【手続補正書】
【提出日】平成16年6月8日(2004.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路長整合位置に配置された光学部品のセットと、
前記光学部品のセットの各光学部品に取り付けられ、該光学部品間からの光結合流体の漏出を防止するように配置されたフレームとを備えるプリズムアセンブリ。
【請求項２】
前記各光学部品に接触して該各光学部品間に光結合物質をさらに備える請求項１記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３】
前記光結合物質は、液体であることを特徴とする請求項２記載のプリズムアセンブリ。
【請求項４】
前記光結合物質は、気体混合物であることを特徴とする請求項２記載のプリズムアセンブリ。
【請求項５】
前記気体混合物は、空気であることを特徴とする請求項４記載のプリズムアセンブリ。
【請求項６】
前記光学部品は、該光学部品の１つの面に少なくとも１つの反射防止被膜を有することを特徴とする請求項１記載のプリズムアセンブリ。
【請求項７】
前記光結合物質は、気体であることを特徴とする請求項２記載のプリズムアセンブリ。
【請求項８】
前記光結合物質は、ゲルであることを特徴とする請求項２記載のプリズムアセンブリ。
【請求項９】
前記光結合物質は、紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする請求項２記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１０】
前記光路長整合位置は、物理的に光路長を整合した位置であることを特徴とする請求項１記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１１】
前記光学部品は、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項１記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１２】
前記光学部品の外表面の配置を固定するように構成された位置合せ角部のセットをさらに備える請求項１記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１３】
非精密寸法を有する少なくとも２つの光学部品と、
前記光学部品のうちの少なくとも１つに接触するように光路内に配置された光結合流体とを備え、
前記光学部品は、当該プリズムアセンブリ内の種々の光路を通って焦点に向けて方向付けられたビーム光路が整合するような位置に固定され、偏光、ビーム分離、ビーム反射、ビーム結合のうちの少なくとも１つを行うことを特徴とするプリズムアセンブリ。
【請求項１４】
前記光学部品の非精密寸法は、該光学部品を互いに取り付けても、当該プリズムアセンブリを通るように方向付けられた各ビームが焦点を結ばないで合成されるような精度であることを特徴とする請求項１３記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１５】
光学部品のセットと、
前記光学部品のうちの少なくとも１つに取り付けられたベースプレートと、
前記光学部品のうちの少なくとも２つに取り付けられた密閉材と、
密閉された前記光学部品間に配置された光結合流体とを備えるプリズムアセンブリ。
【請求項１６】
前記密閉材は、隣接する密閉された前記光学部品間の内部光学面を接着する接着剤であることを特徴とする請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１７】
隣接する密閉された前記光学部品の間に配置された、少なくとも１つの平面光学部品のセットをさらに備える請求項１６記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１８】
前記光結合流体内に封入されたスペーサをさらに備える請求項１７記載のプリズムアセンブリ。
【請求項１９】
前記平面光学部品のうちの少なくとも１つは、隣接する前記光学部品間の前記光結合流体を分割することを特徴とする請求項１７記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２０】
前記光学部品のセットは、方形状に配置された４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなり、
前記密閉材は、前記ＰＢＳの内部光学面を密閉して光結合流体密閉容器を形成することを特徴とする請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２１】
前記方形は、正方形であることを特徴とする請求項２０記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２２】
前記方形は、３つの異なる光ビームについて当該プリズムアセンブリを通る光路長整合された光路を有することを特徴とする請求項２０記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２３】
前記３つの異なる光ビームは、赤色、緑色、青色であり、それぞれ、対応する光路の異なる位置にてスペクトルの他の成分を含むことを特徴とする請求項２２記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２４】
前記光結合流体内に気泡をさらに有することを特徴とする請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２５】
前記気泡は、当該プリズムアセンブリを通る光路外にあることを特徴とする請求項２４記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２６】
前記光結合流体内にブラダをさらに有する請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２７】
前記ブラダには空気が充填されることを特徴とする請求項２６記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２８】
前記ブラダには可撓性膨張／収縮材料が充填されることを特徴とする請求項２６記載のプリズムアセンブリ。
【請求項２９】
前記光学部品のセットは、方形状に配置された４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなり、該各ＰＢＳが各角部にあり、各隣接ＰＢＳ間に光路整合空間があり、該各ＰＢＳ間に中央充填領域が中央に配置され、
前記ブラダは、当該プリズムアセンブリを通る光路外の前記中央充填領域に配置されることを特徴とする請求項２６記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３０】
前記光学部品のセットは、方形状に配置された４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなり、該各ＰＢＳが各角部にあり、各隣接ＰＢＳ間に光路整合空間があり、該各ＰＢＳ間に中央充填領域が中央に配置され、
当該プリズムアセンブリは、前記中央充填領域を覆って密閉するキャップをさらに備えることを特徴とする請求項２６記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３１】
前記光結合流体は、前記光学部品と前記密閉材と前記ベースプレートとの間に保持されることを特徴とする請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３２】
開放端と閉塞端とを有し、該開放端が前記光結合流体に接触しているチューブと、
前記チューブ内に配置された気泡とをさらに備える請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３３】
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部が前記光結合流体に接触し、該第２の端部が当該プリズムアセンブリの外方に開放されている端部開放チューブと、
前記チューブ内に配置され、前記光結合流体の膨張及び収縮により移動するように構成された、密閉され、可動のピストンとをさらに備える請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３４】
