(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクタレンズからランダム偏光光束を受け取り、第１偏光状態（ＳＯＰ）を有する第１光束を第１光路へ方向付け、第２ＳＯＰを有する第２光束を第２光路へ方向付ける、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
前記第２光路上に配置され、前記第２ＳＯＰを前記第１ＳＯＰに変換する、偏光回転子と、
前記第２光路上であって前記偏光回転子の後ろに配置され、前記偏光回転子からの前記第１ＳＯＰを有する第２光束を反射する反射器と、
前記第１光路上、および前記第２光路上であって前記反射器の後ろに配置され、前記第１光路から前記第１光束を、前記第２光路から前記第１ＳＯＰを有する第２光束を、それぞれ受け取り、当該第１光束および当該第１ＳＯＰを有する第２光束の各偏光状態を、共に、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのうちのいずれか一方に選択的に変換する偏光スイッチと、
を備え、
前記反射器は、前記偏光回転子からの前記第１ＳＯＰを有する第２光束を反射することにより、前記偏光スイッチによって選択的に変換された前記第１光路における第１光束が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、当該偏光スイッチによって選択的に変換される前記第２光路における第２光束を方向付ける、
偏光変換システム。
【請求項２】
プロジェクタレンズからランダム偏光光束を受け取り、第１偏光状態（ＳＯＰ）を有する第１光束を第１光路へ方向付け、第２ＳＯＰを有する第２光束を第２光路へ方向付ける、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
前記第２光路上に配置され、前記第２ＳＯＰを前記第１ＳＯＰに変換する、偏光回転子と、
前記第１光路上に配置される第１偏光スイッチパネルと、
前記第２光路上であって、前記偏光回転子の後ろに配置される第２偏光スイッチパネルと、
前記第２光路上であって前記第２偏光スイッチパネルの後ろに配置され、前記第２偏光スイッチパネルからの第２光束を反射する反射器と、
を備え、
前記第１偏光スイッチパネルは前記第１光路から前記第１光束を、前記第２偏光スイッチパネルは前記第２光路から前記第１ＳＯＰを有する第２光束を、それぞれ受け取り、前記第１偏光スイッチパネルおよび前記第２偏光スイッチパネルは、当該第１光束および当該第１ＳＯＰを有する第２光束の各偏光状態を、共に、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのうちのいずれか一方に選択的に変換し、
前記反射器は、前記第１偏光スイッチパネルによって選択的に変換された前記第１光路における第１光束が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、前記第２偏光スイッチパネルによって選択的に変換された前記第２光路における第２光束を方向付ける、偏光変換システム。
【請求項３】
プロジェクタレンズからランダム偏光光束を受け取り、第１偏光状態（ＳＯＰ）を有する第１光束を第１光路へ方向付け、第２ＳＯＰを有する第２光束を第２光路へ方向付ける、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
前記第２光路上に配置され、前記ＰＢＳからの前記第２ＳＯＰを有する第２光束を反射する反射器と、
前記第２光路上であって前記反射器の後ろに配置され、前記第２ＳＯＰを有する前記第２光束を前記第１ＳＯＰに変換する、偏光回転子と、
前記第１光路上および前記第２光路上であって前記偏光回転子の後ろに配置され、前記第１光路から前記第１光束を、前記第２光路から前記第１ＳＯＰを有する第２光束を、それぞれ受け取り、当該第１光束および当該第１ＳＯＰを有する第２光束の各偏光状態を、共に、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのうちのいずれか一方に選択的に変換する偏光スイッチと、
を備え、
前記反射器は、前記ＰＢＳからの前記第２ＳＯＰを有する第２光束を反射することにより、前記偏光スイッチによって選択的に変換された前記第１光路における第１光束が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、当該偏光スイッチによって選択的に変換される前記第２光路における第２光束を方向付ける、偏光変換システム。
【請求項４】
前記偏光スイッチは、前記第１光路および前記第２光路から受光する単一のパネルを有する、請求項１または３に記載の偏光変換システム。
【請求項５】
前記偏光スイッチは、第１偏光スイッチパネルと第２偏光スイッチパネルとを有し、
前記第１偏光スイッチパネルは前記第１光路から受光し、
前記第２偏光スイッチパネルは前記第２光路から受光する、請求項１または３に記載の偏光変換システム。
【請求項６】
前記第１光路上であって前記第１偏光スイッチパネルの後ろに配置される望遠レンズ対をさらに備える、請求項２または５に記載の偏光変換システム。
【請求項７】
