一次照明光を前処理するための光学装置

【課題】光損失の少ない色ー偏光選択性能を有し、高温安定性、温度ロバスト性に優れた光学装置を提供する。
【解決手段】順次及び／又は連続して接続された複数のプリズム（２１、２２）から構成されるマルチプリズムアセンブリ（１０）を有するスペクトル処理部（Ｐ）を備え、一次照明光を前処理する光学装置を提供する。隣接していて接続されたプリズム（２１、２２）の対（２０）は、各スペクトル分離面（２０ｃ）を形成する。スペクトル分離面（２０ｃ）は、一次照明光（Ｌ１）に対して、スペクトル分離／スプリッティング処理を実行するように構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次照明光を前処理するための光学装置に関し、詳しくは、波長別の偏光管理を実現するスペクトル処理部として、複数のダイクロイックプリズムのアセンブリ又はマルチプルダイクロイックプリズムアセンブリ（multiple dichroic prism assembly：ＭＤＰ）である又はこのようなアセンブリを備える光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの光学システム、特にＬＣＤプロジェクタにおいて、供給される一次照明光を前処理するための光学装置が必要である。前処理では、入射された一次照明光を、スペクトル及び／又は偏光特性に関して、相補的な成分に分割するサブプロセスが行われる場合がある。
【０００３】
但し、例えば、色選択フィルタユニット（colour selective filter unit）等の周知の手法は、色選択性に関しては良好な性能を示すが、投写システムでは、多くの場合、いくらかの温度上昇があるため、動作時における光出射及び／又は安定性に関しては、適切ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、光損失が少ない良好な色−偏光選択性能を有し、高温安定性及び温度ロバスト性に優れた光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本発明の独立請求項１の特徴に係る光学装置を用いて達成される。本発明に係る光学装置の好ましい実施形態は、従属請求項の範囲に含まれる。
【０００６】
本発明に係る光学装置は、一次照明光を処理する光学装置において、光入射部と、光出射部と、スペクトル処理部とを備える。光入射部は、入射方向から照射される一次照明光が入射されるように構成及び／又は配置されている。光出射部は、二次照明光として、出射方向に出射光を出射するように構成及び／又は配置されている。スペクトル処理部は、光入射部及び光出射部の間に配設され、一次照明光をスペクトル的に処理し、二次照明光を生成するように構成及び／又は配置されている。
【０００７】
スペクトル処理部は、順次及び／又は連続して接続された複数のプリズムからなるマルチプリズムアセンブリを備える。隣接し、接続されたプリズムの対は、特に、対角線に対応する面又は斜面において、対角線に対応する面又は斜面の間の接続インタフェースを構成する各スペクトル分離面を形成する。スペクトル分離面は、一次照明光又はその派生成分に対して、スペクトル分離及び／又はスプリッティング処理を実行し、二次照明光又は二次照明光のプリフォームを生成し、特に、スペクトル的に分離され、実質的に異なる及び／又は実質的に相補的なスペクトル帯域又はスペクトル成分に属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない二次照明光の第１及び第２の成分又は種類又は二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを生成する。
【０００８】
換言すれば、本発明の課題は、一次照明光Ｌ１から２種類の二次照明光Ｌ２であるＬ２−１及びＬ２−２を生成することである。２種類の二次照明光Ｌ２であるＬ２−１及びＬ２−２の間では、スペクトル帯域が異なり、更に、特に偏光状態が異なる。
【０００９】
まず、Ｌ２−１及びＬ２−２は、例えば、赤−シアン、青−黄色、緑−マゼンタ等、相補的な光のスペクトル帯域を有する。本発明に基づくマルチダイクロイックプリズムアセンブリの第１のタスクは、これらの異なるスペクトル帯域を分離することである。
【００１０】
第２に、２つの相補的なスペクトル帯域を互いに垂直な、所定の直線偏光状態にする。例えば、青色光をｓ偏光された光にし、黄色光をｐ偏光された光にする。
【００１１】
光路及び光学装置の後段にある照明システムの構成に応じて、色の間で偏光状態を変更してもよい。
【００１２】
このシステムにより、構成体の大きさを大きくすることなく、又はシステムの部品数を多くすることなく、スペクトル帯域の一部を所望の偏光状態にすることができる。既存の照明システムでは、それぞれの第２のレンズアレイと偏光変換器の後に白色光は１つだけの直線偏光状態、すなわちｐ偏光状態又はｓ偏光状態で存在している。
【００１３】
部品数の削減と、照明システムの大きさの縮小について、図５及び図６を用いて説明する。本発明に基づく構成では、２つの状態の直線偏光された光が存在し、各状態は、それぞれ、固有のスペクトル帯域又は色を有している。
【００１４】
例えば、ＬＣＤプロジェクタ等の投写システムは、偏光に影響されるイメージャ（polarization sensitive imager）を用いる。照射時において、空間的には分離されていないが、偏光状態及び色に関して既に分離されている光を用いることによって、システムの大きさ及び複雑さを小さくできるという利点がある。両方の状態は、同じ照明光の光束において、Ｚ方向に平行に存在している。
【００１５】