前記ピストンの移動を制限するように構成された少なくとも１つのストッパをさらに備える請求項３３記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３５】
前記光結合流体に対する開口部に配置されて、該開口部を密閉するダイアフラムをさらに備える請求項１５記載のプリズムアセンブリ。
【請求項３６】
白色光源と、
反射型マイクロディスプレイのセットと、
前記白色光源からの白色光を成分光ビームに分離し、各成分光ビームを前記反射型マイクロディスプレイのうちの１つに向けて方向付け、反射された成分光ビームを再合成して出力ビームを形成するように構成されたプリズムアセンブリと、
前記出力ビームを投写するレンズと、
前記レンズで投写された出力ビームを表示するスクリーンとを備え、
前記プリズムアセンブリは、光路長整合された光学部品のセットと該光学部品間に散在する結合流体とを備えることを特徴とする高品位モニタ。
【請求項３７】
前記成分光ビームは赤色ビーム、緑色ビーム、青色ビームであることを特徴とする請求項３６記載の高品位モニタ。
【請求項３８】
当該高品位モニタは、高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）の一部であることを特徴とする請求項３６記載の高品位モニタ。
【請求項３９】
前記マイクロディスプレイを制御する電子部品をさらに備える請求項３６記載の高品位モニタ。
【請求項４０】
前記結合流体の屈折率は、前記光学部品の屈折率と同じであることを特徴とする請求項３６記載の高品位モニタ。
【請求項４１】
前記プリズムアセンブリは、ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項３６記載の高品位モニタ。
【請求項４２】
前記光学部品は、偏光ビームスプリッタ、偏光感度反射型ビームスプリッタ、一方向反射型ビーム結合器のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項３６記載の高品位モニタ。
【請求項４３】
ベースプレートに光学部品のセットを固定するステップと、
前記光学部品間の隙間を密閉するステップと、
前記光学部品間の隙間に光結合流体を充填するステップとを有することを特徴とするプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項４４】
前記光結合流体の屈折率は、前記光学部品の屈折率の２５％以内であり、鉱油及び他の流体のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項４５】
前記光結合流体内にスペーサを浮遊させることを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項４６】
平面光学部品に前記光結合流体を塗布し、前記光学部品間に該平面光学部品を挿入するステップをさらに有することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項４７】
前記固定するステップは、
前記光学部品を光路長整合構成となるようにに配置するステップと、
前記光路長整合構成を前記ベースプレートに取り付けるステップからなることを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項４８】
前記取り付けるステップは、前記光路長整合構成を前記ベースプレートに接着することを特徴とする請求項４７記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項４９】
膨張補償デバイスを前記プリズムアセンブリ内に設置するステップをさらに有することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５０】
前記膨張補償デバイスは、可撓性物質が充填されたブラダからなることを特徴とする請求項４９記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５１】
前記膨張補償デバイスは、スライドピストンを有する端部開放チューブからなることを特徴とする請求項４９記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５２】
前記膨張補償デバイスは、前記プリズムアセンブリの前記光結合流体に対する開口部上に密閉された可撓性ダイアフラムからなることを特徴とする請求項４９記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５３】
前記膨張補償デバイスは、前記光結合流体に接触する開放端と気泡を保持する閉塞端を有するチューブからなることを特徴とする請求項４９記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５４】
前記膨張補償デバイスは、前記光結合流体内に配置された気泡からなることを特徴とする請求項４９記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５５】
前記光学部品間に平面光学素子を挿入するステップをさらに有することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５６】
前記光学部品間に平面光学素子を挿入するステップをさらに有し、
前記充填するステップは、内部にスペーサを浮遊させた前記光結合流体を、前記光学部品間の隙間に充填することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５７】
前記光学部品は、光路長整合された方形状に配置された４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなることを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５８】
前記密閉するステップは、前記各光学部品の周囲にフレームを固定することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項５９】
前記密閉するステップは、前記各光学部品の間に接着剤を塗布することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項６０】
前記充填するステップは、注射器又は他のタブ系注入装置のいずれかを用いて、前記光結合流体を注入することを特徴とする請求項４３記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項６１】
前記光学部品を配置するステップは、前記プリズムアセンブリの外寸を設定するブロックを有するツールに、前記光学部品を設置することを特徴とする請求項４７記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項６２】
前記ブロックは位置合せ角部であり、該各位置合せ角部は前記光学部品のうちの１つの外表面を位置決めするように構成されていることを特徴とする請求項６１記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【請求項６３】
前記ブロックのうちの少なくとも１つはエアダクトを備え、該エアダクトは、該エアダクトが設けられた前記ブロック内に設置された前記光学部品に真空状態を与えるとともに、該エアダクトが設けられた前記ブロックに対して前記光学部品を強固に保持するように構成されることを特徴とする請求項６１記載のプリズムアセンブリの構成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】映像投写光管理システムの構成及び組み立てのための方法及び装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は光管理システム（Light Management System：以下、ＬＭＳという。）に関する。特に、本発明は、ＬＭＳの改良と、反射型マイクロディスプレイ（reflective microdisplay）ベースのビデオプロジェクタへのＬＭＳの適用に関する。
【背景技術】
【０００２】