前記第１光路上であって前記偏光スイッチの後ろに配置され、前記第１光路と前記第２光路との間の光路長を略均等化する一対のミラーをさらに備える、請求項１、３、４、５のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項８】
前記第１光路上であって前記第１偏光スイッチパネルの後ろに配置され、前記第１光路と前記第２光路との間の光路長を略均等化する一対のミラーをさらに備える、請求項２または６に記載の偏光変換システム。
【請求項９】
前記第１出力ＳＯＰは前記第２出力ＳＯＰと直交する、請求項１から８のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項１０】
前記偏光スイッチは、プロジェクタによる画像フレーム送信に同期して、前記第１出力ＳＯＰおよび前記第２出力ＳＯＰの間の選択を行う、請求項１、３、４、５のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項１１】
前記第１偏光スイッチパネル及び前記第２偏光スイッチパネルは、プロジェクタによる画像フレーム送信に同期して、前記第１出力ＳＯＰおよび前記第２出力ＳＯＰの間の選択を行う、請求項２または６に記載の偏光変換システム。
【請求項１２】
前記偏光回転子はリターダスタックを有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項１３】
前記第２光路上に配置された前記反射器は、前記第２光路上の光を方向付けるべく傾けることが可能である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項１４】
前記偏光スイッチは、受け取った前記第１光束および前記第２光束の偏光状態を、前記第１出力ＳＯＰと前記第２出力ＳＯＰとの間で交互に変換する、請求項１、３、４、５のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項１５】
前記第１偏光スイッチパネル及び前記第２偏光スイッチパネルは、受け取った前記第１光束および前記第２光束の偏光状態を、前記第１出力ＳＯＰと前記第２出力ＳＯＰとの間で交互に変換する、請求項２または６に記載の偏光変換システム。
【請求項１６】
前記第２光路上に配置され、当該第２光路における第２光束によって投影スクリーン上に生成される画像の倍率を、当該投影スクリーン上に前記第１光路の前記第１光束によって生成される画像の倍率と略同一の倍率となるように補正する倍率補正手段と、
前記投影スクリーン上において前記第１光束からの画像と前記第２光束からの画像とを略同様の位置へと調整する位置調整手段と、をさらに備え、
前記位置調整手段は、（ｉ）前記偏光ビームスプリッタを傾けること、（ｉｉ）光パワーを用いて前記偏光ビームスプリッタ、前記偏光回転子、前記反射器の少なくとも１つを機械的に偏心させること、の少なくとも１つによって実現される、請求項１から１４のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項１７】
第１光路および第２光路へ光を方向付ける偏光ビームスプリッタと、
前記第２光路上に配置される偏光回転部材と、
前記第２光路上であって、前記偏光回転部材の後ろに配置される反射部材と、
前記第１光路上および前記第２光路上であって、前記反射部材の後ろに配置される偏光スイッチと、
を備え、
前記偏光スイッチは、前記第１光路の第１光束および前記第２光路の第２光束の各偏光状態を、共に、第１出力偏光状態および第２出力偏光状態のうちのいずれか一方に選択的に変換し、
前記反射部材は、前記第２光路上の第２光束を反射することにより、前記偏光スイッチによって選択的に変換された前記第１光路の第１光束が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、前記偏光スイッチによって選択的に変換される前記第２光路の第２光束を方向付ける、偏光変換システム。
【請求項１８】
第１光路および第２光路へ光を方向付ける偏光ビームスプリッタと、
前記第１光路上に配置される第１偏光スイッチパネルと、
前記第２光路上に配置される偏光回転部材と、
前記第２光路上であって、前記偏光回転部材の後ろに配置される第２偏光スイッチパネルと、
前記第２光路上であって、前記第２偏光スイッチパネルの後ろに配置される反射部材と、
を備え、
前記第１偏光スイッチパネルは前記第１光路の第１光束を、前記第２偏光スイッチパネルは前記第２光路の第２光束の各偏光状態を、共に、第１出力偏光状態および第２出力偏光状態のうちのいずれか一方に選択的に変換し、
前記反射部材は、前記第１偏光スイッチパネルによって選択的に変換された前記第１光路における第１光束が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、前記第２偏光スイッチパネルによって選択的に変換された前記第２光路における第２光束を方向付ける、偏光変換システム。
【請求項１９】
第１光路および第２光路へ光を方向付ける偏光ビームスプリッタと、
前記第２光路上に配置される反射部材と、
前記第２光路上であって、前記反射部材の後ろに配置される偏光回転部材と、
前記第１光路上および前記第２光路上であって、前記偏光回転部材の後ろに配置される偏光スイッチと、
を備え、
前記偏光スイッチは、前記第１光路の第１光束および前記第２光路の第２光束の各偏光状態を、共に、第１出力偏光状態および第２出力偏光状態のうちのいずれか一方に選択的に変換し、