偏光又は色に影響される部分は、システムのアーキテクチャに応じて、後に光を空間的に分離することができる。また、この環境により、投写エンジンの光学的設計の自由度が高まる。
【００１６】
本発明に基づく光学装置の好適な実施形態では、複数のプリズム又は複数のプリズムの部分は、入射方向に向いている入射面を構成する。これに加えて又はこれに代えて、複数のプリズム又は複数のプリズムの部分は、出射方向に向いている出射面を構成する。
【００１７】
本発明の更なる又は代替となる実施形態においては、隣接し、接続されたプリズムの対は、立方体構造又は正方形の構造を有し、これは、直平行六面体又は正平行六面体の構造を意味する。
【００１８】
好ましくは、ダイクロイックミラーは、プリズムの対の間に配設する。これにより、上述したスペクトル分離面が形成される。ダイクロイックミラーは、第１のスペクトル帯域外又は第１のスペクトル帯域内の光を反射するように構成してもよい。更に、ダイクロイックミラーは、第２のスペクトル帯域外又は第２のスペクトル帯域内の光を透過するように構成してもよい。更に、第２のスペクトル帯域は、第１のスペクトル帯域に対して実質的に相補的であり及び／又は重複しない帯域であってもよい。
【００１９】
この場合、本発明の好適な実施形態として示す光学装置は、４５°の向きに配設され、反射光又は透過光の偏光状態を適応化する半波長又はλ／２リターダを備え、実質的に異なる又は実質的に相補的な偏光状態である第１の偏光状態又はｓ偏光状態及び第２の偏光状態又はｐ偏光状態を有する又はこれに属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない、偏光状態に関して更に分離すべき二次照明光の第１及び第２の成分又は種類又は二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを準備する。
【００２０】
本発明の更なる好適な実施形態においては、プリズムは、正三角形の形状を有していてもよく、及び／又はスペクトル分離面は、プリズムの対の隣接し、接続された２つのプリズムの斜面によって形成してもよい。
【００２１】
この場合、λ／２リターダは、プリズムの直角面上に又はこれに隣接して構成することが好ましい。これに加えて、直角面は、入射方向及び／又は出射方向に対して平行な向きを向いていてもよい。特に、これにより、実質的に異なる又は実質的に相補的な偏光状態である第１の偏光状態又はｓ偏光状態及び第２の偏光状態又はｐ偏光状態を有する又はこれに属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない、偏光状態に関して更に分離すべき二次照明光の第１及び第２の成分又は種類又は二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを準備してもよい。
【００２２】
変形例として、プリズムの対は、菱形の形状を有していてもよく、プリズムの平行面の第１の組は、入射方向に対して４５°の角度を形成し、プリズムの平行面の第２の組は、入射方向に垂直な方向に向けられていてもよい。更に、隣接し、接続されたプリズムの第１の組の面の間に、ダイクロイックミラーを配置してもよい。
【００２３】
この場合、平行面の第２の組の光出射部に向いている面は、４５°の向きでλ／２リターダによってコーティングされており、これにより、実質的に異なる又は実質的に相補的な偏光状態である第１の偏光状態又はｓ偏光状態及び第２の偏光状態又はｐ偏光状態を有する又はこれに属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない、偏光状態に関して更に分離すべき二次照明光の第１及び第２の成分又は種類又は二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを準備してもよい。
【００２４】
本発明の更なる実施形態においては、本発明に基づく光学装置は、スペクトル処理部の一部として、偏光又は偏光変換装置を備えていてもよい。
【００２５】
この偏光又は偏光変換装置は、光入射部と、スペクトル処理部との間に構成及び／又は配置してもよい。
【００２６】
これに代えて、偏光又は偏光変換装置は、第２の処理部と、光出射部との間に構成及び／又は配置してもよい。
【００２７】
本発明に基づく光学装置の更なる好適な実施形態では、複数のプリズム及び／又はマルチプリズムアセンブリのプリズムの対又はマルチプリズムアセンブリ自体は、入射方向に実質的に垂直である実質的に一方向に延びる構成を有する又はこのような構成に形成される。更に、各プリズム又はアセンブリ自体は、棒状の構造を有していてもよい。
【００２８】
これに代えて、複数のプリズム及び／又はマルチプリズムアセンブリのプリズムの対、又はマルチプリズムアセンブリ自体又はその一部は、実質的に２方向に延び、それぞれ入射方向に対して実質的に垂直であり、且つそれぞれ互いに実質的に垂直であってもよい。各プリズム又はアセンブリ自体は、二次元プレート又は平面状の構成を有し又は形成してもよい。
【００２９】
本発明の好適な実施形態においては、プリズムの対は、一次照明光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置された第１のプリズムを備える。
【００３０】
この機能を実現するために、第１のプリズムは、一次照明光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置され、光入射方向に対して実質的に垂直に向けられている第１の面を備えていてもよい。
【００３１】