光管理システム（ＬＭＳ）は、光学機器、特に投写映像装置において用いられ、一般に光源と、集光器と、カーネル（kernel）と、投写レンズと、表示スクリーンと、関連した電子部品とを備えている。ビデオプロジェクタ１００の各部品の機能について、図１を参照して説明する。図１に示すように、光源１０５により白色光１１０が発生される。この白色光１１０は、集光器１１５により集光され、均一化され、適切な形状に成形される。フィルタ（例えばホットミラー１１６及びコールドミラー１１７）により紫外線（ＵＶ）成分及び赤外線（ＩＲ）成分が除去される。その後、白色光１１０はプリズムアセンブリ１５０に入射し、偏光されて赤色、緑色、青色の偏光ビームに３原色分離される。反射型マイクロディスプレイ１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃのセットが設けられ、各偏光ビームに対応するように配設されている（以下、マイクロディスプレイ付きのプリズムアセンブリ１５０をカーネルという。）。各偏光ビームは、それぞれが特定の反射型マイクロディスプレイに向かうように、プリズムアセンブリ１５０内の異なる光路を通る。緑色ビームに作用する（反射する）マイクロディスプレイは、フルカラービデオ画像の緑色の情報内容を表示する。反射された緑色ビームは、フルカラービデオ画像の緑色の情報内容を含んでいる。青色及び赤色マイクロディスプレイについても同様である。マイクロディスプレイ１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃは、画素単位で色ビームを変調して反射する。そして、プリズムアセンブリ１５０は、変調ビームを再度色合成して、フルカラービデオ画像を有する変調白色光ビーム１６０を生成する。得られた変調白色光ビーム１６０は、プリズムアセンブリ１５０から出射されて、投写レンズ１６５に入射する。そして、画像を有するビーム（白色光ビーム１６０は変調されてフルカラー画像を有している）がスクリーン１７０に投写される。
【０００３】
市販のプリズムアセンブリには、以下のようなものがある。
＊デジタル・リフレクション社（Digital Reflection）のスター・プリズム（Star Prism）
＊フィリップ社（Philip）のトライクロイック・プリズム（Trichroic Prism）
＊アイービーエム社（IBM）の３ＰＢＳによるＸプリズム（X Prism with 3 PBS）
＊Ｓヴィジョン／オーロラシステム社（S-Vision/Aurora System）のオフアクシス・プリズム（Off-Axis Prism）
＊デジタル・リフレクション社（Digital Reflection）のＭＧプリズム（MG Prism）
＊カラーリンク社（ColorLink）のカラークワッド・プリズム（ColorQuad Prism）
＊アナクシス社（Unaxis）のカラーコーナー・プリズム（ColorCorner Prism）
【０００４】
プリズムアセンブリ１５０においては光路長の整合が精密に行われる。すなわち、プリズムアセンブリ１５０における３つのマイクロディスプレイ１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃのそれぞれから出射面（出力面）１５５までの光学距離は本質的に同じである。これにより、各マイクロディスプレイ１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃは投写レンズ１６５にて同時に焦点を合わせることが可能となる。現在入手可能なプリズムアセンブリの殆どは、プリズムアセンブリの構成が、精密に形成されて互いに接着された光学部品からなる。これを達成する特定の構成技術には、種々の利点と問題点がある。
【０００５】
幾つかのプリズムアセンブリの構成においては、マイクロディスプレイとマイクロディスプレイが取り付けられたプリズムアセンブリの面との間にエアギャップを設けたものもある。エアギャップは、光路長の整合を達成するための合理的な手法であるが、問題点も多い。例えば、マイクロディスプレイの外表面とプリズムアセンブリの各面に反射防止のための（anti-reflection：ＡＲ）コーティングが必要である。３つのマイクロディスプレイは、マイクロディスプレイの６つ軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸）の全てに対して互いに位置合せが行われる。位置合せは、一般に機械的ポジショナ（positioner）を用いて行う。一旦位置合せをしても、機器輸送中の機械的衝撃や、ビデオプロジェクタの使用中に発生する熱膨張／収縮に対して、必要な精度の位置合せを維持できるかどうかという問題が残る。また、ＡＲ表面を劣化させる虞がある埃、水分、その他の大気汚染物質に、ＡＲ表面が晒される。これら全ての要因は、ビデオプロジェクタの性能を低下させてしまう。
【０００６】
他のプリズムアセンブリの構成においては、マイクロディスプレイがプリズムアセンブリの各面に接着されている。光路長の整合は、プリズムアセンブリの寸法を「完璧なもの」（非常に高精度）にすることにより達成される。これらの「完璧な」寸法を得るために現在考えられる技術としては、以下のものがある。
【０００７】
１．許容誤差が小さい部品の製作
元になる部品を許容誤差を狭くして製作すればよい。しかし、このような部品は現在、光学部品産業界における販売業者から大量に入手できない。入手できたとしても、非常に高価である。
【０００８】
２．寸法による部品の選別
在庫の部品をそれぞれ測定し、同じ寸法の部品を揃える。そして、この揃えた部品を用いてプリズムアセンブリを組み立てる。しかし、これには、適合する部品の組を選別するために部品を多く在庫する必要がある。
【０００９】
３．自動組立機械の利用
この機械は、各光学部品の寸法を測定して、組立作業中に部品の位置を能動的に調整する。このような機械は、注文設計しなければならず、非常に高価で融通が利かないと思われる。
【００１０】
３つのケースの全てにおいて、光学部品をプリズムアセンブリに組み立てる過程では、極めて厳しい許容誤差を採られなければならない。３つのケースの全てにおいて、組み立てられたプリズムアセンブリの光路長は整合していても、その外寸の範囲は広くなることがある。このため、投写レンズに対してプリズムアセンブリの位置を機械的に調整するための機構をビデオプロジェクタ内に設ける必要がある。マイクロディスプレイを接着することにより、プリズムアセンブリの組立がより難しくなるが、マイクロディスプレイの位置ずれの可能性を排除できるという利点がある。また、接着による一体化の構成により、表面の露出及び劣化の可能性を排除することができる。
【００１１】
プリズムアセンブリの各部品は、幾つかの異なる種類のプラスチック及び／又はガラス材料からなる。これらの異なる種類の材料は接着される。しかし、各材料はそれぞれ異なる熱膨張係数を有するので、問題が生じる。プリズムアセンブリとその部品は、運用中に加熱され、冷却されることは避けられないので、その結果生じる材料の膨張／収縮により応力が発生する（実際、組立工程自体がプリズムアセンブリに機械的応力を与える可能性がある）。機械的応力により光複屈折が発生する。複屈折はプリズムアセンブリを通る光ビームに偏光を生じさせ、望ましくないアーティファクトとしてスクリーン上で視覚されることがある。したがって、プリズムアセンブリ内の応力発生を最小限に抑えることが重要である。応力を最小限に抑える１つの手法は、数多くの光学的必要条件を満たすだけでなく、複屈折を誘起する応力の係数ができるだけ低いガラスを用いることである。このようなガラスの一例として、ショット社（Schott）のＳＦ−５７がある。このようなガラスの使用により状況を改善できるが、問題を解決するわけでない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した説明により、マイクロディスプレイをプリズムアセンブリの各面に直接取り付けることによって、多くの利点が得られることが明らかである。しかし、光路長の整合を行ったり、直接取り付けることに適したマイクロディスプレイを用意したりするための費用等、他の様々な問題がある。さらに、ＬＭＳの製造業者は、いずれのプリズムアセンブリ構造でも大量生産においてこのような手法を実行しようとするのは困難である。本明細書に開示された発明は、プリズムアセンブリ、及び殆どのプリズムアセンブリ構成（上述した構成の全てを含む）に適用できる組立技術である。