前記反射部材は、前記第２光路上の第２光束を反射することにより、前記偏光スイッチによって選択的に変換された前記第１光路の第１光束が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、前記偏光スイッチによって選択的に変換される前記第２光路の第２光束を方向付ける、偏光変換システム。
【請求項２０】
前記偏光スイッチは、前記第１光路および前記第２光路から受光する単一のパネルを有する、請求項１７または１９に記載の偏光変換システム。
【請求項２１】
前記偏光スイッチは、第１偏光スイッチパネルと第２偏光スイッチパネルとを有し、
前記第１偏光スイッチパネルは前記第１光路から受光し、
前記第２偏光スイッチパネルは前記第２光路から受光する、請求項１７または１９に記載の偏光変換システム。
【請求項２２】
前記第１光路上であって前記第１偏光スイッチパネルの後ろに配置される望遠レンズ対をさらに備える、請求項１８または２１に記載の偏光変換システム。
【請求項２３】
前記偏光スイッチは、プロジェクタによる画像フレーム送信に同期して、前記第１出力偏光状態および前記第２出力偏光状態の間の選択を行う、請求項１７、１９、２０のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項２４】
前記第１偏光スイッチパネル及び前記第２偏光スイッチパネルは、プロジェクタによる画像フレーム送信に同期して、前記第１出力偏光状態および前記第２出力偏光状態の間の選択を行う、請求項１８、２１、２２のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項２５】
前記第２光路上に配置され、当該第２光路における第２光束によって投影スクリーン上に生成される画像の倍率を、当該投影スクリーン上に前記第１光路の第１光束によって生成される画像の倍率と略同一の倍率となるように補正する倍率補正手段と、
前記投影スクリーン上において前記第１光束からの画像と前記第２光束からの画像とを略同様の位置へと調整する位置調整手段と、をさらに備え、
前記位置調整手段は、（ｉ）前記偏光ビームスプリッタを傾けること、（ｉｉ）前記反射部材を傾けること、（ｉｉｉ）光パワーを用いて前記ビームスプリッタ、前記偏光回転部材、前記反射部材の少なくとも１つを偏心させること、の少なくとも１つによって実現される、請求項１７から２４のいずれか１項に記載の偏光変換システム。
【請求項２６】
立体画像のエンコーディングに偏光を利用する投影システムであって、
ランダム偏光を出力する投影レンズを有するプロジェクタと、
前記投影レンズに光学的に連結された、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の偏光変換システムと、を備える投影システム。
【請求項２７】
プロジェクタからランダム偏光を受け取る段階と、
第１偏光状態（ＳＯＰ）の光を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて第１光路へ方向付ける段階と、
前記偏光ビームスプリッタを用いて第２ＳＯＰの光を第２光路へ方向付ける段階と、
前記第２光路上の前記第２ＳＯＰの光を、前記第２光路上に配置された偏光回転子を用いて第１ＳＯＰの光に変換する段階と、
前記第２光路上であって前記偏光回転子の後ろに配置された反射器を用いて、前記偏光回転子からの前記第１ＳＯＰの光を方向付ける段階と、
前記第１光路上の前記第１ＳＯＰの光および前記反射器からの前記第１ＳＯＰの光を、偏光スイッチを用いて、共に、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのうちのいずれか一方に選択的に変換する段階と、
を備え、
前記方向付ける段階は、前記反射器を用いて前記偏光回転子からの前記第１ＳＯＰの光を反射することにより、前記偏光スイッチによって選択的に変換された前記第１光路の前記第１ＳＯＰの光が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、当該偏光スイッチによって選択的に変換される前記反射器からの前記第１ＳＯＰの光を方向付ける段階を含む、立体画像投影方法。
【請求項２８】
プロジェクタからランダム偏光を受け取る段階と、
第１偏光状態（ＳＯＰ）の光を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて第１光路へ方向付ける段階と、
前記偏光ビームスプリッタを用いて第２ＳＯＰの光を第２光路へ方向付ける段階と、
前記第２光路上の前記第２ＳＯＰの光を、前記第２光路上に配置された偏光回転子を用いて第１ＳＯＰの光に変換する段階と、
前記第１光路上の前記第１ＳＯＰの光を前記第１光路上に配置された第１偏光スイッチパネルを用いて、前記偏光回転子からの前記第１ＳＯＰの光を前記第２光路上であって前記偏光回転子の後ろに配置された第２偏光スイッチパネルを用いて、共に、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのうちのいずれか一方に選択的に変換する段階と、
前記第２光路上であって前記第２偏光スイッチパネルの後ろに配置された反射器を用いて、当該第２偏光スイッチパネルにより選択的に変換された光を方向付ける段階と、