本発明の更なる実施形態又は代替的な実施形態において、第１のプリズムは、第１のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分を第１のプリズムから、プリズムの隣接する対の第２のプリズムに向けて照射させ、特にプリズムの隣接する対の第２のプリズムの第１の面を介して入射させるように構成及び／又は配置された第２の面を備えていてもよい。
【００３２】
本発明の光学装置の更なる好適な実施形態において、第１のプリズムは、第１のスペクトル帯域の光又はその派生成分が入射され、入射された第１のスペクトル帯域の光又はその派生成分を、特に、第１の面から、第１のプリズムの第２の面に反射するように構成及び／又は配置された第３の面を備える。
【００３３】
これに加えて又はこれに代えて、この第１のプリズムの第３の面は、第２のスペクトル帯域の光又はその派生成分が入射され、この入射された第２のスペクトル帯域の光又はその派生成分をプリズムの対の第１のプリズムの第１の面から第３の面に出射し、プリズムの対の第２のプリズムの第３の面を介して、第２のプリズムに入射させるように構成及び／又は配置してもよい。
【００３４】
本発明の好適な実施形態に基づく第１のプリズムの特定の単純な形式として、第１のプリズムの第１の面は、特に直角面として、入射方向に実質的に垂直な方向に向けられる。これに加えて又はこれに代えて、第１のプリズムの第２の面は、直角面として、入射方向に対して実質的に平行な方向に向けてもよい。更に、これに加えて又はこれに代えて、第１のプリズムの第３の面は、斜面として、第１のプリズムの第１の面及び第２の面を接続する対角線に対応する面であってもよい。
【００３５】
プリズムの対は、第１のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置された第２のプリズムを備えていてもよい。
【００３６】
これに加えて又はこれに代えて、第２のプリズムは、特に、プリズムの対の第１のプリズムから、更に特に、プリズムの対の第１のプリズムの第３の面から、第２のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置してもよい。
【００３７】
プリズムの対の第２のプリズムの部分である第１の面を、特に、プリズムの隣接する対から、更に特に、プリズムの隣接する対の第１のプリズムの第２の面から第１のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置することが特に好ましい。更に、これに加えて又はこれに代えて、第２のプリズムの第１の面は、入射方向及び／又は放射方向に実質的に平行な方向に向けるとよい。
【００３８】
本発明に基づく光学装置の更に好ましい実施形態では、第２のプリズムは、第２のプリズムから、特に、実質的に出射方向に、及び／又は、特に、第２のスペクトル帯域のすなわち第２のスペクトル帯域内の光を出射させるように構成及び／又は配置された第２の面を備えていてもよい。
【００３９】
本発明に係る光学装置の更に好ましい実施形態では、第２のプリズムは、第１のスペクトル帯域の光又はその派生成分すなわち第１のスペクトル帯域内の光又はその派生成分が入射され、第２のプリズムの第１の面から第２のプリズムの第２の面にｐ偏光状態の光を反射する第３の面を備える。これに加えて又はこれに代えて、第３の面は、ｓ偏光状態の光を透過するように構成及び／又は配置してもよい。
【００４０】
これに加えて又はこれに代えて、第２のスペクトル帯域の光又はその派生成分すなわち第２のスペクトル帯域内の光又はその派生成分が入射され、光を第２のプリズムの第２の面に照射するように構成及び／又は配置された第３の面を備えていてもよい。
【００４１】
本発明のこれらの及び更なる側面は、以下の記述によっても説明される。
【００４２】
本発明は、以下の幾つかの好適な実施形態によって示すように、９０°のプリズムのアセンブリであり、又はこのようなアセンブリを含む。９０°のプリズムのアセンブリは、ＬＣＤ投写機用の投写システムにおいて用いることができる。このアセンブリは、入射する光を、互いに相補的であり、実質的に重複しない２つの成分すなわち、第１及び第２のスペクトル成分に分割する。例えば、第１のスペクトル帯域は、第２のスペクトル帯域に対して相補的な偏光状態に変更される。
【００４３】
出射される光は２つのスペクトル帯域に分割され、スペクトル帯域の偏光状態は、ｓ直線偏光された光又はｐ直線偏光された光に分離される。
【００４４】
例えば、入射された白色の直線偏光された光は、青色及び黄色の成分に分割される。この場合、青色光の偏光ステージは、青色が黄色に対して１８０°の位相シフトされた、直線偏光された光を有するように変更される。
【００４５】
周知の第１の手法では、例えば、ポリマを材料とする複数の、例えば、２０〜３０個のリターダホイル（retarder foil）を積層することによって、同様の機能を実現できる。この種フィルタは、例えば、カラーリンク社（Colorlink）から、色選択フィルタ（color select filter：商標）として市販されている。
【００４６】
フィルタは、直線偏光された光に対して作用する。この手法は、温度安定性の点で劣り、ＵＶ放射及び濃い青色光に対する抵抗が低く、伝達効率が悪いという問題があった。周知の第２の手法では、システムの照明部分で４５°のダイクロイックミラー構成及び半波長リターダを用いる。この手法の具体例を図４に示す。この構成では、本発明に基づく構成に比べて、照明システムの大きさが大きくなり、光の光路も長くなる。
【００４７】
本発明の利点は、色選択フィルタに比べて、温度の影響が小さく、伝達効率が高いという点である。
【００４８】
上述した色選択フィルタ（周知の第１の手法）は、性能は高いが、高温では安定せず、したがって、現在用いられている殆どの投写システムに不向きである。更に、積層される層の数によって、光の伝達効率が低下するため、システムの効率に制約がある。
