偏振的第二色光365和ρ偏振的第二色光362的非偏振光通過第四棱面160離開PBS 100。第二色光360被引導(dǎo)穿過第二選色型二向色濾光器320、四分之一波長延遲片 220，并通過第二棱面140進(jìn)入PBS 100。第二色光360與PRP 190相交并且分離成ρ偏振的第二色光362和s偏振的第二色光361。ρ偏振的第二色光362穿過PRP 190并且通過第四棱面160離開PBS 100。s偏振的第二色光361從PRP 190反射、離開PBS 100的第一棱面130、穿過可選的波長選擇型吸光器70、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振光390。圓偏振光390從第三選色型二向色濾光器330反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片220、穿過可選的波長選擇型吸光器70、并且以ρ偏振的第二色光363通過第一棱面 130進(jìn)入PBS 100。光線363穿過PRP 190、通過第三棱面150離開PBS 100、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振光390。圓偏振光390從第一選色型二向色濾光器 310反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片220、并且以s偏振的第二色光365 通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100。s偏振的第二色光365從PRP 190反射并且通過第四棱面 160 離開 PBS 100?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3D，針對其中第三色光370為非偏振光的實施例來描述第三色光370 通過光組合器300的光路。在此實施例中，包括s偏振的第三色光374和ρ偏振的第三色光373的非偏振光通過第四棱面160離開PBS 100。第三色光370被引導(dǎo)穿過第三選色型二向色濾光器330、四分之一波長延遲片 220、可選的波長選擇型吸光器70，并通過第一棱面130進(jìn)入PBS 100。第三色光370與PRP 190相交并且分離成ρ偏振的第三色光372和s偏振的第三色光371。ρ偏振的第三色光 372穿過PRP 190、離開第三棱面150、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振光390。圓偏振光390從第一選色型二向色濾光器310反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片220、并且以s偏振的第三色光374通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100。s偏振的第三色光374從PRP 190反射并且通過第四棱面160離開PBS 100。s偏振的第三色光371從PRP 190反射、通過第二棱面140離開PBS 100并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振光390。圓偏振光390從第二選色型二向色濾光器320反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片220并且以ρ偏振的第三色光373通過第二棱面140進(jìn)入PBS 100。ρ偏振的第三色光373穿過PRP 190并且通過第四棱面160離開PBS 100。圖4示出了拋光PBS 400的俯視圖。根據(jù)一個實施例，棱鏡110和120的第一、第二、第三和第四棱面130、140、150、160為拋光外表面。根據(jù)另一個實施例，PBS 100的所有外表面(包括未示出的端面)均為拋光面，該拋光面在PBS 100內(nèi)產(chǎn)生傾斜光線的TIR。拋光外表面與具有比棱鏡110和120的折射率“η2”小的折射率“η/’的材料接觸。IlR提高了拋光PBS 400中的光利用率，尤其是當(dāng)導(dǎo)向到拋光PBS 400內(nèi)的光沒有沿中心軸準(zhǔn)直時， 即入射光為會聚光或者發(fā)散光時。至少一些光由于全內(nèi)反射捕獲在拋光PBS 400中，直至其通過第三棱面150離開。在一些情況下，幾乎所有的光由于全內(nèi)反射捕獲在拋光PBS 400 內(nèi)，直至其通過第三棱面150離開。如圖4所示，光線Ltl在角Q1的范圍內(nèi)進(jìn)入第一棱面130。拋光PBS400內(nèi)的光線 L1在角度θ 2的范圍內(nèi)傳播，使得在棱面140、160和端面(未示出)處滿足TIR條件。光線“AB”、“AC”和“AD”表示通過拋光PBS 400的多個路徑中的三個，其在穿過第三棱面150 射出之前以不同入射角與PRP 190相交。另外光線“ΑΒ”和“AD”在射出之前均分別在棱面 160和140經(jīng)歷TIR。應(yīng)當(dāng)理解，角度Q1* θ 2的范圍可為角錐，以便還可在拋光PBS 400 的端面發(fā)生反射。在一個實施例中，PRP 190被選擇為在寬泛的入射角范圍有效地將不同偏振的光分離。聚合物多層光學(xué)膜特別適于在入射角的寬泛范圍內(nèi)分光?？梢允褂冒溈四釥柶衿骱途€柵偏振器在內(nèi)的其他反射型偏振器，但是其在分離偏振光方面效率較低。麥克尼爾偏振器在顯著不同于設(shè)計角的入射角下不會有效地透射光，所述設(shè)計角通常關(guān)于偏振選擇表面成45度，或垂直于PBS的入射面。利用麥克尼爾偏振器進(jìn)行偏振光的有效分離可受距法線方向低于約6或7度的入射角的限制，因為在一些更大角度下可發(fā)生P偏振態(tài)的顯著反射，并且在一些更大角度下也可發(fā)生s偏振態(tài)的顯著透射。這兩種影響均可降低麥克尼爾偏振器的分離有效性。利用線柵偏振器的偏振光的有效分離通常需要鄰近線一側(cè)的空氣間隙，并且當(dāng)線柵偏振器沉浸在較高折射率介質(zhì)中時效率下降。用于分離偏振光的線柵偏振器示于例如PCT公開WO 2008/1002541中。圖5為根據(jù)本發(fā)明一個方面的分光器500的俯視示意圖。分光器500使用與圖 3A-3D中所示的光組合器相同的部件，但功能相反，即組合光580被引導(dǎo)至第四棱面160，并且分離成分別具有第一、第二和第三顏色的第一、第二和第三接收光550、560、570。