を備え、
前記方向付ける段階は、前記第１偏光スイッチパネルによって選択的に変換された前記第１光路上の光が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、前記第２偏光スイッチパネルによって選択的に変換された前記第２光路の光を反射する段階を含む、立体画像投影方法。
【請求項２９】
プロジェクタからランダム偏光を受け取る段階と、
第１偏光状態（ＳＯＰ）の光を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて第１光路へ方向付ける段階と、
第２ＳＯＰの光を偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて第２光路へ方向付ける段階と、
前記第２光路上の前記第２ＳＯＰの光を、前記第２光路上に配置された反射器を用いて方向付ける段階と、
前記第２光路上であって前記反射器の後ろに配置された偏光回転子を用いて、前記第２光路上の前記第２ＳＯＰの光を第１ＳＯＰの光に変換する段階と、
前記第１光路上の前記第１ＳＯＰの光および前記偏光回転子からの前記第１ＳＯＰの光を、偏光スイッチを用いて、共に、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのうちのいずれか一方に選択的に変換する段階と、
を備え、
前記方向付ける段階は、前記射器を用いて前記第２光路上の前記第２ＳＯＰの光を反射することにより、前記偏光スイッチによって選択的に変換された前記第１光路上の光が投影スクリーン上に投影されるのと略同様の位置へと、当該偏光スイッチによって選択的に変換される前記第２光路上の光を方向付ける段階を含む、立体画像投影方法。
【請求項３０】
前記第１光路および前記第２光路を、投影スクリーンへと方向付ける段階をさらに備える、請求項２７から２９のいずれか１項に記載の立体画像投影方法。
【請求項３１】
前記第１出力ＳＯＰおよび前記第２出力ＳＯＰを、前記プロジェクタからの画像フレーム送信と同期させる段階をさらに備える、請求項２７から３０のいずれか１項に記載の立体画像投影方法。
【請求項３２】
前記第２光路上の光によって投影スクリーン上に生成される画像の倍率を、当該投影スクリーン上に前記第１光路の光によって生成される画像の倍率と略同一の倍率となるように補正する段階と、
前記第２光路上の光を、前記投影スクリーン上において前記第１光路上の光により生成される画像と前記第２光路上の光により生成される画像とを略同様の位置へと調整する段階と、をさらに備え、
前記調整する段階は、（ｉ）前記偏光ビームスプリッタを傾けること、（ｉｉ）光パワーを用いて前記偏光ビームスプリッタ、前記偏光回転子、前記反射器の少なくとも１つを機械的に偏心させること、の少なくとも１つを含む、請求項２７から３１のいずれか１項に記載の立体画像投影方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本仮特許出願は、（ａ）９／２９／２００６提出の「Polarization Conversion System for Cinematic Projection」なる名称の仮特許出願番号第６０／８２７，６５７、（ｂ）４／１０／２００７提出の「Polarization conversion system for 3-D projection」なる名称の仮特許出願番号第６０／９１１，０４３、および（ｃ）７／１９／２００７提出の「Polarization conversion system for 3-D projection」なる名称の仮特許出願番号第６０／９５０，６５２に関しており、それらの優先権を主張しているので、これら全てを参照としてここに組み込む。
【技術分野】
【０００２】
開示は、３次元視聴用に画像を投影する投影システムに係り、より具体的には、立体画像のエンコーディングに偏光を利用する偏光変換システムに係る。
【背景技術】
【０００３】
３次元（３Ｄ）画像は、プロジェクタと偏光制御メガネとに続いて偏光制御することで合成することができる（例えば、Ｌｉｐｔｏｎの米国特許番号第４，７９２，８５０を参照のこと、これを参照としてここに組み込む）。
【０００４】
プロジェクタの偏光制御の従来の実装例を図１に示す。この実装例においては、レンズ１０の出力から略平行な光線が生じており、レンズ１０内の瞳孔１２から生じてスクリーン１４のスポットを形成するよう集光されるように見える。図１の光線Ａ、Ｂ、およびＣは、それぞれスクリーン１４の下部、中央部、および上部にスポットを形成する光束である。投影レンズから生じた光２０は、図１ではｓ‐およびｐ‐偏光両方として示されるよう、ランダム偏光される（ｓ‐偏光は通常「ｏ」と示され、ｐ‐偏光は二重矢印で終わる線で表される）。光２０は、直線偏光子２２を通過し、偏光子２２通過後に単一の偏光状態になる。直交偏光状態が吸収され（または反射され）、偏光子２２通過後の光束は、通常、元の光束の半分未満であるので、最終画像はより薄暗くなる。偏光スイッチ３０が、画像フレームと同期されて、偏光スイッチが生じる偏光状態２４が変換され、スクリーンに交互直交偏光の画像を形成する。偏光選択メガネによって、単一の偏光の画像を左目に通し、直交偏光の画像を右目に通す。左右の目にそれぞれ異なる画像を提示することで、３Ｄ画像を合成することができる。
【０００５】