【００４９】
４５°のダイクロイックミラー構成を有する上述したシステム、すなわち、第２の手法では、構成が空間的に大きくなってしまい、照明システムの光路が長くなるため、そのための空間も必要となる。
【００５０】
本発明は、以下の問題を解決する。
・照明システムの大きさ
・温度安定性
・濃い青色光に対する抵抗
・伝達効率
・波長選択的な偏光におけるＦ／＃ナンバー（F/# number）に対する依存性
図３及び図７は、本発明の第１の実施形態に基づく上述した直角三角形のプリズムのアセンブリを示している。各第２の単一のプリズムは、三角形又は三角形プリズムの斜面の表面がダイクロイックミラーコーティングによってコーティングされる。これらのプリズムは、同形状ではあるが、上述のような種類のコーティングを有していないプリズムと共に、一対に接合される。これにより、立方体状のプリズムアセンブリが形成される。次の工程では、各立方体状のプリズムの一方の面にリターダを積層する（図７参照）。
【００５１】
これらのプリズムは、直線偏光された光を必要とする従来の照明システムに配設及び／又は採用される。
【００５２】
レンズアレイ集光（lens array light integration system）システムの周知の設計は、マルチダイクロイックプリズムアセンブリを用いる基礎となる。
【００５３】
図１は、ランプと、放物面反射器と、第１のレンズアレイと、偏光変換装置（polarizing-converting-system：以下、ＰＣＳとも言う。）と、第２のレンズアレイと、マルチＤＣプリズムとを備える第１の実施形態に基づくアセンブリの概略的構成を示している。この照明システムは、本発明に基づくマルチＤＣプリズムアセンブリ以外は、現在のプロジェクタに採用されている周知の照明システムを用いている。
【００５４】
ランプから出射され、コリメートされた光束は、第１のレンズアレイによって、第２のレンズアレイに焦点を合わせられる。光は、第２のレンズアレイに到達する前に、偏光ビーム分割プリズム（偏光変換装置）によって、ｐ偏光された光と、ｓ偏光された光とに分割される。光分割の後に、偏光状態の１つをｓ偏光からｐ偏光に、又はｐ偏光からｓ偏光に変更することができる。とにかくＰＣＳの後段では、白色光（λ１）は、直線偏光される。直線偏光された光λ１は、レンズアレイ２を通過した後、ダイクロイックプリズムによって、２つの帯域の光λ２及びλ３に分割される。ダイクロイックミラーは、λ３を透過し、λ２を反射する。透過された帯域の光λ３は、偏光ステージを変更することなく誘導される。ダイクロイックミラーは、光λ２を２回反射する。第１の反射の後に、プリズムの間に設けられた半波長リターダは、光λ２の偏光ステージを変更する。第２の反射は、照明システムに向けて光を誘導する。
【００５５】
図２は、同じ機能を有する本発明の第２の実施形態を示している。ここでは、幾つかの部品が、その配置及び細部の構造が、上述の実施の形態と異なっている。
【００５６】
第２の実施形態は、放物面反射器、第１のレンズアレイ、マルチＤＣプリズム、第２のレンズアレイ及び偏光変換装置ＰＣＳを備える。ここでは、第１の構成から、マルチＤＣプリズム及び偏光変換装置ＰＣＳの位置が変更されている。更に、マルチＤＣプリズムアセンブリの基本的な構造は、コーティングを除いて、偏光変換装置ＰＣＳと同様である。マルチＤＣプリズムの正面に設けられたグリッドは、光が予定外のプリズムに出射されることを回避するために設けられている。このシステムは、原理的に、上述したシステムと逆の動作を行う。まず、光を２つの帯域の光λ２、λ３に分割する。ここでは、いずれの帯域もまだ偏光されていない。第２のレンズアレイを通過した後、ＰＣＳは、両方のスペクトル帯域について、スペクトル帯域の偏光ベクトルが互いに直交するように、直線偏光された光を生成する。
【００５７】
ダイクロイックプリズムは、第１のレンズアレイから入射される光を２つのスペクトル帯域に分割する。ダイクロイックミラーは、λ２を反射させ、λ３を透過させる。レンズアレイを通過した後、λ３は、ＰＣＳのプリズム１に入射し、λ２は、ＰＣＳのプリズム２に入射する。ここで、λ２及びλ３は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分離される。以下のスキームでは、（図２参照）λ２の透過された成分は、ｐ偏光される。更に、λ３の透過された部分もｐ偏光される。
【００５８】
λ２及びλ３の両方の反射された成分は、ｓ偏光される。このプリズム構成により、各プリズムでは、プリズム毎に異なる偏光方向を有する両方のスペクトル帯域が得られる。各第２のプリズムの正面には、４５°に傾斜された半波長リターダが配設され、これにより、偏光方向が約９０°変更され、全てのλ２成分が同じ偏光ステージを有し、全てのλ３成分が、λ２の偏光ステージに対して相補的な、同じ偏光ステージを有することとなる。
【００５９】
これにより、高度な製造技術を用いることなく、１つのシステムで色管理及び偏光管理を統合できる。この手法では、リターダシートから色選択フィルタを製造するために必要であった高度な積層処理を行う必要もない。本発明の更なる利点は以下の通りである。
・Ｆ／＃ナンバー（照明システムにおける角度の急峻さを示す数値）からの偏光及び色選択効率の独立性が実現できる。
・伝達効率が高い。
・製造工程が簡単である。
・温度の変化に対する影響が小さい。
・４３０ｎｍ未満の濃い青色光に関して、安定性が高い。
【００６０】