在圖5 中，分光器500包括在棱鏡110、120的對角面之間設(shè)置有PRP 190的PBS 100。棱鏡110包括其間具有90°角的第一和第二棱面130、140。棱鏡120包括其間具有90°角的第三和第四棱面150、160。PRP 190可為與第一偏振態(tài)195(在該圖中，垂直于頁面)對準(zhǔn)的笛卡爾反射型偏振器、或者為非笛卡爾反射型偏振器，但笛卡爾反射型偏振器為優(yōu)選的。PRP190還包括設(shè)置為鄰近反射型偏振器(未示出)的選色型二向色鏡(圖IA中的元件20)。在圖5中，選色型二向色鏡設(shè)置用于在光化性光與反射型偏振器相交之前反射該光化性光，如參照圖3B所述。光組合器300還包括設(shè)置用于吸收穿過PRP 190的任何光化性光的可選的波長選擇型吸光器70 ；在圖5中，位于第一棱面130、第二棱面140、或者第一和第二棱面130、140處。一般來講，可選的波長選擇型吸光器70可設(shè)置在由選色型二向色鏡透射的光化性光的光路中的任何位置處。在一個實施例中，藍(lán)光波長選擇型吸光器可設(shè)置在選色型二向色鏡和反射型偏振器之間。在另一個實施例中，藍(lán)光波長吸光器70可設(shè)置為鄰近第二棱面140。分光器500還包括設(shè)置為面向第一、第二和第三棱面130、140、150的四分之一波長延遲片220。四分之一波長延遲片220與第一偏振態(tài)195成45°角對準(zhǔn)，如在別處所述。 光傳輸材料340設(shè)置在每個四分之一波長延遲片220與其相應(yīng)的棱面之間。光傳輸材料 340可以是折射率小于棱鏡110、120折射率的任何材料。在一個方面中，光傳輸材料340可以是空氣。在另一方面，光傳輸材料340可以是光學(xué)粘合劑，其將四分之一波長延遲片220 粘合到其相應(yīng)的棱面。分光器500包括面向所示四分之一波長延遲片220設(shè)置的第一、第二和第三反射器310、320、330。在一個方面，反射器310、320、330可與鄰近的四分之一波長延遲器220分離，如圖3A所示。在一個方面，反射器310、320、330可以與鄰近的四分之一波長延遲片220 直接接觸。在一個方面，反射器310、320、330可以用光學(xué)粘合劑粘附到鄰近的四分之一波長延遲片220。在一個實施例中，分光器500是雙色分光器。在此實施例中，反射器310為第一選色型二向色濾光器，并且反射器320、330中的一者為選擇成分別透射第一和第二色光并反射其他色光的第二選色型二向色濾光器。第三反射器是反射鏡。反射鏡是指選擇成基本上反射所有色光的鏡面反射器。在一個方面，第一和第二色光在光譜范圍內(nèi)具有最小的重疊， 然而如果需要，也可以有大量的重疊。在一個實施例中，分光器500是三色分光器。在此實施例中，反射器310、320、330為第一、第二和第三選色型二向色濾光器，其被選擇成分別透射第一、第二和第三色光并反射其他色光。在一個方面，第一、第二和第三色光在光譜范圍內(nèi)具有最小的重疊，然而如果需要，也可以有大量的重疊。使用此實施例的分光器500的方法包括下述步驟將組合光 580引向PBS 100的第四棱面160、從選色型二向色濾光器310接收第一色光550、從第二選色型二向色濾光器320接收第二色光560、并且從第三選色型二向色濾光器330接收第三色光570。組合光、第一、第二和第三接收光580、550、560、570中每一者的光路遵循圖!3B-3D 中的描述，然而，所有光線的方向被反向。在一個實施例中，組合光580可為非偏振光，并且第一、第二和第三色光550、560、 570中的每一者均為非偏振光。在一個實施例中，組合光580可為非偏振白光，并且第一、第二和第三色光陽0、560、570中的每一者分別為藍(lán)色、綠色和紅色非偏振光。根據(jù)一個方面， 組合光580包括來自發(fā)光二極管(LED)光源的光?？梢越Y(jié)合合適的集光器或反射器來使用各種光源，例如激光器、激光二極管、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和諸如超高壓(UHP)鹵素?zé)艋螂療舻姆枪虘B(tài)光源。LED光源優(yōu)于其它光源之處在于運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、長壽命、耐用性、產(chǎn)生發(fā)光效率高以及改善的光譜輸出。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，圖6A-6B示出了兩通道合色器600，其中第一色光源650 和第二色光源660設(shè)置用于將光注入到PBS 100的同一棱面(S卩，第三棱面150)中。根據(jù)下文所述的一個實施例，第一色光源650可為非偏振藍(lán)色光源650，并且第二色光源660可為非偏振紅色光源660?？蓪碜运{(lán)色光源650的藍(lán)光651和來自紅色光源660的紅光661 進(jìn)行組合以減少合色器600的部件數(shù)量?？墒褂?例如)集光棒(未示出)將藍(lán)光和紅光 651,661混合在一起。根據(jù)一個方面，可為藍(lán)色、紅色和綠色光源650、660、670提供可選的光隧道40或透鏡組件(未示出)，以便提供將光源與PBS 100分開的間距以及提供某一準(zhǔn)直的光，如在別處所述。兩通道合色器600包括綠光反射型二向色濾光器610、紅光反射型二向色濾光器 620和寬帶反射鏡630。兩通道合色器600還包括可選的藍(lán)光選擇型吸光器(未示出)，如在別處所述。在一個實施例中，藍(lán)光選擇型吸光器可包括在寬帶反射鏡630中，以使得入射到寬帶反射鏡630上的任何藍(lán)光均被吸收，而非反射(如圖6A所示以及下文進(jìn)一步所述)。 在另一個實施例中，藍(lán)光選擇型吸光器可設(shè)置在透射穿過藍(lán)光反射型選色型二向色鏡20 的藍(lán)光光路中的任何位置處，如在別處所述?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6A，針對其中藍(lán)光651和紅光661均為非偏振光的實施例來描述來自藍(lán)色光源650的藍(lán)光651和來自紅色光源660的紅光661通過光組合器600的光路。在此實施例中，藍(lán)光651為可損害未保護(hù)反射型偏振器的光化性光。藍(lán)光651的主要部分652 從PRP 190反射。藍(lán)光651的次要部分653穿過PRP 190中的選色型二向色鏡20并且被可選的藍(lán)光選擇型吸光器(未示出)吸收。來自藍(lán)色光源650的藍(lán)光651穿過可選的光隧道40、綠光反射型二向色濾光器 610、四分之一波長延遲片220，并且通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100。藍(lán)光651與PRP 190 相交并且分離成藍(lán)光651的經(jīng)反射主要部分652和藍(lán)光651的經(jīng)透射次要部分653。主要部分652以藍(lán)光651的非偏振主要部分652離開PBS 100。藍(lán)光651的次要部分653通過第一棱面130離開PBS 100、穿過四分之一波長延遲片220、并且被包括在寬帶反射鏡630 中的藍(lán)光選擇型吸光器吸收。