映画館ではこの従来のシステムが利用されてきた。しかし、従来のシステムは、光の５０パーセントを超える量が偏光子により吸収される必要があり、結果生じる画像は、典型的な２Ｄ映画館のものの５０パーセントを超えるほど薄暗いものになる。薄暗い画像は、３Ｄ用途に利用できる映画館のサイズを制限する可能性があり、および／または、視聴者の視聴感が今一つなものとなる可能性がある。
【発明の概要】
【０００６】
上述の課題を解決することのできる、プロジェクタから受光する偏光変換システムの様々な実施形態を記載する。偏光変換システムは、３次元視聴用に偏光を利用する映画への用途においてより明るいスクリーン画像を提供する。
【０００７】
１実施形態においては、偏光変換システムは、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、偏光回転子と、偏光スイッチとを含む。ＰＢＳは、プロジェクタレンズからランダム偏光光束を受け取り、第１偏光状態（ＳＯＰ）を有する第１光束を第１光路へ方向付け、第２ＳＯＰを有する第２光束を第２光路へ方向付ける。偏光回転子は、第２光路上に配置され、第２ＳＯＰを第１ＳＯＰに変換する。偏光スイッチは、第１光路および第２光路から、第１光束および第２光束をそれぞれ受け取り、第１光束および第２光束の第１ＳＯＰおよび第２ＳＯＰを、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのいずれかに選択的に変換する。第１光束は投影スクリーンへ透過される。反射部材は、第２光路上に配置され、第２光束を、投影スクリーンへ方向付け、第１光束と第２光束とが略重なることで、より明るいスクリーン画像が形成される。
【０００８】
本開示の別の側面によると、立体画像投影方法は、プロジェクタからランダム偏光を受け取る段階と、第１偏光状態（ＳＯＰ）の光を第１光路へ方向付ける段階と、第２ＳＯＰの光を第２光路へ方向付ける段階とを含む。方法はさらに、第２光路上の第２ＳＯＰの光を第１ＳＯＰの光に変換する段階と、第１光路上および第２光路上の第１ＳＯＰの光を、第１出力ＳＯＰおよび第２出力ＳＯＰのいずれかに選択的に変換する段階と、を含む。
【０００９】
他の側面および実施形態は、詳細な記載において以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】立体投影用の従来の偏光スイッチの概略図である。
【００１１】
【図２】本開示による映画投影用の偏光変換システム（ＰＣＳ）の概略図である。
【００１２】
【図３】本開示による映画投影用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。
【００１３】
【図４】本開示による、光路沿いに望遠レンズを含み、視野が光軸上に集まった映画投影用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。
【００１４】
【図５】本開示による、光路沿いに望遠レンズを含み、視野が光軸上に集まっていない映画投影用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。
【００１５】
【図６】本開示による、円偏光出力を提供し、光路沿いに望遠レンズを含み、視野が光軸上に集まった映画投影用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。
【００１６】
【図７】本開示による、直線偏光出力を提供し、光路沿いに望遠レンズを含み、視野が光軸上に集まった映画投影用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。
【００１７】
【図８】本開示による、映画投影用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
プロジェクタから受光する偏光変換システムの様々な実施形態を記載する。偏光変換システムは、３次元視聴用に偏光を利用する映画への用途においてより明るいスクリーン画像を提供する。
【００１９】
図２は、映画投影用の偏光変換システム（ＰＣＳ）１００を示す概略図である。偏光変換システム１００の１実施形態は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１２、偏光回転子１１４（例えば１／２波長板）、反射部材１１６（例えばフォールドミラー）、および偏光スイッチ１２０を、図示の配置で含む。偏光変換システム１００は、投影レンズ１２２を有する従来のプロジェクタから画像を受信してよい。
【００２０】
動作において、光束Ａ、Ｂ、およびＣが、レンズ１２２からランダム偏光により生じて、スクリーン１３０へと投影されて画像を形成する。本実施形態においては、ＰＢＳ１１２は、図１に示す偏光子２２の代わりに挿入される。ＰＢＳ１１２はＰ‐偏光１２４を透過して、Ｓ‐偏光１２６を反射する。Ｐ‐偏光１２４は、偏光スイッチを透過して（光束Ａ、Ｂ、およびＣ）、図１の光束Ａ、Ｂ、およびＣ同様に、偏光スイッチにより交互フレームで回転される。
【００２１】