以下、添付の図面を参照して、好適な実施形態に基づき、本発明を更に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下では、構造的又は機能的に同等又は類似する要素については、同じ参照シンボルを付す。これらの同様な要素については、出現の都度、その構造及び機能を繰返し説明することはしない。
【００６２】
図１は、本発明に基づく光学装置１の第１の実施形態の概略的な断面図である。この光学装置１は、スペクトル処理部Ｐとして、λ／２リターダユニットを有するマルチダイクロイックプリズムアセンブリ（multi-dichroic prism assembly）１０を備える。マルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０は、第１及び第２のプリズム２１、２２の対２０から構成される１次元構造すなわち棒状の構造又は２次元構造すなわち面状の構造を有する。
【００６３】
一次照明光Ｌ１は、マルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０の光入射側の面に配設された第１のレンズアレイ３１、偏光変換器５０及び第２のレンズアレイ３２を介して、入力方向又は入射方向Ｚから入射する。本発明に基づくマルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０を用いて、スペクトル処理部Ｐによって、一次照明光Ｌ１を前処理した後に、二次照明光Ｌ２は、スペクトル処理部Ｐから出射され、すなわち、マルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０から、この具体例では、実質的には入射方向Ｚと同じ方向である出射方向Ｚ’に出射される。
【００６４】
図２に示す本発明に基づく光学装置１の実施形態は、以下の特性に関して、図１に示す光学装置と同様である。図２に示す実施形態は、スペクトル処理部Ｐとしてマルチダイクロイックプリズムアセンブリを備え、ここで、隣接し、連結されたプリズム２１、２２の対２０は、平行六面体（parallelepiped）又は偏菱形（rhomboid）の構造を有する。尚、図１の実施形態では、プリズム２１及び２２は、三角形の構造を有する。更に、この実施形態では、各偏光状態を変換するために、各第２のダイクロイックプリズムの背後にλ／２リターダユニット４０を設けている。
【００６５】
図３は、図１に示す実施形態の概略的な断面の側面図であり、偏光されていない一次照明光、ｐ偏光された一次照明光及びｓ偏光された一次照明光の光路を示している。更に、各偏光状態Ａを変換するために、偏光変換器５０の各第２のプリズムの背後にλ／２リターダユニット４０を設けている。マルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０内の光路に関するより詳細な状態については、図９Ａ及び図９Ｂに示してある。
【００６６】
上述のように、図４は、本発明と効果を比較するために、従来の光学装置の光路を示している。
【００６７】
図５は、従来のスペクトル処理部１０’を備える従来の光学装置１’の概略的な断面図を示しており、このスペクトル処理部は、従来の投写システムに用いられており、その光学的広がり（optical extension）は比較的大きい。
【００６８】
直接の比較として、図６は、図５の構成に比べて、実質的には、本発明に基づく光学装置１を用いて、特に、本発明に基づくマルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０を用いて行われるスペクトル処理としての光学的広がりを小さくした新たな投写システムにおける、スペクトル処理部Ｐ又はスペクトル処理部１０を備える本発明に基づく光学装置１の実施形態の概略的な断面図を示している。
【００６９】
図７Ａ〜Ｅは、本発明に基づくマルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０の組立手順を示している。まず、図７Ａに示すように、プリズムの２つの直角面である第１の面２１−１及び第２の面２１−２と、スペクトル及び／又は偏光選択光学インタフェース２０ｃを実現するためにダイクロイックミラーコーティング３０が施された、コーティング面を構成する対角線に対応する面又は斜面２１ｄとを有する直角三角形の形状を有する第１のプリズム２１を準備する。また、第２のプリズム２２は、プリズムの直角面である第１の面２２−１及び第２の面２２−２を備える。更に、第２のプリズム２２は、対角線に対応する面又は斜面２２ｄを備える。
【００７０】
次に、図７Ｂに示すように、第１及び第２のプリズム２１、２２を互いに接合し、第１及び第２のプリズム２１、２２の対２０を形成する。次に、図７Ｃに示すように、４５°の向き（orientation）を有するλ／２リターダ４０を準備し、これを第１のプリズム２１の第２の面２１−２上に配設する。そして、図７Ｄに示すように、接合された第１及び第２のプリズム２１、２２の第２の対２０を準備し、図７Ｅに示すように、この第２の対２０と、他の第１及び第２のプリズム２１、２２からなる第１の対２０とを接合する。この接合は、第１の対２０の第２のプリズム２２の第１の面２２−１と、第２の対２０の第１のプリズム２１の第２の面２１−２の間にλ／２リターダの４０が挟み込まれるように行われる。実際の動作では、本発明に基づく光学装置１において、λ／２リターダ４０は、入射光（inciting light）の偏光状態を、ｓ偏光からｐ偏光に又はｐ偏光からｓ偏光に変更するように動作する。
【００７１】
図８は、本発明に基づく光学装置１の包括的構造を示している。光学装置１は、光入射面Ｅ’を有する光入射部Ｅと、光出射面Ｏ’を有する光出射部Ｏと、これらの間に挟まれた本発明に基づくスペクトル処理部Ｐとを備える。スペクトル処理部Ｐは、光入射方向Ｚから一次照明光Ｌ１を受け取り、二次照明光Ｌ２を生成して、この場合、実質的には光入射方向Ｚと同じである出射方向Ｚ’に向けて、二次照明光Ｌ２を照射及び出射する。