來自紅色光源660的紅光661穿過可選的光隧道40、綠光反射型二向色濾光器 610、四分之一波長延遲片220，并且通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100。紅光661與PRP 190 相交并且分離成P偏振的紅色光線662和s偏振的紅色光線663。s偏振的紅色光線663 從PRP 190反射并且以s偏振的紅色光線663通過第四棱面160離開PBS 100。ρ偏振的紅色光線662穿過PRP 190、通過第一棱面130離開PBS100、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振的紅色光線664。圓偏振的紅色光線664從寬帶反射鏡630反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片220變?yōu)閟偏振的紅色光線665、通過第一棱面130進(jìn)入PBS 100、從PRP 190反射、并且通過第二棱面140離開PBS 100。s偏振的紅色光線665在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振的紅色光線 666、從紅光反射型二向色濾光器620反射從而改變圓偏振方向、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)棣哑竦募t色光線667。ρ偏振的紅色光線667通過第二棱面140進(jìn)入 PBS100、無改變地穿過PRP 190、并且以ρ偏振的紅色光線667通過第四棱面160離開PBS 100?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6B，針對其中綠光671為非偏振光的實施例來描述來自綠色光源670 的綠光671通過光組合器600的光路。在此實施例中，包括ρ偏振的綠色光線672和s偏振的綠色光線677的非偏振光通過第四棱面160離開PBS 100。來自綠色光源670的綠光671穿過可選的光隧道40、紅光反射型二向色濾光器 620、四分之一波長延遲片220并且通過第二棱面140進(jìn)入PBS 100。綠光671與PRP 190 相交并且分離成P偏振的綠色光線672和s偏振的綠色光線673。ρ偏振的綠色光線672 穿過PRP 190并且以ρ偏振的綠色光線672通過第四棱面160離開PBS 100。s偏振的綠色光線673從PRP 190反射、通過第一棱面130離開PBS 100、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振的綠色光線674。圓偏振的綠色光線674從寬帶反射鏡630反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片220變?yōu)棣哑竦木G色光線675、通過第一棱面130進(jìn)入PBS 100、穿過PRP 190、并且通過第三棱面150離開PBS 100。ρ偏振的綠色光線675在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振的綠色光線 676、從綠光反射型二向色濾光器610反射從而改變圓偏振方向、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閟偏振的綠色光線677。s偏振的綠色光線677通過第三棱面150進(jìn)入 PBS100、從PRP 190反射、并且以s偏振的綠色光線677通過第四棱面160離開PBS 100。在雙通道合色器600的另一個實施例(未示出)中，可轉(zhuǎn)換寬帶反射鏡630與第二選色型二向色濾光器620、可選的光隧道40和第三光源670的相對位置。在此實施例中， 寬帶反射鏡630鄰近第二棱面140 ；并且第二選色型二向色濾光器620、可選的光隧道40和第三光源670鄰近第一棱面130。藍(lán)光波長選擇型吸光器70可設(shè)置在透射穿過選色型二向色鏡20的藍(lán)光的光路中的任何位置處，如在別處參照圖3A-3D所述。根據(jù)一個方面，圖7A-7B示出了合色器700，其中圖3A-3D和圖6A-6B中的PRP 190 被分離成部件選色型二向色鏡20和反射型偏振器30，如下文所述。選色型二向色鏡20可為自立式選色型二向色鏡(如，薄膜)、或者其可設(shè)置在棱鏡(例如第三和第四棱鏡780、 790)的對角面上，如圖7A-7B所示。在此方面，光化性光的路徑(即，來自第一色光源750 的第一色光751)進(jìn)一步與反射型偏振器30分離。圖7A-7B示出了合色器700，其中第二色光源760和第三色光源770設(shè)置用于將光注入到PBS 100內(nèi)。第二色光源760和第三色光源770沿輸出方向通過輸出表面(第四棱面160)離開第一 PBS 100。第一色光源750設(shè)置用于注入將與來自第二色光源760的第二色光761和來自第三色光源770的第三色光771進(jìn)行組合、但不進(jìn)入PBS100的第一色光751 (光化性光)。 根據(jù)下文所述的一個實施例，第一色光源750可為非偏振藍(lán)色光源750，第二色光源760可為非偏振紅色光源760，并且第三色光源770可為非偏振綠色光源770。可將來自藍(lán)色光源 750的藍(lán)光751、來自紅色光源760的紅光761和來自綠色光源770的綠光771進(jìn)行組合以改善合色器700的耐久性。根據(jù)一個方面，可為藍(lán)色、紅色和綠色光源750、760、770提供可選的光隧道40或透鏡組件(未示出)，以便提供將光源與PBS 100分開的間距以及提供某一準(zhǔn)直的光，如在別處所述。合色器700包括綠光反射型二向色濾光器720、紅光反射型二向色濾光器730和寬帶反射鏡740。