これにより、後の工程でプリズムアセンブリの各面にマイクロディスプレイを直接取り付けることができるとともに、光路長が整合したプリズムアセンブリを、安価に大量生産することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、光管理システム（ＬＭＳ）における光路長の整合及び製造技術、特にプリズムアセンブリの組立及びプリズムアセンブリへのマイクロディスプレイの取付を費用硬化を高く行うという要求を満たしている。本発明は、プリズムアセンブリを構成するための新たなアプローチを開示しており、既知の構成技術の結果プリズムアセンブリ内に発生する機械的応力による望ましくない光学的効果を最小限にするものである。また、本発明は、プリズムアセンブリを光路長を整合させて構成する安価な配置及び方法を含むものである。この配置及び方法では、比較的安価で入手が容易な光学部品を用いる。光学的には、本方法により製作される各プリズムアセンブリは本質的に同じであるため、機械的調整を殆ど必要とすることなく１台のビデオプロジェクタに使用できる。本発明は、広範囲のプリズムアセンブリの構成に適用可能であり、プリズムアセンブリの性能のうち望ましい機械的又は光学的特性を失うことがない。
【００１４】
一実施例において、本発明は、光路長が整合された位置に配置された光学部品のセットと、光学部品のそれぞれに接触するとともに光学部品のそれぞれの間にある光結合流体と、各光学部品に取り付けられるとともに光結合流体が光学部品間から漏出するのを防止するように配置されたフレームとを備えるプリズムアセンブリを提供する。
【００１５】
他の実施例において、本発明は、プリズムアセンブリ内の種々の光路を通って焦点に向けられたビームの光路が整合するような位置に固定され、偏光、ビーム分離、ビーム反射、ビーム結合のうちの少なくとも１つを行うように構成された精密でない寸法の少なくとも２つの光学部品と、光学部品のうちの少なくとも２つに接触するように光路内に配置された光結合流体とを備えるプリズムアセンブリを提供する。
【００１６】
さらに他の実施例において、本発明は、光学部品のセットと、光学部品のうちの少なくとも１つに取り付けられたベースプレートと、光学部品のうちの少なくとも２つに取り付けられた密閉材と、密閉された光学部品間に配置された光結合流体とを備えるプリズムアセンブリを提供する。
【００１７】
また、本発明は、光学部品のセットをベースプレートに固定し、光学部品間の隙間を密閉し、光学部品間の隙間に光結合流体を充填するステップを備えたプリズムアセンブリ構成方法を含む。他の種々の方法及び構成については、以下に説明する開示内容及び図面を詳細に検討することにより明らかになるであろう。
【００１８】
本発明及び本発明による利点は、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより、さらに理解されるものであり、より完全にその価値を認めることができるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例を図面を参照して説明するが、図中、同一の部分又は対応する部分には同じ指示番号を付している。特に図２を参照し、本発明を適用したプリズムアセンブリの一構成例である光路及び構成部品を示す光管理システム（Light Management System：ＬＳＭ）カーネル２００について説明する。本発明に基づき、光路長の整合や他の特徴が得られる。カーネル２００は、プリズムアセンブリ２０１と、取り付けられたマイクロディスプレイ（「緑色」マイクロディスプレイ２３０、「赤色」マイクロディスプレイ２３２、「青色」マイクロディスプレイ２３４からなり、各色は、個々のマイクロディスプレイにより表示される画像の情報内容あるいは処理される光を識別するので、「」内に記載してある）とを備えている。カーネル２００は、映像投写装置の基本部品である。
【００２０】
プリズムアセンブリ２０１は、光学部品のセットと、膜と、単一のプリズムアセンブリユニットを作る整合要素とを備えている。白色光２０５は、第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１０に入射される。偏光ビームスプリッタ薄膜２１５は、白色光２１０を垂直に偏光して２つの偏光ビーム２２０と偏光ビーム２４０に分割する。プリズムアセンブリ２０１を通る光路には、それぞれ、各光路の色と偏光状態を示すように符号が付されている。例えば、入射白色光２０５にはＷＳ＋Ｐ（白色のＳ偏光とＰ偏光を意味する）という符号が付され、偏光ビーム２２０には最初はＷＳ（白色のＳ偏光を意味する）という符号が付されている。Ｓ偏光白色光２２０は、緑色ダイクロイックフィルタ２２１（緑色光を透過させて、偏光ビーム２２０を緑色Ｓ偏光ビーム（符号ＧＳ）にする）を透過して、第２のビームスプリッタ２１２に入射する。偏光ビームスプリッタ薄膜２１７は、Ｓ偏光緑色光を「緑色」マイクロディスプレイ２３０に向けて反射する。
【００２１】
緑色マイクロディスプレイ２３０は、表示される画像の緑色の情報内容に従って偏光緑色光を処理する。「緑色」マイクロディスプレイ２３０は、緑色光の偏光状態を画素毎に変調する。例えば、表示される画像のうち、緑色の情報内容を含まない画素は変更されず、表示される画像のうち、強い緑色の情報内容を有する画素は偏光状態が９０°回転され、他の様々な緑色の内容レベルの画素は、緑色の情報内容の量に比例した量で偏光状態が回転される。また、この緑色マイクロディスプレイ２３０は、緑色光（変調済み）を再び偏光ビームスプリッタ薄膜２１７に反射する（光の反射や他の偏光効果は、マイクロディスプレイの偏光処理による）。
【００２２】
そして、偏光ビームスプリッタ薄膜２１７は、緑色光の一部を反射するとともに、残りの部分を透過させる。反射光と透過光の量は、反射された緑色光に対して行われた変調度に基づく。緑色マイクロディスプレイ２３０に向けて反射された光と同じ偏光状態の光は、再び反射される。逆の偏光状態の光（あるいは少なくとも偏光ビームスプリッタ薄膜２１７の偏光感度（polarization sensitivity）とは異なる光）は透過する。緑色光の量は、元の緑色光の全体量よりも少なく０よりも大きいが、変調量によって異なる（この具体例では、変調は偏光状態の回転量である）。
【００２３】
光ビーム２３５は、偏光ビームスプリッタ薄膜２１７を透過して戻ってきた変調緑色光を示す（例えば、十分に変調されて偏光ビームスプリッタ薄膜２１７を透過した緑色光である）。光ビーム２３５は、最後のビームスプリッタ２１６に入射し、偏光ビームスプリッタ薄膜２１３から反射される。赤色及び青色の各成分も同様に変調され、対応する偏光感度材料（polarization sensitive material）を透過又は反射されて、光ビーム２５０を生成する。変調緑色光ビーム２３５は、偏光ビームスプリッタ薄膜２１３から反射された後、ビーム２５０の赤色及び青色成分と合成され、表示される画像を含んだ白色光２８０として出力面２７５を介してプリズムアセンブリ２０１から出射される。
【００２４】
ＰＢＳ２１０、２１２、２１４、２１６も同様に構成される。この構成例では、各ＰＢＳは、２つの光学部品（例えば、プリズム２０８とプリズム２０６）と、偏光ビームスプリッタ薄膜（例えば２１５）とを備えている。偏光ビームスプリッタ薄膜は、例えば、Ｓ偏光を反射するとともにＰ偏光を透過させる被膜である。光学素子（例えば、位相差素子（retarder）、旋光素子（rotator）等）を用いて偏光を変化させ、所望の光ビームが偏光ビームスプリッタ薄膜により反射又は透過され、次の偏光ビームスプリッタ薄膜が、光学部品の構成や各光ビームの所望の光路に応じて所望の光ビームを透過又は反射するようにできる（図２は一具体例及び所望の光路を示す）。例えば、ＰＢＳ２１０が入射白色光ビーム２０５を２つのビームに分離すると、第２の光ビーム２４０が波長特定位相差素子（wavelength specific retarder、青色／赤色カラー選択素子２９１）を透過し、また、ＰＢＳ２１４は、光ビーム２４０を赤色マイクロディスプレイ２３２及び青色マイクロディスプレイ２３４にそれぞれに向かう成分ビームに分離することができる（位相差素子がない場合、白色光の光ビーム２４０の青色成分はＰ偏光のままとなり、ＰＢＳ２１４は、青色光を青色マイクロディスプレイ２３４に向けて反射するのではなく、赤色マイクロディスプレイ２３２に向けて透過してしまう）。