【００７２】
図９Ａは、本発明に基づく光学装置１のスペクトル処理部Ｐを構成するマルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０を用いた光学装置１の概略的な断面を示している。この構成は、第１及び第２のプリズム２１、２２の隣接する対２０を有するマルチダイクロイックプリズムアセンブリ１０に基づいている。各プリズム２１、２２は、直角三角形状の断面を有している。第１のプリズム２１は、第１及び第２の直角面２１−１、２１−２と、対角線に対応する面又は斜面２１ｄとを備える。第２のプリズム２２も同様に、第１及び第２の直角面２２−１、２２−２と、対角線に対応する面又は斜面２２ｄとを備える。第１及び第２のプリズム２１、２２の対角線に対応する面又は斜面２１ｄ、２２ｄの間には、ダイクロイックコーティング又はダイクロイックミラー３０が形成され、これにより、第１及び第２のプリズム２１、２２の各対２０の間に、スペクトル選択的なインタフェース２０ｃが実現される。
【００７３】
第１及び第２のプリズム２１、２２の隣接する複数の対２０の間には、それぞれλ／２リターダ４０が配設され、これにより、第１及び第２のプリズム２１、２２の直接隣接する各対２０の間に偏光選択又は偏光変換インタフェース４０ｃが実現される。図９Ａに示すように、第１のプリズム２１の第１の面２１−１は、光入射方向Ｚを向いている。一方、第２のプリズム２２の第２の面２２−２は、光出射方向Ｚ’を向いている。
【００７４】
図９Ｂは、図９Ａと同様の図であり、本発明に基づくスペクトル分解を図式的に示しており、具体的には、図３に示す手法と同様の手法による白色光の赤及びシアンへの分解を示している。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略的な断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の概略的な断面図である。
【図３】本発明の原理を説明する本発明の第１の実施形態の概略的な断面図である。
【図４】従来のシステムを概略的に示す図である。
【図５】従来のシステムを概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施形態を用いた照明システムの概略的な断面図である。
【図７】Ａ〜Ｅは、本発明に基づく組立手順を説明する概略的な断面図である。
【図８】本発明の原理を更に説明する概略的な断面図である。
【図９Ａ】本発明の動作原理を説明する断面図である。
【図９Ｂ】本発明の動作原理を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１光学装置、１０マルチダイクロイックプリズムアセンブリ、２０プリズム２１、２２の対、２０ｃインタフェース、スペクトル分離面又はインタフェース、２１第１のプリズム、２１−１第１の面又は直角面、２１−２第２の面又は第２の直角面、２１−ｄ第３の面、対角線に対応する面又は斜面、２２第２のプリズム、２２−１第１の面又は第１の直角面、２２−２第２の面又は第２の直角面、２２−ｄ第３の面又は対角線に対応する面又は斜面、３０ダイクロイック反射要素又はダイクロイックミラー、３１第１のレンズアレイ、３２第２のレンズアレイ、４０偏光変更要素、偏光選択要素、半波長リターダ又はλ／２リターダ、４０ｃ偏光変更面又はインタフェース、又は偏光選択面又はインタフェース、５０偏光変換装置、Ｅ光供給／入射／入力部、Ｅ’ 光供給／入射／入力面、Ｌ１一次照明光、Ｌ２二次照明光、Ｌ２−１二次照明光の第１の成分又は種類、Ｌ２−２二次照明光の第２の成分又は種類、Ｏ光出力／出射／照射部、Ｏ’ 光出力／出射／照射面、Ｐスペクトル処理部、ＳＣ１第１のスペクトル成分、ＳＣ２第２のスペクトル成分、Ｘ拡張の方向、Ｙ拡張の方向、Ｚ光入射／入力方向、Ｚ’ 光出射／出力方向

【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次照明光を処理する光学装置において、
入射方向（Ｚ）から照射される一次照明光（Ｌ１）が入射される光入射部（Ｅ）と、
二次照明光（Ｌ２）として、出射方向（Ｚ’）に出射光を出射する光出射部（Ｏ）と、
上記光入射部（Ｅ）及び光出射部（Ｏ）の間に配設され、上記一次照明光（Ｌ１）をスペクトル的に処理し、上記二次照明光（Ｌ２）を生成するスペクトル処理部（Ｐ）とを備え、
上記スペクトル処理部（Ｐ）は、順次及び／又は連続して接続された複数のプリズム（２１、２２）からなるマルチプリズムアセンブリ（１０）を備え、
上記隣接し、接続されたプリズム（２１、２２）の対（２０）は、対角線に対応する面又は斜面（２１ｄ、２２ｄ）において、該対角線に対応する面又は斜面（２１ｄ、２２ｄ）の間の接続インタフェース（２０ｃ）を構成する各スペクトル分離面（２０ｃ）を形成し、
上記スペクトル分離面（２０ｃ）は、
上記一次照明光（Ｌ１）又はその派生成分に対して、スペクトル分離及び／又はスプリッティング処理を実行し、
上記二次照明光（Ｌ２）又は該二次照明光のプリフォームを生成し、
スペクトル的に分離され、実質的に異なる及び／又は実質的に相補的なスペクトル帯域又はスペクトル成分（ＳＣ１、ＳＣ２）に属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない上記二次照明光（Ｌ２）の第１及び第２の成分又は種類（Ｌ２−１、Ｌ２−２）又は該二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを生成することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