在一個實施例中，藍(lán)光選擇型吸光器可包括在透射穿過藍(lán)光反射型二向色鏡 20的藍(lán)光光路中，如在別處所述?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7A，針對其中藍(lán)光751為非偏振光的實施例來描述來自藍(lán)色光源750 的藍(lán)光751通過光組合器700的光路。在此實施例中，藍(lán)光751為可損害未保護(hù)反射型偏振器的光化性光。藍(lán)光751的主要部分752從選色型二向色鏡20反射。藍(lán)光751的次要部分753穿過選色型二向色鏡20、離開合色器700、并且被可選的藍(lán)光選擇型吸光器(未示出)可任選地吸收。來自藍(lán)色光源750的藍(lán)光751穿過可選的光隧道40、通過第七棱面792進(jìn)入第四棱鏡790、并且與選色型二向色鏡20相交。藍(lán)光751被分離成藍(lán)光751的經(jīng)反射主要部分 752和藍(lán)光751的經(jīng)透射次要部分753。藍(lán)光751的主要部分752沿輸出方向通過第八棱面794離開第四棱鏡790。藍(lán)光751的次要部分753穿過選色型二向色鏡20、并且通過第六棱面784離開第三棱鏡780從而離開合色器700。返回圖7A，針對其中紅光761為非偏振光的實施例來描述來自紅色光源760的紅光761通過光組合器700的光路。在此實施例中，包括ρ偏振的紅色光線767和s偏振的紅色光線765的非偏振光沿輸出方向通過第八棱面794離開第四棱鏡790。來自紅色光源760的紅光761穿過可選的光隧道40、綠光反射型二向色濾光器 720、四分之一波長延遲片220并且通過第一棱面130進(jìn)入PBS 100。紅光761與反射型偏振器30相交并且分離成ρ偏振的紅色光線762和s偏振的紅色光線763。ρ偏振的紅色光線762穿過反射型偏振器30、通過第三棱面150離開PBS 100、并且在其穿過四分之一波長偏振器220時變?yōu)閳A偏振的紅色光線764。圓偏振的紅色光線764從寬帶反射鏡740反射從而改變圓偏振方向、在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閟偏振的紅色光線765、并且通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100。s偏振的紅色光線765從反射型偏振器30反射、通過第四棱面160離開PBS 100、通過第五棱面782進(jìn)入第三棱鏡780、穿過選色型二向色鏡20、 并且以s偏振的紅色光線765通過第八棱面794離開第四棱鏡790。s偏振的紅色光線763從反射型偏振器30反射、通過第二棱面140離開PBS 100、 并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振的紅色光線766。圓偏振的紅色光線 766從紅光反射型二向色濾光器730反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片 220變?yōu)棣哑竦募t色光線767、通過第二棱面140進(jìn)入PBS 100、穿過反射型偏振器30、并且通過第四棱面160離開PBS 100。ρ偏振的紅色光線767通過第五棱面782進(jìn)入第三棱鏡780、穿過選色型二向色鏡20、并且以ρ偏振的紅色光線767通過第八棱面794離開第四棱鏡790?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7B，針對其中綠光771為非偏振光的實施例來描述來自綠色光源770 的綠光771通過光組合器700的光路。在此實施例中，包括ρ偏振的綠色光線772和s偏振的綠色光線777的非偏振光通過第八棱面794離開第四棱鏡790。來自綠色光源770的綠光771穿過可選的光隧道40、紅光反射型二向色濾光器 730、四分之一波長延遲片220，并且通過第二棱面140進(jìn)入PBS 100。綠光771與反射型偏振器30相交并且分離成ρ偏振的綠色光線772和s偏振的綠色光線773。ρ偏振的綠色光線772穿過反射型偏振器30、通過第四棱面160離開PBS 100、通過第五棱面782進(jìn)入第三棱鏡780、穿過選色型二向色鏡20、并且以ρ偏振的綠色光線772通過第八棱面794離開第四棱鏡790。S偏振的綠色光線773從反射型偏振器30反射、通過第一棱面130離開PBS 100、 并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閳A偏振的綠色光線774。圓偏振的綠色光線 774從綠光反射型二向色濾光器720反射從而改變圓偏振方向、穿過四分之一波長延遲片 220變?yōu)棣哑竦木G色光線775、通過第一棱面130進(jìn)入PBS 100、穿過反射型偏振器30、并且通過第三棱面150離開PBS 100。ρ偏振的綠色光線775在其穿過四分之一波長延遲片 220時變?yōu)閳A偏振的綠色光線776、從寬帶反射鏡740反射從而改變圓偏振方向、并且在其穿過四分之一波長延遲片220時變?yōu)閟偏振的綠色光線777。s偏振的綠色光線777通過第三棱面150進(jìn)入PBS 100、從反射型偏振器30反射、通過第四棱面160離開PBS 100、通過第五棱面782進(jìn)入第三棱鏡780、穿過選色型二向色鏡20、并且以s偏振的綠色光線777 通過第八棱面794離開第四棱鏡790。在另一個實施例(未示出)中，合色器可包括第四色光。在此實施例中，可將寬帶反射鏡740替換成第三選色型二向色鏡、可選的光隧道40和第四色光源，布置方式類似于如圖7A-7B所示的第一和第二選色型二向色濾光器720、730、可選的光隧道40和第二和第三光源760、770。第三選色型二向色濾光器可對第四色光透明，并且可反射第二和第三色光 760,770ο在另一個實施例(未示出)中，選色型二向色鏡20可相反為透射藍(lán)光、反射紅和綠光的選色型二向色鏡。在此實施例中，紅和綠光761、771如前文所述沿輸出方向通過第四棱面160離開PBS 100、隨后通過第五棱面782進(jìn)入第三棱鏡780、從選色型二向色鏡20 反射、并且通過第六棱面784離開第三棱鏡780。藍(lán)光750如前文所述進(jìn)入第四棱鏡790， 然而，藍(lán)光751的主要部分753穿過透射藍(lán)光的選色型二向色鏡20并且通過第六棱面784 離開第三棱鏡780 ；藍(lán)光750的次要部分752從透射藍(lán)光的選色型二向色鏡反射并且通過第八棱面794離開第四棱鏡790。