【００２５】
図２の構成は、４つの同様に構成されたＰＢＳからなるプリズムアセンブリであり、ＰＢＳを同様に構成することにより、部品点数及び特定の光学設計における部品の機能のばらつきを低減することができ、様々な機能を果たす光学部品（及び異なる構成の種々の光学部品）を用いる装置よりも有利である。したがって、これに対応する生産ラインでは、スケールメリット（economies of scale）、在庫縮小等の利点がある。なお、光学素子の様々な組合せを利用して、種々のビームを適切に反射又は透過させた後、再合成して、最終的な光ビーム２８０を生成することもできる。さらに、種々の機能を有する光学部品を用いたプリズムアセンブリを構成することもできる。そして、上述のように、ここで説明する技術及び工程を用いて、これらの多様性の全て（異なる大きさ、異なる形状、異なる構成等）を有するプリズムアセンブリを構成することができる。
【００２６】
光学部品が組み合わされてビームスプリッタを形成する。例えば、各プリズム２０６、２０８は、組み合わされて偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１０を形成する光学部品である。ビームスプリット光学部品を製作した後に、プリズムアセンブリを製造する。プリズムアセンブリ２０１は、４つのビームスプリット光学部品、すなわち偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１０、２１２、２１４、２１６を備えている。各偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと呼ぶ）２１０、２１２、２１４、２１６は、偏光ビームスプリッタ薄膜（例えば、２１５、２１７、２１９、２１３）を有している。好ましくは、偏光ビームスプリッタ薄膜は、偏光ビームスプリッタの対角面にあり、ＰＢＳの外表面により画定される角部を通って延在している。例えば、偏光ビームスプリッタ薄膜２１５は、ＰＢＳ２１０の角部２０２及び２０４を通り、プリズム２０６及び２０８の対角面に沿って延在する。また、特に光が対角面全体を通過しない場合、偏光ビームスプリッタ薄膜が対角面のうちの一部の面だけに設けられ、角部には延在しないようにＰＢＳを構成してもよい。
【００２７】
このようなＰＢＳは、光路長整合を用いて組み立てられる。ＰＢＳ２１０について説明すると、２つの光学部品（プリズム）２０６及び２０８は、正確に同じ大きさなくてもよい（したがって、ＰＢＳの外寸は、特別な寸法要件を満たす必要がない）ことがわかる。ＰＢＳに対して特別な寸法要件がないので、機械的許容誤差が「ゆるい（loose）」光学部品を用いることができる。このような光学部品（及びそれらの部品を構成するのに使用されるプリズム）は、既存の光学部品販売業者が適切な適当な原価で大量に生産することができる。
【００２８】
光学部品は「裏返して（outside in）」から組み立てられる。図３に示すように、プリズムアセンブリ２０１の４つのＰＢＳのそれぞれの２つの外表面が、組立工具３１０の精密位置合せ角部３００により正確な位置に保持される。例えば、ＰＢＳ２１０の外表面は、位置合せ角部３００Ａにより決定される固定位置に保持される。
【００２９】
組立工具３１０は、精密位置合せ角部３００が固定されるベースプレート３１５を備える。位置合せ角部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄは、機械的ツーリング（tooling）を用いて製作することができる。位置合せ角部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄは、各ＰＢＳ２１０、２１２、２１４、２１６の外寸を精密に固定するような許容誤差で製作されるとともに、組立工具３１０のベースプレート３１５上に配置される。各位置合せ角部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄは、組立中にＰＢＳ２１０、２１２、２１４、２１６を正確な位置に固定するための機構を備えている。例えば、ＰＢＳ２１０は、真空ホルダ３３０、３３５を介して位置合せ角部３００Ａにしっかりと保持される。真空ホルダ３３０、３３５は、真空管３２５を介して真空ポンプ３３０に連結されている。一実施例においては、位置合せ角部には単一の真空ホルダが存在する。
【００３０】
位置合せ角部は、光路長整合を達成するのに必要な精密な寸法精度を与えるが、高価で許容誤差の厳密な光学部品ではなく、機械的ツーリングにより得られる。しかしながら、光路長整合だけでは満足のいくプリズムアセンブリは製作できない。光路長が整合されていても、光学部品は変化する非精密許容誤差（種々の寸法）を有しているので、ＰＢＳは精密に嵌合せず（例えば、ＰＢＳ２１０とＰＢＳ２１４の交差部や、それらの間に配設されたダイクロイックやフィルタは正確には嵌合せず）、ＰＢＳの内部光学面にエアギャップができてしまう。このエアギャップ自体により、屈折や他の光学特性の変動等、軽減又は排除しなければならない問題が発生する。
【００３１】
本発明は、ＰＢＳを液体で結合することにより、不正確に合わせられたＰＢＳの望ましくない影響を軽減する。一実施例において、プリズムアセンブリの内部光学面全てを、液体を用いて結合する。図４は、光学アセンブリの構成部品を液体結合した本発明の一実施例を示す図である。隣接するＰＢＳの間には、液体が充填されたジョイントがある。液体充填ジョイントの厚さは、プリズムアセンブリの所望の外部寸法を維持するように（例えば、プリズムアセンブリ内の整合された所望の光路長を維持するように）、個々のＰＢＳ（あるいは他のプリズムアセンブリにおいて用いられる他の光学部品）の寸法の違いよって異なる。例えば、ＰＢＳ２１２とＰＢＳ２１６の間のジョイントである液体充填ジョイントＪ１は、ＰＢＳ間の液体からなり、ジョイント全体は、スペースｔ１、ｔ２、ｔ３内の液体結合流体４００と、ＰＢＳ間に配置されたダイクロイックや他の光学素子（例えば、ＰＢＳ間に配置された光学素子４１０及び４２０）とからなる。他の光学素子は、例えば、ダイクロイック又は他のフィルタの組合せであってもよい。液体結合流体内に収容することにより、部品内に応力が蓄積されるのを防止する。
【００３２】
一実施例において、プリズムアセンブリの外部表面に接着されたフレームを用いて、液体を封入するとともに部品を正確な位置に保持する。図５は、本発明の一実施例によるＬＭＳプリズムアセンブリの部品を保持するフレーム５００の上面図及び側面図である。フレーム５００は、１又は幾つかのピースで構成することができ（フレーム材料について光学的な必要条件は何もない）、ＰＢＳ間の各ジョイント上に配置される。この実施例では、フレーム５００は、２つの面部品５００Ａ、５００Ｃと、４つのエッジ部品５００Ｂからなる。各面部品５００Ａ、５００Ｃは、プラス（＋）形状のガラス、プラスチック、アクリル、その他の材料からなり、プラス形状の各肢部がジョイントを覆い、プラス形状の中央部が４つのジョイント全ての連結部を覆う。エッジ部品５００Ｂは、各ジョイントの端部を覆う。上面部品５００Ａは、充填孔５１０を有しており、必要に応じて流体を注入及び／又は追加することができる。キャップ（図示せず）を用いて充填孔に蓋をし、流体がこぼれるのを防止する。気泡５５０を設けて、液体の膨張／収縮を補償し、光学部品への応力の蓄積を防止する。フレーム５００は、プラス形状として説明しているが、各ジョイントを十分に覆うものであれば、完全な長方形又はその他の形状であってもよい。フレームに付す糊（glue）又は他の接着剤は、フレームとＰＢＳとの間に封止材を形成し、結合流体を完全に封入する。また、この糊又は他の接着剤は、フレームに対してＰＢＳの位置を固定し、ＰＢＳが互いに移動しないようにする（ＬＭＳのモノリシック特性を維持する）。
【００３３】
フレームとＰＢＳとの間に接着剤を用いた整合光路長の固定は、プリズムアセンブリ部品の整合光路長位置を決定してから（例えば、角部ピースや他の位置決め機構を有するツールを用いて、正しい光路長を確保してから）、それらの整合光路長位置にて部品（例えばＰＢＳ）をフレームの１つ以上の部分に接着することにより行われる。そして、新たな光学素子（例えば光学素子４１０、４２０）をジョイントに配置し、ジョイントに少なくとも部分的に光結合流体（液体結合流体）を充填し、上フレームピースでジョイントに蓋をし、結合流体をいっぱいに入れ（気泡又は他の膨張エアスペースを除く）、充填孔に蓋をする。