上記複数のプリズム（２１、２２）又は該複数のプリズムの部分は、上記入射方向（Ｚ）に向いている入射面（Ｅ’）を有し、及び／又は、
上記複数のプリズム又は該複数のプリズムの部分は、上記出射方向（Ｚ’）に向いている出射面（Ｏ’）を有することを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
上記隣接し、接続されたプリズム（２１、２２）の対（２０）は、立方体構造又は正方形の構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光学装置。
【請求項４】
上記プリズム（２１、２２）の対（２０）の間には、ダイクロイックミラー（３０）が配設されて、上記スペクトル分離面（２０ｃ）を構成し、
上記ダイクロイックミラー（３０）は、第１のスペクトル帯域を有する光を反射するように構成され、
上記ダイクロイックミラー（３０）は、第２のスペクトル帯域を有する光を透過するように構成され、
上記第２のスペクトル帯域は、上記第１のスペクトル帯域に対して実質的に相補的であり及び／又は重複しないことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の光学装置。
【請求項５】
４５°の向きに配設され、上記反射光又は上記透過光の偏光状態を適応化する半波長（１／２波長）又はλ／２リターダ（４０）を備え、
実質的に異なる又は実質的に相補的な偏光状態である第１の偏光状態又はｓ偏光状態及び第２の偏光状態又はｐ偏光状態を有する又はこれに属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない、偏光状態に関して更に分離すべき上記二次照明光（Ｌ２）の第１及び第２の成分又は種類（Ｌ２−１、Ｌ２−２）又は該二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを準備することを特徴とする請求項４記載の光学装置。
【請求項６】
上記プリズム（２１、２２）は、正三角形の形状を有し、及び／又は、
上記スペクトル分離面（２０ｃ）は、上記プリズム（２１、２２）の対（２０）の隣接し、接続された２つのプリズム（２１、２２）の斜面（２１ｄ、２２ｄ）によって形成されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光学装置。
【請求項７】
上記λ／２リターダ（４０）は、上記プリズム（２１、２２）の直角面（２１−２、２２−１）上に又はこれに隣接して構成され、
上記直角面（２２−１、２１−２）は、上記入射方向（Ｚ）及び／又は上記出射方向（Ｚ’）に対して平行な向きを向いており、
これにより、上記実質的に異なる又は実質的に相補的な偏光状態である第１の偏光状態又はｓ偏光状態及び第２の偏光状態又はｐ偏光状態を有する又はこれに属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない、偏光状態に関して更に分離すべき上記二次照明光（Ｌ２）の第１及び第２の成分又は種類（Ｌ２−１、Ｌ２−２）又は該二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを準備することを特徴とする請求項６記載の光学装置。
【請求項８】
上記プリズム（２１、２２）は、菱形の形状を有し、
上記プリズム（２１、２２）の平行面の第１の組は、上記入射方向（Ｚ）に対して４５°の角度を形成し、
上記プリズム（２１、２２）の平行面の第２の組は、上記入射方向（Ｚ）に垂直な方向（Ｘ、Ｙ）に向けられ、
上記隣接し、接続されたプリズム（２１、２２）の上記第１の組の面の間に、ダイクロイックミラー（３０）が配置されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光学装置。
【請求項９】
上記平行面の第２の組の上記光出射方向（Ｚ’）に向いている面は、４５°の向きでλ／２リターダによってコーティングされており、
これにより、上記実質的に異なる又は実質的に相補的な偏光状態である第１の偏光状態又はｓ偏光状態及び第２の偏光状態又はｐ偏光状態を有する又はこれに属するとともに、同時に残り、実質的に空間的に混合され、又は実質的に空間的に分離されていない、偏光状態に関して更に分離すべき上記二次照明光（Ｌ２）の第１及び第２の成分又は種類（Ｌ２−１、Ｌ２−２）又は該二次照明光の第１及び第２の成分又は種類のプリフォームを準備することを特徴とする請求項８記載の光学装置。
【請求項１０】
上記スペクトル処理部（Ｐ）は、偏光変換装置（５０）を備えることを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項記載の光学装置。
【請求項１１】
上記偏光変換装置（５０）は、上記光入射部（Ｅ）及び上記スペクトル処理部（Ｐ）の間に配設されていることを特徴とする請求項１０記載の光学装置。
【請求項１２】
上記偏光変換装置（５０）は、上記スペクトル処理部（Ｐ）及び上記光出射部（Ｏ）の間に配設されていることを特徴とする請求項１０記載の光学装置。
【請求項１３】
上記複数のプリズム（２１、２２）及び／又は上記マルチプリズムアセンブリ（１０）のプリズム（２１、２２）の上記対（２０）、又は上記マルチプリズムアセンブリ（１０）自体又はその一部は、実質的に一方向（Ｘ）に延び、上記入射方向（Ｚ）に対して実質的に垂直であり、棒状の構成を有する又は形成することを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項記載の光学装置。