ＰＢＳ１１２で反射したＳ‐偏光１２６は、偏光回転子１１４（例えば、１／２波長板、幾らかの実施形態では好適にはアクロマートである）を透過して、回転させられてｐ‐偏光１２８となる。この新たなｐ‐偏光１２８は、フォールドミラー１１６へと透過する。フォールドミラー１１６は、この新たなｐ‐偏光１２８を反射して、偏光スイッチ１２０へと透過させる。偏光スイッチ１２０は、ｐ‐偏光光束Ａ'、Ｂ'、およびＣ'に働きかけ、光束Ａ、Ｂ、およびＣの回転に同期するよう、光束の偏光を交互フレームで回転させる。光束Ａ'、Ｂ'、およびＣ'のスクリーンでの位置は、光束Ａ、Ｂ、およびＣのスクリーンの位置と略または正確に同じになるように（例えば、フォールドミラー１１６の傾きを調節することにより）調節されてよい。投影レンズ１２２からのランダム偏光１０６の略全てがスクリーン１３０上に単一の偏光状態で結像するので、図２のシステムが生じる画像は、図１のシステムのスクリーンに生じる画像よりも約２倍明るいことになる。
【００２２】
本例示的な実施形態では、図２のＰＢＳ１１２は平板として描かれている。しかし、様々な種類のＰＢＳを利用することができる。例えば、ＰＢＳ板は、ガラス上のワイヤグリッド層（例えば、ＵＴ、ＯｒｅｍのＭｏｘｔｅｋ社のＰｒｏｆｌｕｘ  ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、偏光リサイクルフィルム（例えば、ＭＮ、Ｓｔ．Ｐａｕｌの３Ｍ社のＤｏｕｂｌｅ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  Ｆｉｌｍ）、ガラス上の偏光リサイクルフィルム（平らにする目的から）、または、ガラス上のマルチ誘電体層を利用して構築されうる。図２のＰＢＳ１１２は、（対角線上にワイヤグリッド、偏光リサイクルフィルム、または誘電体層を有する）ガラス立方体として実装でき、傾斜板を透過した光に関する最終画像の非点収差を低減することができる。この代わりに、図２の傾斜板ＰＢＳ１１２は、様々な実施形態においては、球状、非球状、円柱状、または環状の表面を有するよう実装されて、スクリーン１３０の最終画像の非点収差を低減してよい。板上の偏心した球状、非球状、円柱状、または環状の表面、および／または、板に後続する、光路内のさらなる偏心した球状、非球状、円柱状、または環状の部材が実装されて、最終画像上の非点収差を低減することができる。例えば、Ｖ．ＤｏｈｅｒｔｙおよびＤ．Ｓｈａｆｅｒによる「Simple method of correcting the aberrations of a beamsplitter in converging light」Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ、０２３７巻、１９８０年、１９５〜２００ページを参照されたく、これを参照としてここに組み込む。さらにシステムには、傾斜ＰＢＳ板１１２の後ろに第２の平板を挿入してその傾きを調整することで、最終画像の非点収差を低減または補正してよい。
【００２３】
幾らかの実施形態においては、図２の偏光回転子１１４は、アクロマートの１／２波長板であってよい。１／２波長板は、ポリマーフィルム（例えば、ＣＯ、ＢｏｕｌｄｅｒのＣｏｌｏｒＬｉｎｋ  Ｉｎｃ．社のアクロマートリターダスタック）、クオーツ板、または幾何学的な偏光変質を正すようオプションとしてパターニングされてよい静的液晶デバイス（static liquid crystal device）で実装されてよい。１／２波長板１１４は、図２に示すように配置されてよく、または他の実施形態においては、フォールドミラー１１６と偏光スイッチ１２０との間に、光束Ａ'、Ｂ'、およびＣ'と交差するように配置されてよい。この実装例は望ましいと思われる、というのも、光束Ａ'、Ｂ'、およびＣ'は、フォールドミラー１１６からｓ‐偏光状態で反射され、ミラーはしばしばｓ‐偏光に対して高い反射率を有することがあるからである。しかし、このような実装例においては、１／２波長板１１４は、光束Ａ'およびＣが板で重ならないように配置されねばならない。ここで記載する実施形態の殆どにおいては、偏光回転子１１４は第２光路に配置されるが、その代わりに第１光路に配置されてもよく、このようにしても、偏光変換システムは、本開示の原理に則って同様の方式で動作することができる。
【００２４】
幾らかの実施形態においては、フォールドミラー１１６を、ＰＢＳ部材（例えばワイヤグリッド板）で置き換えてもよい。この場合、より純粋な偏光がＰＢＳ部材の後で維持されうる。
【００２５】
偏光スイッチ１２０は、米国特許番号第４，７９２，８５０が教示するスイッチであってよく、本願と同一の出願人による２００６年６月１４日出願の「Achromatic Polarization Switches」なる名称の米国特許出願番号第１１／４２４，０８７のスイッチのうちいずれかが教示するスイッチであってよく、これら両方の全体を全目的でここに参照として組み込む。また、偏光スイッチ１２０は、偏光の入射状態を選択的に変換する任意の他の公知の偏光スイッチであってよい。幾らかの実施形態においては、偏光スイッチ１２０は、分割されてもよい（デバイスの歩留まり向上目的で）。偏光スイッチ１２０が分割されている場合、２つのデバイスは、図２の光束Ａ'およびＣに重なりがないように配置されることが望ましい。偏光スイッチ１２０の分割によって、１部を、１／２波長板１１４およびフォールドミラー１１６の間のＡ'、Ｂ'、およびＣ'光路に再配置することができるようになる。偏光スイッチ１２０をここに配置するには、フォールドミラー１１６が良好な偏光維持特性を有する必要がある（例えば、ＣＯ、ＧｏｌｄｅｎのＯｅｒｌｉｋｏｎ社のＳｉｌｆｌｅｘコーティング）、というのも、これが、Ａ'、Ｂ'、およびＣ'光路のスクリーンの前の最後の部材である場合があるからである。