【００３４】
本発明には、プリズムアセンブリに結合液体を充填する種々の方法及び装置が含まれる。例えば、図７は本発明の一実施例による結合流体充填装置及び方法を示す図である。結合流体が充填された注射器を用いて、中央充填孔７００に結合液体を注入する。中央充填孔７００はプリズムアセンブリの中央領域であり、一般的にその内部には光学部品は存在しない。しかしながら、１つ以上の光学部品が少なくとも中央充填孔の途中まで配置されている可能性もある。一実施例において、プリズムアセンブリに結合流体を少なくとも部分的に満たした後、プリズムアセンブリにフレームの上部を取り付ける。フレームの上部が取り付けられていないときには、結合流体を中央充填孔以外の領域に注入することができるが、中央充填孔に注入することが好ましい。また、中央充填孔の底部にて結合流体を注入することが好ましい。垂直及び水平の両方向における光学素子とＰＢＳとの毛管現象が、充填処理を促進する。他の実施例では、配置されたフレームの上部にて同じ処理が行われる。その場合、充填孔５１０（キャップは外した状態）を介して注射器を中央充填孔７００の底部に挿入し、プリズムアセンブリに結合流体を充填する。チューブ、ポンプ等の他の装置や他の注入機構を用いて、中央充填孔に流体を注入してもよい。
【００３５】
プリズムアセンブリ内の部品が直接接触する場合（例えば、光学素子４１０が光学素子４２０又はＰＳＢ２１２のいずれかに直接接触する場合）、結果として、プリズムアセンブリにより投写される画像中に目視可能なアーティファクトとして現れてしまう。この問題は、光学アセンブリの部品及び／又は素子間に液体からなる薄膜を確実に存在させることにより、解決される。部品間に液体の薄膜が確実に存在するようにするためには、種々の方法及び／又は機構を用いることができる。例えば、結合流体の充填中に光学素子を物理的に分離し、光学素子とＰＢＳとを分離するようにフレームの各部にスペーサを取り付ければよい。一実施例において、光学面間にスペーサを用いる。図６は、本発明の一実施例によるＬＭＳプリズムアセンブリのスペーサ（スペーサボール６００）と流体結合を示す図である。スペーサは、数千分の１インチ程度の直径を有するガラスロッド又はボールとすることができる。液体結合流体の屈折率は、スペーサの屈折率に一致するように選択し、したがって、スペーサは見えなくなる。
【００３６】
本発明には、スペーサを適用する様々な方法及び装置が含まれる。一群の実施例において、スペーサをＰＢＳ及び／又は光学素子の光学面に直接塗布する。一実施例では、スペーサを光学面に吹き付ける。光学面へのスペーサの吹付けは、液晶表示装置の製造技術や機械類を用いて行えばよい。湿式又は乾式スペーサ塗布のいずれを用いてもよい。他の実施例では、少なくとも製造中に、スペーサを液体結合流体中に浮遊させる。プリズムアセンブリの製造後、浮遊したスペーサは、光学面間に滞留及び／又は視界外であるプリズムアセンブリの底部に沈殿する。
【００３７】
液体結合流体は、流体内で間隔をおいたＰＳＢや光学素子の屈折率と一致する（あるいは）略一致する）屈折率を有するように選択された光結合流体である。屈折率は、波長によって変化し、プリズムアセンブリにおける部品や素子毎に異なる。プラスチック素子の場合、一般的な値は１．５２であり、ガラス部品の場合は１．７１である。光結合流体は、一般に１．５０〜１．８５の範囲の屈折率を有することが好ましい。屈折率１．６の光結合流体は、本発明者等が実施した実験では十分に機能した。同様に、スペーサを用いた実施例では、光結合流体は、ＰＢＳ、光学素子、スペーサのそれぞれの屈折率に可能な限り近い屈折率を有するように選択される。屈折率の一致は、光学部品と素子間の屈折率の差を分割することにより行うことができる。他の方法としては、インピーダンス整合的な演算（例えば、各光学部品／素子の屈折率の二乗和の平方根をとる演算）を行うことである。なお、本発明者等は、光学部品及び素子の屈折率について、高い屈折率から低い屈折率までのいずれの屈折率を選択しても、本明細書で説明するゲル、硬化エポキシ、空気充填の各実施例等、光路長整合が行われたプリズムアセンブリの他のいずれの実施例よりも良好に一致させることができることを見出した。結合流体について選択した屈折率は、プリズムアセンブリでより頻繁に行われる部品界面の整合に関して有利になるようにすることができる。一実施例において、結合流体の屈折率はスペーサの屈折率と一致する。
【００３８】
結合流体に関して重要な特性は、毒性、可燃性、黄変傾向、化学特性、原価である。毒性と可燃性は安全性の問題であり、製品は非毒性、不燃性であることが好ましい。また、光結合流体が実用的であるには、特に強力な光と熱の条件下でも耐黄変性がなければならない。光結合流体は、プリズムアセンブリにおける他の光学素子、部品、部分と反応しない化学特性を有していなければならない。そして、商業的に実用的であるには、光結合流体は比較的安価で入手が容易でなければならない。一実施例において、光結合流体は、例えば鉱油である。多くの異なる種類や特性の光結合流体が市販されている（例えば、カーギル社（Cargille Corp）は、多くの異なる種類の、屈折率が一致した流体を製造している）。
【００３９】
一実施例において、光結合流体は紫外線硬化型接着剤であり、硬化すると流体なしで光学素子／部品を結合し、頑強なプリズムアセンブリを形成する。しかしながら、液体充填の実施例では、商業的に実用的な紫外線硬化型接着剤よりも良好な屈折率の一致が得られるので、液体充填の実施例が好ましい。他の実施例では、プリズムアセンブリの種々の部品／素子間に光結合ゲルを挿入することにより光結合を行う。ＮＹＥ社（NYE Corporation）は、このようなゲル（一致するゲル）を一種製造している。さらに他の実施例では、結合材料が空気である。あるいは、光学部品と光学素子間にカプラとして他の気体を用いる。空気充填の実施例では、反射を排除又は低減するために、反射防止被膜を光学素子及び部品の表面に設ける。
【００４０】
なお、ここで説明する種々の組立技術は、本明細書で説明するプリズムアセンブリ構成のいずれにも適用することができる。
【００４１】
上述の構成及び製造方法により、幾つかの利点が得られる。これらを以下に示す。
【００４２】
幾つかのプリズムアセンブリ構成には、偏光回転素子（旋光素子（rotator））（例えば、偏光ビームスプリッタ薄膜２１７を透過した回転ビーム２３５は、偏光ビームスプリッタ薄膜２１３により反射される）が含まれる。旋光素子は、一般に、ポリカーボネートプラスチックの層を互い接着して構成される。従来の装置では、接着剤は、旋光素子のポリカーボネートプラスチックをプリズムアセンブリのガラスに接着できなければならない。この問題の一般的な解決法は、販売業者から偏光旋光素子を「挟み込み（sandwich）」状態で購入することである。「挟み込み」状態では、旋光素子が２枚のカバーガラス間に接着されている。カバーガラスにより、プリズムアセンブリ製造者が旋光素子をプリズムアセンブリ内に接着するのが容易になる（例えば、隣接するカバーガラスの表面の間に接着する）。しかしながら、ポリカーボネート製の旋光素子自体と比較して、挟み込みのものは、供給が限られており高価である。これに対し、本発明では、液体結合方法により、安価で入手が容易なポリカーボネート部品を直接使用することができる。液体結合ではポリカーボネートを接着剤で接着しないので、このような問題は生じない。
【００４３】
新たな製造方法を用いて得られたプリズムアセンブリの精密な外寸により、マイクロディスプレイをプリズムアセンブリに直接取り付けることができるだけでなく、完成したカーネル（マイクロディスプレイが取り付けられたプリズムアセンブリ）を、それが使用される装置（例えば、光エンジン）に取り付けるための精密（又は固定）取付ポイントを使用することができる。精密又は固定取付ポイントを使用することで、カーネルを光エンジンに取り付ける際に、物理的調整機構や手順の必要性が低減又は排除される。
【００４４】
従来のプリズムアセンブリは、一般に一連の糊硬化工程を用いる。プリズムアセンブリの大きさや複雑性が増すにつれて、ガラスによる光の吸収及び／又は部品の光学特性により接着剤の硬化が徐々に困難になる。本発明のような液体結合により、この問題がなくなり、プリズムの組立に必要な時間を大幅に短縮することができる。