圖9示出包括三色光組合系統(tǒng)902的投影儀900。三色光組合系統(tǒng)902在輸出區(qū)域904提供組合輸出光。在一個實施例中，輸出區(qū)域904的組合輸出光被偏振。輸出區(qū)域 904的組合輸出光穿過光引擎光學(xué)件906到達(dá)投影光學(xué)件908。光引擎光學(xué)件906包括透鏡922、擬4和反射器926。投影光學(xué)件908包括透鏡 928,PBS 930和投影透鏡932。投影透鏡932中的一個或多個可相對PBS 930移動，以實現(xiàn)對投影圖像912的對焦調(diào)節(jié)。反射型成像裝置910可調(diào)節(jié)投影光學(xué)件中的光的偏振態(tài)，使得穿過PBS930并進(jìn)入投影透鏡的光的強(qiáng)度將被調(diào)節(jié)以產(chǎn)生投影圖像912?？刂齐娐?14連接到反射型成像裝置910以及光源916、918和920，以將反射型成像裝置910的操作與光源916、918和920的時序同步。在一個方面，輸出區(qū)域904的組合光的第一部分被引導(dǎo)穿過投影光學(xué)件908，組合輸出光的第二部分可穿過輸出區(qū)域904循環(huán)返回至合色器902內(nèi)。 組合光的第二部分可通過(例如)反射鏡、反射型偏振器、反射型LCD等的反射而循環(huán)返回至合色器內(nèi)。圖9中所示的布置為示例性的，并且所公開的光組合系統(tǒng)也可與其它投影系統(tǒng)(包括反射型微反射鏡成像裝置等等)一起使用。根據(jù)一個可供選擇的方面，可以使用透射型成像裝置。根據(jù)一個方面，如上文所述的色光組合系統(tǒng)生成三色(白色)輸出。該系統(tǒng)具有高效率的原因在于，具有反射型偏振膜的偏振分束器的偏振性質(zhì)(對S-偏振光的反射和對 P-偏振光的透射)對于大范圍的光源入射角的敏感性低。另外的準(zhǔn)直組件可以用于提高合色器內(nèi)光源的光的準(zhǔn)直。在沒有一定程度的準(zhǔn)直的情況下，將存在如下方面導(dǎo)致的大量光損失取決于入射角(AOI)的二向色性反射的變化、IlR的丟失或因增加的倏逝波耦合而產(chǎn)生的TIR受挫和/或PBS內(nèi)的劣化的偏振鑒別度和功能。在本公開中，偏振分束器用作光管，用于使光由于全內(nèi)反射而被包含并且只通過所需表面射出。實例圖 8 為利用 TFCalc 軟件(得自 Software Spectra 公司(Portland，OR))建模的紅色、綠色和藍(lán)色二向色濾光器(標(biāo)記為R、G、B)和一個二向色鏡(標(biāo)記為BB)的透射光譜圖。TFCalc模型以10對具有460nm四分之一波長厚度的交替SW2與TW2層的光學(xué)疊堆開始，并且通過針式最佳化插入額外的SW2和TW2層使用局部搜索來最佳化。光學(xué)疊堆的總厚度不應(yīng)高于3000nm。三個二向色濾光器經(jīng)建模以透射成0°平均入射角(即，垂直于表面)沿具有 Lambertian角分布的F 1. 5錐形入射的紅色出30歷)、綠色(530nm)和藍(lán)色G60nm)光。各個二向色濾光器的輸入側(cè)位于空氣中。二向色鏡經(jīng)建模以阻擋成45°平均入射角沿具有 Lambertian角分布的Fl. 5錐形入射的以460nm為中心的光，并且透射530nm和630nm的光。將二向色鏡的輸入側(cè)建模于具有1. 52折射率的玻璃中。將圖8中的透射光譜應(yīng)用至圖:3B中所示的合色器，顯示出入射藍(lán)光(圖:3B的第一色光350)與PRP 190的二向色鏡(BB)相交。二向色鏡反射藍(lán)光的大約75% (圖中的主要部分351)并且透射大約25% (圖;3B中的次要部分352)。藍(lán)光中的經(jīng)透射的25% 具有相同偏振態(tài)，其通常是由(例如)圖3A-3D中所示的合色器的PRP 190中的反射型偏振器透射的?？赏ㄟ^可選的波長選擇型吸光器70從系統(tǒng)中移除經(jīng)透射藍(lán)光，從而相比于不具有二向色鏡的合色器，產(chǎn)生反射型偏振器的藍(lán)光照射的大約12.5%。在實施過程中，可增加藍(lán)色LED的輸出以補(bǔ)償25%的損失，使得反射型偏振器的實際藍(lán)光照射將為不具有二向色鏡的合色器的約17%。相似地，也可增加綠色LED的輸出以補(bǔ)償通過二向色鏡的損失 (從圖8中，大約75%透射)。通常，藍(lán)光的光化性比綠光高大約10倍。對于其中綠光的輻射能量為藍(lán)光的輻射能量的2倍的模式而言，具有二向色鏡的上述合色器與不具有二向色鏡的合色器相比，將提供約4倍的反射型偏振器壽命。壽命改善可得到進(jìn)一步地提高，這是因為散射對波長敏感，并且照射反射型偏振器的短波長光的減少將往往會降低其散射光的趨勢。將普通合色器(CC)構(gòu)造(即，不具有波長選擇型二向色鏡)的適光效率與藍(lán)色受保護(hù)合色器(BBCC)進(jìn)行比較。不具有二向色鏡的正常合色器(CC)示于(例如)2008年9 月8日提交的、名稱為光組合器(LIGHTCOMBINER)的美國專利申請序列號61/095，129中。 使用W!latlightTMLED(得自Luminus公司)的光譜輸出來產(chǎn)生用于適光效率的數(shù)據(jù)。相比于CC構(gòu)造，BBCC具有藍(lán)光輸出的74. 3%和綠光輸出的88. 0%。由于藍(lán)色光源通常不是限制裝置輸出的LED顏色，因此BBCC具有CC的亮度和輸出的88%。使用具有較長波長的綠色光源(例如，基于II-VI族半導(dǎo)體的綠光LED)來建模另一種構(gòu)型。可通過使用藍(lán)光和紅光LED與II-VI族綠光LED來制備改善的合色器，其提供藍(lán)光和綠光LED之間的較好光譜分離。相比于標(biāo)準(zhǔn)InGaN綠光LED (亮度下降大約12% )， CC與具有較長波長綠色I(xiàn)I-VI LED之間的亮度下降(亮度下降大約3%)為不顯著的。可通過在藍(lán)光反射二向色鏡和反射型偏振器之間設(shè)置波長選擇型吸光器(即藍(lán)色濾光器)來進(jìn)一步降低反射型偏振器的藍(lán)色照射，如在別處所述。使用與上文相同的分析，該方法具有將壽命延長6倍的可能性。潛在問題在于通過吸收藍(lán)光引起的加熱可損害反射型偏振器?？赏ㄟ^將散熱器設(shè)置在垂直于反射型偏振器的兩個面(即，圖IB中所示的端面170、175、180、185)上來降低峰值溫度。