【請求項１４】
上記複数のプリズム（２１、２２）及び／又は上記マルチプリズムアセンブリ（１０）のプリズム（２１、２２）の上記対（２０）、又は上記マルチプリズムアセンブリ（１０）自体又はその一部は、実質的に２方向（Ｘ、Ｙ）に延び、それぞれ上記入射方向（Ｚ）に対して実質的に垂直であり、且つそれぞれ互いに実質的に垂直であり、二次元プレート又は平面状の構成を有する又は形成することを特徴とする請求項１乃至１３いずれか１項記載の光学装置。
【請求項１５】
上記プリズム（２１、２２）の対（２０）は、上記一次照明光（Ｌ１）又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置された第１のプリズム（２１）を備えることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項記載の光学装置。
【請求項１６】
上記第１のプリズム（２１）は、上記一次照明光（Ｌ１）又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置され、上記光入射方向（Ｚ）に対して実質的に垂直に向けられている第１の面（２１−１）を備えることを特徴とする請求項１５記載の光学装置。
【請求項１７】
上記第１のプリズム（２１）は、上記第１のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分を上記第１のプリズム（２１）から、上記プリズム（２１、２２）の隣接する対（２０）の第２のプリズム（２２）に向けて照射させ、該プリズム（２１、２２）の隣接する対（２０）の上記第２のプリズム（２２）の第１の面（２２−１）を介して入射させるように構成及び／又は配置された第２の面（２１−２）を備えることを特徴とする請求項１５又は１６いずれか１項記載の光学装置。
【請求項１８】
上記第１のプリズム（２１）は、第３の面（２１ｄ）を備え、該第３の面は、
上記第１のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分が入射され、該入射された第１のスペクトル帯域の光又はその派生成分を上記第１の面（２１−１）から、上記第１のプリズム（２１）の上記第２の面（２１−２）に反射し、及び／又は、
上記第２のスペクトル帯域の光又はその派生成分が入射され、該入射された第２のスペクトル帯域の光又はその派生成分を上記第１のプリズム（２１）の上記第１の面（２１−１）から該第３の面（２１ｄ）に出射し、上記プリズム（２１、２２）の上記対（２０）の第２のプリズム（２２）の第３の面（２２ｄ）を介して、該第２のプリズム（２２）に入射させるように構成及び／又は配置されていることを特徴とする請求項１５乃至１７いずれか１項記載の光学装置。
【請求項１９】
上記第１のプリズム（２１）の第１の面（２１−１）は、直角面として、上記入射方向（Ｚ）に対して実質的に垂直な方向に向けられ、及び／又は、
上記第１のプリズム（２１）の上記第２の面（２１−２）は、直角面として、上記入射方向（Ｚ）に対して実質的に平行な方向に向けられ、及び／又は、
上記第１のプリズム（２１）の上記第３の面（２１ｄ）は、斜面として、上記第１のプリズムの上記第１の面及び第２の面（２１−１、２１−２）を接続する対角線に対応する面であることを特徴とする請求項１５乃至１８いずれか１項記載の光学装置。
【請求項２０】
上記プリズム（２１、２２）の上記対（２０）は、上記第１のスペクトル帯域の外又は内の光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置された第２のプリズム（２２）を備えることを特徴とする請求項１乃至１９いずれか１項記載の光学装置。
【請求項２１】
上記第２のプリズム（２２）は、上記入射方向（Ｚ）及び／又は上記出射方向（Ｚ’）に実質的に平行な方向に向いている上記プリズム（２１、２２）の隣接する対（２０）の第１のプリズム（２１）の第２の面（２１−２）から、上記第１のスペクトル帯域の光又はその派生成分が入射されるように構成及び／又は配置された第１の面（２２−１）を備えることを特徴とする請求項１乃至２０いずれか１項記載の光学装置。
【請求項２２】
上記第２のプリズム（２２）は、上記第２のプリズムから、実質的に出射方向（Ｚ’）に光を照射するように構成及び／又は配置された第２の面（２２−２）を備えることを特徴とする請求項２０又は２１記載の光学装置。
【請求項２３】
上記第２のプリズム（２２）は、
上記第１のスペクトル帯域の光又はその派生成分又は上記第１のスペクトル帯域内の光又はその派生成分が入射され、上記第２のプリズムの上記第１の面（２２−１）から（２２）上記第２のプリズム（２２）の上記第２の面（２２−２）にｐ偏光状態の光を反射し、及び／又は、
ｓ偏光状態の光を透過し、及び／又は、
上記第２のスペクトル帯域の光又はその派生成分すなわち上記第２のスペクトル帯域内の光又はその派生成分が入射され、該光を上記第２のプリズム（２２）の第２の面（２２−２）に照射するように構成及び／又は配置された第３の面（２２ｄ）を備えることを特徴とする請求項２０乃至２２いずれか１項記載の光学装置。
【請求項２４】
上記第２のプリズム（２２）の第１の面（２２−１）は、直角面として、上記出射方向（Ｚ）に対して実質的に平行な方向に向けられており、
上記第２のプリズム（２２）の上記第２の面（２２−２）は、直角面として、上記出射方向（Ｚ）に実質的に垂直な向きに向けられており、
上記第２のプリズム（２２）の上記第３の面（２２ｄ）は、上記第２のプリズムの上記第１の面及び第２の面（２２−１、２２−２）を接続する対角線に対応する面又は斜面であることを特徴とする請求項２０乃至２３いずれか１項記載の光学装置。

【図１】