【００２６】
図２の偏光変換システム１００においては、光束Ａ'の光路は、光束Ａのものより長いので、（Ｂ'‐Ｂと、Ｃ'‐Ｃについても同様）、Ａ'、Ｂ'、Ｃ'およびＡ、Ｂ、Ｃが生成する画像間には倍率の差異が生じる。この倍率の差異は、広角であり、且つ短い投影距離の（short-throw）投影システムにおける視聴者にとっては許容しがたいであろう。この倍率の差異を補正する技法には、（１）フォールドミラー１１６上の曲線面に、倍率の差異を補償する光パワーを提供する、この解決法はアクロマートであり、望ましい、（２）光パワーを有するフレネルまたは回折面をフォールドミラー１１６に与えて、倍率の差異を補償する（これはアクロマートである場合もない場合もある）、（３）屈折部材（レンズ）を、フォールドミラー１１６と偏光スイッチ１２０との間に、または、ＰＢＳ１１２とフォールドミラー１１６との間に配設する、この方法では、単線のレンズはアクロマートではない可能性が高いが、複線の解決法はアクロマートでありえる、（４）望遠レンズを図３および４のように追加する、または、（５）上述の４つの技法の少なくとも２つを組み合わせる。
【００２７】
上述のようにｐ‐偏光は偏光スイッチ１２０に向けて透過され、ｓ‐偏光は１／２波長板１１４に向けられるが、当業者には、ｓ‐偏光を偏光スイッチ１２０に向けて透過させ、ｐ‐偏光を１／２波長板１１４に向ける代替的な構成も明らかである。
【００２８】
図３は、映画投影２００用のＰＣＳの別の実施形態を示す概略図である。ＰＣＳ２００の部材は、図２のＰＣＳ１００について示したものと同様の種類と機能を有していてよい。例えば、部材２ｘｘは部材１ｘｘに類似しており、ｘｘはそれぞれの部材の最後の２桁である。本実施形態では、光束Ａ、Ｂ、およびＣは、図３の光束ＡおよびＡ'、およびＢおよびＢ'、ＣおよびＣ'の光路長を均等化することのできるさらなる一式のフォールドミラー２３２、２３４により方向付けられてよい。注：光束Ａ'およびＣ'も存在しているが、図示はされていない。それらは、図２に示す光束Ａ'、Ｂ'、Ｃ'と同様の光路を辿る。ここではＰＢＳとフォールドミラーとが、光軸に対して４５度で配向されているとして示されているが、ＰＢＳ２１２およびフォールドミラー２１６、２３２、２３６は、本教示に則った他の配向をされてもよい。さらに、Ａ'、Ｂ'、Ｃ'の光路に対してガラスを挿入して（例えば、フォールドミラー２１６を直角プリズムで置き換えることで、および／または、平板ＰＢＳの代わりにガラス立方体ＰＢＳを利用することで）、光束Ａ、Ｂ、Ｃおよび光束Ａ'、Ｂ'、Ｃ'それぞれの光路間の差異を低減または無くしてもよい。
【００２９】
図２および３を参照すると、視聴者に対して見易くするには、光束Ａ'、Ｂ'、Ｃ'からの画像は、光束Ａ、Ｂ、Ｃからの画像と概ね重なるべきである（といっても、完全な重複は必ずしも必要でないが）。他の画像位置に対する画像位置の調節法の中には以下のようなものがある。（１）ツマミねじまたは他の機械的技法を利用してフォールドミラー、ＰＢＳ平板、またはＰＢＳ立方体を傾ける、（２）光パワーでレンズまたは部材を機械的に偏心させる（例えばカーブミラー）、（３）フィードバックシステムを利用して、前述の画像調節技法のいずれかを利用して画像位置を自動調節する、または（４）上述の３つの技法の少なくとも２つを組み合わせる。
【００３０】
光透過および迷光制御を光透過部材で最適化するには、高透過特性および低透過特性を提供する反射保護膜で覆う方法が考えられる。透過部材からの反射により、最終画像におけるコントラストを劣化させたり、および／または邪魔なアーチファクトを生成したりする迷光がシステムに生じることがある。幾らかの実施形態においては、さらに吸収偏光子をＡ'、Ｂ'、Ｃ'の光路の１／２波長板１１４の後、および／または、各光路におけるＰＢＳ１１２の後に配置して、偏光リークを制御し、且つ、最終画像のコントラストを向上させてよい。
【００３１】
図４は、映画投影３００用のＰＣＳの別の実施形態を示す概略図である。ＰＣＳ３００の部材は、図２のＰＣＳ１００について示したものと同様の種類と機能を有していてよい。例えば、部材３ｘｘは部材１ｘｘに類似しており、ｘｘはそれぞれの部材の最後の２桁である。
【００３２】
本例示的実施形態では、望遠レンズ対３４０は、ＰＢＳ３１２を光が透過する光路に実装されうる。ここで、望遠レンズ対３４０は光路沿いに配置され、視野が光軸上に集まっている。通常、望遠レンズ３４０は、２部材で倍率、歪み、および画像特性を制御して、２画像を比較的近傍で重ならせ（つまり、互いの１‐４ピクセル以内に収まらせ）、スポットサイズを１ピクセルの小数部の桁に維持し、横方向の色を１ピクセルの桁に維持する。この代わりに、逆望遠レンズ（不図示）を、ＰＢＳ３１２から光が反射する光路に実装してもよい（偏光スイッチ３２０とフォールドミラー３１６との間、またはフォールドミラー３１６の後ろに配置される）。望遠レンズまたは逆望遠レンズを１光路の倍率制御に利用する場合には、最終画像の径方向の歪みおよびキーストン歪みは、個々の部材または一対の部材を光軸から横方向にずらすことで、調節可能である。
【００３３】