降低峰值溫度的其他方法包括在二向色鏡中引入具有高導(dǎo)熱率的材料層，例如蘭寶石層。蘭寶石層可通過摻雜合適元素(例如鈰)、通過添加額外的藍(lán)光吸收涂層、或通過利用藍(lán)色反射型二向色涂層涂布蘭寶石而為黃色。在CC或BBCC合色器中，反射型偏振器上的藍(lán)光照射可為不均勻的。在CC中，非均勻性可由藍(lán)光LED和PBS (如，在別處所述的光隧道)之間的照明光學(xué)件導(dǎo)致。BBCC中的藍(lán)色反射器可由于藍(lán)色二向色的角選擇性和偏振選擇性而增加非均勻性。具有保護(hù)型藍(lán)色二向色反射器的合色器的效率可高于上文所提供的簡單分析。若干機(jī)制可減少由藍(lán)色保護(hù)型反射器導(dǎo)致的低效率。例如，可通過全局最佳化過程將藍(lán)色反射器最佳化?？赏ㄟ^使用全局最佳化、或通過增加介電涂層疊堆的平均折射率來改善設(shè)計。 可使用介電疊堆的任何組合，例如，可使用TiO2與Al2O3的介入疊堆來代替上述實例中使用的1102與3102。另外，不包括實際損失。盡管來自反射型偏振器的反射可非常高，但由反射型偏振器透射的光可通過四分之一波長延遲片旋轉(zhuǎn)4次，并且應(yīng)最小化散射和/或與反射型偏振器的退偏振相互作用。散射在藍(lán)光情況下可為最嚴(yán)重的，并且通過設(shè)計，延遲片優(yōu)選地提供用于所有三個顏色的四分之一波長延遲片。這種設(shè)計可能難以實現(xiàn)，并且性能通常會折衷。上述的效率計算還假定普通合色器有效地發(fā)射最初由反射型偏振器透射的藍(lán)光。改善系統(tǒng)效率的另一種技術(shù)可為使用藍(lán)色光源的F數(shù)比綠色光源更大的光源。在其中光學(xué)系統(tǒng)需要藍(lán)色光源和綠色光源的F數(shù)相同的情況下，可使用高分散性光學(xué)元件， 例如，“蠅眼式”均化器中的二元透鏡。藍(lán)光的較大F數(shù)可允許設(shè)計較高效的保護(hù)型濾光器。藍(lán)色受保護(hù)合色器的性能可相對于正常構(gòu)型增加，因為藍(lán)光LED前方的延遲片僅需要針對綠色和紅色波長起作用，紅光LED前方的延遲片僅需要針對綠光提供四分之一波長延遲，并且綠光LED前方的延遲片僅需要針對紅光提供四分之一波長延遲。這也可為較長波長的綠光LED (例如II-VI族)提供一個優(yōu)點(diǎn)，因為紅色和綠色LED的波長之間將存在較小差異。這里有用于有限光譜范圍的較寬范圍的延遲片可供使用。
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除非另外指明，在說明書和權(quán)利要求中使用的表示部件的尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)被理解為由詞語“約”來修飾。因此，除非有相反的指示，在上述說明書和所附權(quán)利要求中所提出的數(shù)值參數(shù)為近似值，可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性而變化。除了與本公開可能直接抵觸的程度，本文引用的參考文獻(xiàn)及出版物明確地以引用方式全文并入本文中。雖然本文已經(jīng)示出和描述了一些具體實施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以用多種替代和/或等同實現(xiàn)方式來代替所示出和描述的具體實施例而不脫離本發(fā)明范圍。本專利申請旨在涵蓋本文所討論的具體實施例的任何修改或變型。因此，本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容的限制。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，包括第一選色型二向色濾光器，具有第一輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第一輸入表面的第一色光束；選色型二向色鏡，設(shè)置為以成大約45度角與所述第一色光束相交；和反射型偏振器，設(shè)置為鄰近所述選色型二向色鏡且位于與所述第一選色型二向色濾光器相反的一側(cè)，其中所述選色型二向色鏡能夠反射所述第一色光束的主要部分，并且透射所述第一色光束的次要部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束的主要部分包括所述第一色光束的至少60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束的主要部分包括所述第一色光束的至少75%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束包括能夠使所述反射型偏振器劣化的第一波長范圍的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件，還包括波長選擇型吸光器，所述波長選擇型吸光器能夠吸收所述第一波長范圍的光，并且設(shè)置為與所述第一色光束的次要部分相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)元件，其中所述波長選擇型吸光器設(shè)置在所述選色型二向色鏡和所述反射型偏振器之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件，其中所述第一波長范圍的光包括藍(lán)光或紫外光。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件，其中所述第一波長范圍的光包括波長范圍為100 至500納米的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，還包括形成偏振光分束器(PBS)的第一和第二棱鏡，并且其中所述反射型偏振器和選色型二向色鏡設(shè)置在所述PBS的對角面上。
10.一種合色器，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件。