【００４５】
本発明には、光学素子（例えば、光学素子４１０、４２０）を正確な位置に保持するための装置及び方法が含まれる。光学素子は、一般に長方形で平面状（薄い幅）なので、一般に平面部品（flat component）とも呼ばれている。なお、本発明は、種々の形状と幅の光学部品を用いて実施することができる。
【００４６】
製造時、出荷時、保管時及び／又は実際の使用中等、いずれの場合においても問題となるのは、結合流体内で光学素子が移動する可能性があることである。中央充填孔７００側への移動により、移動した部品（あるいは移動した部品の部分）が光路から外れたままになってしまう可能性がある。本発明では、中央充填孔７００にスペーサデバイスを配置して、平面部品を安定した通常位置に保持する。図８は、本発明の一実施例による、光学部品を保持するのに用いられるスペーサデバイス８００の一例を示す図である。図示する実施例において、スペーサデバイス８００は、シリンダ形状となるようにきつく巻かれたポリカーボネートシートである。スペーサデバイス８００を中央充填孔７００に挿入する。正確な位置に配置されると、ロールシリンダは「ほどかれて」部品を押圧することにより、部品を中央孔の外に保持する。
【００４７】
上述のように、種々の部品の膨張を補償するためにプリズムアセンブリ内に気泡を残してもよい。部品の膨張に関する問題は、各部品が異なる率で膨張することである。光結合流体が膨張すると、プリズムアセンブリの光学部品も膨張する。しかしながら、液体と光学部品の膨張は異なる率である（膨張差（differential expansion））。多くの場合、光結合流体が光学部品よりも高い率で膨張する。気泡がない場合、膨張する流体により、ある量の応力が光学部品に対してかかる。気泡がない場合、この応力により、液体結合流体が膨張すると、プリズムアセンブリの光学部品を通過する種々の光ビームに影響する、応力による望ましくない量の複屈折が生じる可能性がある。
【００４８】
再び図５を参照し、気泡５５０について説明する。充填孔５１０に蓋がされると、気泡５５０はプリズムアセンブリ内に永久に保持される。図５において、プリズムアセンブリの外側の「フレーム」要素（５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ）は、液体を封入するとともにプリズムアセンブリ部品の空間を強固に保持するのに役立つ。
【００４９】
図５の例示的な実施例では、フレーム５００により包囲されたプリズムアセンブリ内の容積は、プリズムアセンブリ部品（例えばＰＢＳ等）のガラス、光学素子、光結合液体で占められる。プリズムアセンブリの温度が上昇すると（動作中には温度上昇する）、全部品の線形及び体積寸法が大きくなる。しかしながら、少なくとも光結合液体の熱体積膨張係数がガラスや他の材料の熱体積膨張係数よりもかなり高いことから、温度が上昇すると、液体の体積が、ガラスの「容器」（液体の境界となる光学部品やフレーム）の体積よりも速く膨張する。望ましくない光学的影響に加えて、この膨張差により生じる過度の応力が、接着した部品を分離させてしまう可能性がある。気泡５５０は、膨張差の影響を調節するとともに応力の蓄積を防止する一手法である。
【００５０】
図９は、本発明の一実施例によるダイアフラムを備えたプリズムアセンブリを示す図である。ダイアフラム９００は、膨張する流体を調節することにより応力を緩和するのに十分な強度と可撓性を有するゴム、プラスチック、その他の可撓性材料により構成される。ダイアフラム９００は、液体の体積が増減するにつれて撓む。好ましくは、ダイアフラム９００は円形で、接着剤を用いて充填孔５１０上に取り付けられる。なお、他の形状や取付機構を用いてもよい（例えば、充填孔周囲のフレームに留めたリングの下に嵌め込んだ可撓性材料）。
【００５１】
図１０は、本発明の一実施例によるブラダ（air bladder）１０００を備えたプリズムアセンブリを示す図である。一実施例において、フレーム５００は蓋をされ（例えば、キャップ１０１０）、光学アセンブリ内にブラダ１０００が挿入される。ブラダ１０００は、液体の体積が増減するにつれて膨張及び収縮を行う。
【００５２】
空気が充填されたブラダ１０００は、充填路（中央充填孔７００）に挿入される。ブラダ１０００の体積は、結合流体の体積変化を調節するように増減することができる。他の実施例において、ブラダは、適切な圧縮可能材料（例えば、気体、液体、固体、又はこれらの組合せ）であってもよい。また、ブラダ１０００は、フレームに接着されていない部品（例えば、偏光ビームスプリットキューブ間に配置された「平面」部品（例えば、光学素子４１０、４２０））を正確な位置に保持するのにも役立つ。「平面」部品を適所に保持するのに役立つように構成した場合、ポリカーボネートロール８００等のスペーサは不要である。
【００５３】
図１１は、本発明の一実施例による密閉チューブ１１００の実施例を示す図である。密閉チューブ１１００は、充填孔５１０に取り付けられる。密閉チューブ１１００の一部には気泡１１０５が封入されている。気泡１１０５は、プリズムアセンブリ内の液体の膨張又は収縮を調節するように拡大又は縮小する。この手法では、上述の気泡のみの手法と同様に、光エンジンにおけるプリズムアセンブリの方向が分かっていることが重要である。それは、気泡１１０５がプリズムアセンブリ内の高い位置に移動するからである。したがって、密閉チューブ１１００の端部が高い位置になるように装置を設計する必要がある。密閉チューブは、気泡を適切な位置に向けるように肘部又は他の構造を有して構成されてもよい。したがって、気泡のみの手法の場合、プリズムアセンブリの高い位置（プリズムアセンブリにおける流体の高い位置）は、プリズムアセンブリの光路内の位置とはならないことが重要である。
【００５４】
図１２は、本発明の一実施例による外気ピストン１２００を示す図である。端部開放チューブ１２０５は、充填孔５１０に取り付けられる。スライドピストン１２００が端部開放チューブ１２０５内部にしっかりと嵌合する。光結合液体が温度上昇によって膨張すると、ピストン１２００が端部開放チューブ１２０５内で外方にスライドする。光結合液体が温度低下により収縮すると、表面張力（及び／又はプリズムアセンブリ内外の圧力の差）により、ピストン１２００が端部開放チューブ１２０５内で内方にスライドする。一実施例において、端部開放チューブ１２０５は予測される光結合流体の最大膨張よりも長い。他の実施例では、端部開放チューブ１２０５内にストッパ１２１０を配置して、ピストン１２００がチューブ１２０５の開放端に達するのを防止する。また、他の実施例において、ストッパ１２１０は、緊急停止回路に接続された電極であり、ピストン１２００は外表面に導電性材料を有している。ピストン１２００がストッパ１２１０に接触すると、少なくともプリズムアセンブリが十分に冷却されて、ピストン１２００がストッパ１２１０から離れるまで、プリズムアセンブリが搭載光エンジンが停止される。ここで説明した実施例全てについて、端部開放チューブを１以上の他の実施例（例えばブラダ）と組み合わせて、光結合流体の膨張及び収縮を補償する応力緩和を行ってもよい。
【００５５】
上述の各実施例は、プリズムアセンブリを密閉するとともに光結合流体を封入する（そして、上述の応力緩和手段のために必要な取付具を備えた）外部フレーム（例えば、プリズムアセンブリの光学部品の外部であるフレーム５００）を備えている。また、フレームはプリズムアセンブリに構造的強度を与える。なお、本発明者等は、光結合流体を密閉するための小型の構造を実現した。小型は構造により、種々のＬＣｏＳベースの映像投写装置等、種々の光学的用途にプリズムアセンブリを用いることができる。
【００５６】
さらに、流体結合型プリズムアセンブリを新たな設計及び／又は既存の光エンジン装置に取り付けることができる。新たな設計の場合、液体結合型プリズムアセンブリの取付は、液体結合型プリズムアセンブリの１倍以上の大きさの取付台を投写装置内に設けることによって行うことができる。しかしながら、旧型の装置を改造した場合（以前に販売された投写装置への液体充填型プリズムアセンブリの取付、及び／又は、旧型の設計で新品の投写装置への液体結合型プリズムアセンブリの取付の場合）、液体結合型プリズムアセンブリを物理的に容易に収容することができない。すなわち、流体結合型プリズムアセンブリの物理的大きさや形状により、このプリズムアセンブリを、既存の光エンジン内に従来のプリズムアセンブリ用に設けられた位置に直接取り付けることができないことがある。流体結合型プリズムアセンブリを収容するのに必要な光エンジンの変更は難しく高価であり、極端な場合は不可能である。したがって、密閉されて構造的強度を有し、同等の従来のプリズムアセンブリと同様の外寸を有する流体結合型プリズムアセンブリを提供することにより、いずれの光エンジン設計においても、そのプリズムアセンブリを従来のプリズムアセンブリに代えてドロップイン（drop in）として使用することができる。本明細書に開示した発明は、そのような手段である。
【００５７】
こうした理由により、本発明者等は、液体結合型プリズムアセンブリを密閉して構造的整合性を与える内部密閉型プリズムアセンブリも開発した。
【００５８】
図１３は、本発明の一実施例による内部密閉型プリズムアセンブリ１３００を示す図である。内部密閉型プリズムアセンブリ１３００は、ベースプレート１３１０と、プリズムアセンブリの光学部品間に少なくとも１つの内部密閉材１３２０とを有している。この実施例を先の各構成と比較すると、ベースプレート１３１０を除いて、外部フレームの多くの機構がない（ベースプレートは従来及び流体結合型のプリズムアセンブリ構成に共通の機構である）。ベースプレート１３１０は、ＰＢＳ１３０１〜１３０４を取り付けるための堅固で安定した面を与える。図１３に示すように、内部密閉材は、光学素子４１０と光学素子４２０との間、光学素子４１０とＰＢＳ１３０２との間、光学素子４２０とＰＢＳ１３０３との間に充填される。内部密閉材は光学素子／ＰＢＳの上部から下方に短く延在し（例えば、１ｍｍ）、プリズムアセンブリ内に設置された光結合流体を維持する密閉材を形成する。一実施例において、内部密閉材は、光学素子の露出面を覆うように光学素子４１０、４２０の上部を覆うが、好ましくはＰＢＳの外表面を越えるものではない。深さについては、密閉材は光学素子／ＰＢＳ間において所定の密閉深さ（例えば、１ｍｍ）まで浸透する。
【００５９】
図１４は、本発明の一実施例による内部密閉型プリズムアセンブリ１４００の内部密閉材を拡大した図である（部分図）。図１４において、２つのＰＢＳ１４０１、１４０２は間に内部密閉材１４１０を有している。内部密閉材１４１０は、ＰＢＳ素子間の「画枠（picture frame）」として説明することができる。接着剤はプリズムアセンブリの外表面を越えるものではない。好ましくは、内部密閉材１４１０は、プリズムアセンブリを密閉して光結合流体の漏出を防ぐだけでなく、全体の構造に剛性を加えるような接着剤である。この接着剤は、例えば、１又は２部エポキシ、又は、紫外線硬化型接着剤であればよく、いずれも硬化して密閉を行う。
【００６０】
また、接着密閉材はシリコーン系接着剤等の柔軟性のある接着剤であってもよい。なお、非硬化密閉材を用いる場合、プリズムアセンブリの撓みが問題とことがある。フレームの底板により十分な剛性が得られ、用途によっては、柔軟性接着剤が使用可能であるが、ベースプレートに加えて上部プレート（プリズムアセンブリのベースプレートとは反対側）によりさらなる剛性が得られ、略全ての用途において柔軟性接着剤が完全に使用可能となる。
【００６１】
図１４は、スペーサ１４２０により分離された光学素子（「平面」光学部品１４３０）も示している。この光学素子は、接着密閉材の底高よりも短い。この光学素子は一例であり、実際は、さらなるスペーサを介してＰＢＳや素子同士で分離された、幾つかの光学素子であってもよい。「平面」光学部品１４１０は、ＰＢＳ間に封入され、光結合液体中に浮遊するダイクロイック、反射型偏光器、波長特定位相差素子等である。平面部品は、先に説明したようにスペーサ素子を用いることによりガラス面から間隔をおいている。接着剤１４１０の浸透（所定の密閉深さ）は光路外の領域に制限されている。ベースプレート１３１０により、プリズムアセンブリに必要な剛性が得られる。
【００６２】
上述のように、開示した液体結合型プリズムアセンブリ技術及び構成の主な利点としては、比較的安価で低許容誤差のガラス部品を使用することが可能であるとともに、「完全な」外寸のプリズムアセンブリを製作することが可能であり、製作の際にマイクロディスプレイをプリズム集合に直接取り付けることができる。また、後者により幾つかの利点が得られるが、まず、得られるモノリシックアセンブリが種々の条件下でも位置合せ状態を維持できることがあげられる。
【００６３】
これらの利点が得られる他の手段は、先に説明した「裏返しの状態から組み立てる」手順を用いることであるが、プリズムアセンブリに光結合液体を充填するのではなく、アセンブリを空のまま維持するので、空気を充填することになる。しかしながら、このアプローチでは、露出している表面全てに反射防止膜（ＡＲ被膜）を塗布して反射を抑制する必要がある。この構成では拡張ポートは必要ない。用途によっては、フレームのサイドレール（例えば、５００Ｂ）や上部（５００Ｃ）も省略することが可能である。
【００６４】
さらに他の例では、硬化するエポキシがプリズムアセンブリに充填される。好ましくは、硬化エポキシは、用いるＰＢＳや光学素子の屈折率に近い屈折率を有する。さらに他の実施例では、ゲル物質を用いて隣接するＰＢＳ間のジョイントを満たしてもよい。ここでも好ましくは、ゲルは、プリズムアセンブリの他の部分の屈折率に近い屈折率を有する。用いることができるゲルの一例は、ＮＹＥ社（NYE Corporation）が製造している。
【００６５】
図面に示した本発明の好ましい実施例の説明では、説明を明確にするために特定の用語を用いている。しかしながら、本発明はそのように選択された特定の用語に限定されるものではなく、各要素は同様に動作する全て技術的同等物を含むものとする。例えば、ロール状のポリカーボネートからなるスペーサデバイスを説明する際に、幾何学形状（方形、三角形、五角形、六角形等）、他の形状のポリカーボネート又は他の材料のロール、同等の機能又は能力を有する他のデバイス等、本明細書中の記載の有無にかかわらず、他の同等のデバイスはいずれも代替物として利用できる。さらに発明者等は、現在知られていない新たに開発された技術を上述の各部に代えて利用してもよく、本発明の主旨を逸脱しないことを理解している。
【００６６】
本発明は主として、個々の画素の偏光状態を回転させることにより動作するマイクロディスプレイを用いるＬＭＳとともに説明されている。しかしながら、本明細書の記載に基づき、本発明は、他の種類のマイクロディスプレイ（例えば、散乱、吸収、回折系マイクロディスプレイ）を備えた装置や、マイクロディスプレイを備えずに構成された光学装置においても実施してもよいことがわかる。
【００６７】
もちろん、上述の教示に鑑みて、本発明について多数の変形や変更が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の主旨を逸脱しない限り、具体的に説明したものとは異なるように本発明を実施してもよいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】光管理システム（ＬＭＳ）ビデオプロジェクタの図である。
【図２】本発明を適用したプリズムアセンブリの一構成例の光路及び部品を示す、簡素化したカーネルの一例の図である。
【図３】本発明の一実施例によるＬＭＳプリズムアセンブリの構成技術を示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるＬＭＳプリズムアセンブリにおける部品の液体結合の図である。
【図５】本発明の一実施例によるＬＭＳプリズムアセンブリの部品を保持するフレームの上面図及び側面図である。
【図６】本発明の一実施例によるＬＭＳプリズムアセンブリの部品のスペーサ及び液体結合の図である。
【図７】本発明の一実施例による結合流体充填方法を示す図である。
【図８】本発明の一実施例によるプリズムアセンブリ部品を保持するのに用いられる機構の一例の図である。
【図９】本発明の一実施例によるダイアフラム９００を備えたプリズムアセンブリの図である。
【図１０】本発明の一実施例によるブラダを備えたプリズムアセンブリの一実施例の図である。
【図１１】本発明の一実施例による密閉チューブアセンブリの一実施例の図である。
【図１２】本発明の一実施例による外気ピストン構成の図である。
【図１３】本発明の一実施例による内部密閉型プリズムアセンブリの図である。
【図１４】本発明の一実施例による内部密閉型プリズムアセンブリの内部密閉材を拡大した図である。