11.一種投影系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的合色器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，還包括第二選色型二向色濾光器，具有第二輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第二輸入表面的第二色光束，所述第二色光束也以成大約45度角與所述選色型二向色鏡相交；其中所述選色型二向色鏡能夠透射所述第二色光束的主要部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束和所述第二色光束各自包括會聚光線或發(fā)散光線。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，還包括第一延遲片，設(shè)置在所述第一選色型二向色濾光器和所述反射型偏振器之間；和第二延遲片，設(shè)置在所述第二選色型二向色濾光器和所述反射型偏振器之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)元件，其中所述反射型偏振器與第一偏振態(tài)對準(zhǔn)，并且各個延遲片包括與所述第一偏振態(tài)成大約45度角對準(zhǔn)的四分之一波長延遲片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束包括第一顏色非偏振光， 并且所述第二色光束包括不同于所述第一顏色非偏振光的第二顏色非偏振光。
17.一種合色器，包括根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的合色器，還包括 第一色光源，發(fā)射所述第一顏色非偏振光； 第二色光源，發(fā)射所述第二顏色非偏振光；以及組合光，包括所述第一顏色非偏振光和所述第二顏色非偏振光。
19.一種投影系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求18所述的合色器。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)元件，還包括第三選色型二向色濾光器，具有第三輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第三輸入表面的第三色光束，所述第三色光束也以成大約45度角與所述選色型二向色鏡相交；和第三四分之一波長延遲片，以成大約45度角與所述第一偏振態(tài)對準(zhǔn)，并且設(shè)置為面向所述第三選色型二向色濾光器，其中所述選色型二向色鏡能夠透射所述第三色光束的主要部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束包括第一顏色非偏振光， 所述第二色光束包括第二顏色非偏振光，并且所述第三色光束包括第三顏色非偏振光，其中所述第一、第二和第三顏色非偏振光中的每一者包括不同的波長范圍。
22.一種合色器，包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的合色器，還包括 第一色光源，發(fā)射所述第一顏色非偏振光； 第二色光源，發(fā)射所述第二顏色非偏振光； 第三色光源，發(fā)射所述第三顏色非偏振光；以及組合光，包括所述第一顏色非偏振光、所述第二顏色非偏振光和所述第三顏色非偏振光。
24.一種投影系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)元件。
25.一種光學(xué)元件，包括第一選色型二向色濾光器，具有第一輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第一輸入表面的第一色光束；反射型偏振器，設(shè)置為以成大約45度角與所述第一色光束相交； 輸出表面，設(shè)置為沿垂直于所述輸出表面的輸出方向透射所述第一色光束；以及選色型二向色鏡，設(shè)置為以成大約45度角與所述第一色光束和第二色光束相交， 其中所述選色型二向色鏡能夠沿所述輸出方向反射所述第二色光束的第一主要部分， 并且沿所述輸出方向透射所述第一色光束的第二主要部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中所述選色型二向色鏡能夠垂直于所述輸出方向透射所述第二色光束的第一主要部分，并且垂直于所述輸出方向反射所述第一色光束的第二主要部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，還包括第二選色型二向色濾光器，具有第二輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第二輸入表面的第三色光束，所述第三色光束能夠以成大約45度角與所述反射型偏振器和所述選色型二向色鏡相交，其中所述選色型二向色鏡能夠沿所述輸出方向透射所述第三光束的第三主要部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中所述第二色光束的主要部分包括所述第二色光束的至少60%。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中所述第二色光束的主要部分包括所述第二色光束的至少75%。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中所述第二色光束包括能夠使所述反射型偏振器劣化的波長范圍的光。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件，其中所述波長范圍的光包括藍(lán)光或紫外光。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件，其中所述波長范圍的光包括波長范圍為100至 500納米的光。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，還包括形成偏振光分束器(PBQ的第一和第二棱鏡，并且其中所述反射型偏振器設(shè)置在所述PBS的對角面上。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束和所述第二色光束各自包括會聚光線或發(fā)散光線。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學(xué)元件，還包括第一延遲片，設(shè)置在所述第一選色型二向色濾光器和所述反射型偏振器之間；和第二延遲片，設(shè)置在所述第二選色型二向色濾光器和所述反射型偏振器之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的光學(xué)元件，其中所述反射型偏振器與第一偏振態(tài)對準(zhǔn)，并且各個延遲片包括與所述第一偏振態(tài)成大約45度角對準(zhǔn)的四分之一波長延遲片。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束包括第一顏色非偏振光， 所述第二色光束包括第二顏色非偏振光，并且所述第三色光束包括第三顏色非偏振光，其中所述第一、第二和第三顏色非偏振光中的每一者包括不同的波長范圍。
38.一種合色器，包括根據(jù)權(quán)利要求37所述的光學(xué)元件。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的合色器，還包括第一色光源，發(fā)射所述第一顏色非偏振光；第二色光源，發(fā)射所述第二顏色非偏振光；第三色光源，發(fā)射所述第三顏色非偏振光；和組合光，包括所述第一顏色非偏振光、所述第二顏色非偏振光和所述第三顏色非偏振光。
40.一種投影系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求39所述的光學(xué)元件。
41.一種光學(xué)元件，包括第一選色型二向色濾光器，具有第一輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第一輸入表面的第一色光束，所述第一色光束包括第一波長范圍的光以及第二波長范圍的光，所述第一波長范圍的光能夠劣化所述反射型偏振器；選色型二向色鏡，設(shè)置為以成大約45度角與所述第一色光束相交；和反射型偏振器，設(shè)置為鄰近所述選色型二向色鏡且位于與所述第一選色型二向色濾光器相反的一側(cè)，其中所述選色型二向色鏡能夠反射所述第一波長范圍的光的主要部分，透射所述第一波長范圍的光的次要部分，并且透射所述第二波長范圍的光的主要部分。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，其中所述第一波長范圍的光的主要部分包括所述第一波長范圍的光的至少60%。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，其中所述第一波長范圍的光的主要部分包括所述第一波長范圍的光的至少75%。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，還包括波長選擇型吸光器，所述波長選擇型吸光器能夠吸收所述第一波長范圍的光，并且設(shè)置為與所述第一波長范圍的光的次要部分相 、-父。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的光學(xué)元件，其中所述波長選擇型吸光器設(shè)置在所述選色型二向色鏡和所述反射型偏振器之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的光學(xué)元件，其中所述波長選擇型吸光器設(shè)置在所述選色型二向色鏡和所述反射型偏振器之間。
47.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，其中所述第一波長范圍的光包括藍(lán)光或紫外光。
48.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，其中所述第一波長范圍的光包括波長范圍為 100至500納米的光。
49.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，還包括形成偏振光分束器(PBQ的第一和第二棱鏡，并且其中所述反射型偏振器和選色型二向色鏡設(shè)置在所述PBS的對角面上。
50.一種合色器，包括根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件。
51.一種投影系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求50所述的合色器。
52.根據(jù)權(quán)利要求41所述的光學(xué)元件，還包括第二選色型二向色濾光器，具有第二輸入表面并且設(shè)置為透射垂直于所述第二輸入表面的第二色光束，所述第二色光束也以成大約45度角與所述選色型二向色鏡相交； 其中所述選色型二向色鏡能夠透射所述第二色光束的主要部分。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束和所述第二色光束各自包括會聚光線或發(fā)散光線。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的光學(xué)元件，還包括第一延遲片，設(shè)置在所述第一選色型二向色濾光器和所述反射型偏振器之間；和第二延遲片，設(shè)置在所述第二選色型二向色濾光器和所述反射型偏振器之間。
55.根據(jù)權(quán)利要求M所述的光學(xué)元件，其中所述反射型偏振器與第一偏振態(tài)對準(zhǔn)，并且各個延遲片包括與所述第一偏振態(tài)成大約45度角對準(zhǔn)的四分之一波長延遲片。
56.根據(jù)權(quán)利要求52所述的光學(xué)元件，其中所述第一色光束包括第一顏色非偏振光， 并且所述第二色光束包括不同于所述第一顏色非偏振光的第二顏色非偏振光。
57.一種合色器，包括根據(jù)權(quán)利要求M所述的光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明描述了光學(xué)元件、使用所述光學(xué)元件的合色器和使用所述合色器的圖像投影儀。該光學(xué)元件可構(gòu)造成下述合色器，該合色器接收不同波長譜的光并且產(chǎn)生包括不同波長譜的光的組合輸出光。該光學(xué)元件包括波長選擇型二向色鏡，該波長選擇型二向色鏡反射可損害光學(xué)元件內(nèi)的反射型偏振器的光化性光的主要部分。該波長選擇型二向色鏡透射其他波長的光的主要部分。使用該光學(xué)元件的所得合色器與不含波長選擇型二向色鏡的合色器相比，可具有改善的耐久性。使用該合色器的圖像投影儀可包括反射型(包括數(shù)字微反射鏡)或偏振(包括液晶)成像模塊。
文檔編號G02B27/10GK102282497SQ200980154953
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者安德魯·J·烏德科克, 斯蒂芬·J·威利特, 查爾斯·L·布魯澤 申請人:3M創(chuàng)新有限公司