図５は、映画投影４００用のＰＣＳの別の実施形態を示す概略図である。ＰＣＳ４００の部材は、図２のＰＣＳ１００について示したものと同様の種類と機能を有していてよい。例えば、部材４ｘｘは部材１ｘｘに類似しており、ｘｘはそれぞれの部材の最後の２桁である。本例示的実施形態では、望遠レンズ対４４０は、ＰＢＳ４１２を光が透過する光路に実装されうる。ここで、望遠レンズ対４４０は光路沿いに配置され、視野が光軸から分散している。上述したように、最終画像の径方向の歪みおよびキーストン歪みは、個々の部材または一対の部材４４０を、光軸から横方向にずらすことで、調節可能である。
【００３４】
図６は、円偏光出力を提供する映画投影５００用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。ＰＣＳ５００は、光路沿いに望遠レンズ対５４０を含み、視野が光軸上に集まっている。この場合、各偏光スイッチ５２０は、例えば米国特許番号第４，７９２，８５０に記載された円偏光スイッチ（またはＺスクリーン）である。各光路のクリーンアップ偏光子５４２、５４４は、システムにとって望ましいコントラストレベルに応じてオプションとして設けられる。例えば、クリームアップ偏光子を１または両方設けることで、システムコントラストが向上しうる。
【００３５】
図７は、直線偏光出力を提供する映画投影６００用のＰＣＳの別の実施形態の概略図である。ここで、各偏光スイッチ６２０は、２００６年６月１４日出願の「Achromatic Polarization Switches」なる名称の米国特許出願番号第１１／４２４，０８７に記載され、ＣｏｌｏｒａｄｏのＢｏｕｌｄｅｒのＣｏｌｏｒＬｉｎｋ，Ｉｎｃ．社も製造しているアクロマートの直線偏光スイッチである。図６の例と同様に、各光路のクリーンアップ偏光子６４２、６４４は、システムにとって望ましいコントラストレベルに応じてオプションとして設けられる。例えば、クリームアップ偏光子を１または両方設けることで、システムコントラストが向上しうる。さらに、アクロマート回転子６４８も、偏光スイッチ６２０のアクロマート特性に応じてオプションとして設けられる。
【００３６】
図８は、映画投影７００用のＰＣＳの別の実施形態の概略図であり、偏光子７４６、アクロマート回転子７１４、および偏光スイッチ７２０が他の光学部材の後ろに配置された代替構成を示す。ＰＣＳ７００の部材は、図２のＰＣＳ１００について示したものと同様の種類と機能を有していてよい。例えば、部材７ｘｘは部材１ｘｘに類似しており、ｘｘはそれぞれの部材の最後の２桁である。
【００３７】
動作においては、光は投影レンズ７２２からＰＢＳ７１２へと出てゆく。Ｐ‐偏光はＰＢＳ７１２を透過して望遠レンズ対７４０へと向かい、その後、偏光スイッチ７２０へと向かう。オプションであるクリーンアップ偏光子７４６が望遠レンズ対７４０と偏光スイッチ７２０との間に配置されて、コントラストをさらに向上させてよい。ＰＢＳ７１２が反射したｓ‐偏光は、フォールドミラー７１６へ方向付けられ、そこでアクロマート回転子７１４へと反射され、アクロマート回転子７１４で、このｓ‐偏光がｐ‐偏光に変換された後、オプションであるクリーンアップ偏光子７４６を透過する。次に、アクロマート回転子７１４からのｐ‐偏光が偏光スイッチ７２０を透過する。この構成においては、ＰＢＳ７１６が反射したｓ‐偏光は効率良く反射されて、偏光がフォールドミラー７１６において維持される。これにより、フォールド経路からの偏光保持が欠乏することが少なくなり、輝度が最大化される。アクロマート９０度回転子７１４（大抵、リターダスタックに基づく）を利用して、フォールドミラーからの光を直交状態に変換することもできる。ＰＢＳ７１２からのＰ‐反射をなくすには、クリーンアップ偏光子７４６が同様に望ましい。これはアクロマート回転子７１４に後続することが好適であり、これによりシステムレベルのコントラストの一因である偏光変換効率が低減される。
【００３８】
ＰＣＳ７００は、スクリーン上に高コントラスト画像を提供する。本例示的実施形態においては、最終スクリーン画像の中心は、投影レンズの光軸上に位置する。幾らかの他の実施形態においては、最終スクリーン画像は、光軸から中心がずれていてよい、例えば、投影レンズの光軸に対してスクリーンの半分の高さ分だけ下であってよい。このような実施形態においては、偏光ビームスプリッタ７１２は、投影レンズ７２２からの全照明を妨害するよう再配置されてよく、フォールドミラー７１６はスクリーン上の２画像に適切に重なるよう傾けられてよい。本実施形態の偏光スイッチ７２０は、（各経路に１つずつ存在するよう）２部材に分割されており、これにより製造歩留まりを増加させているが、そうではなくて前述したように単一の部材であってもよい。
【００３９】
ここで利用される、「映画投影」という用語は、正面投影法および／または背面投影法を利用する画像投影法のことを示し、映画、ホームシアター、シミュレータ、計測（instrumentation）、ヘッドアップディスプレイ、および立体画像を表示する他の投影環境などを含むが、それらに限られない。
【００４０】
本開示の原理に則る様々な実施形態を記載してきたが、これらが例示のみを目的としており、限定的ではないことについて理解されたい。故に、本発明の範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項および本開示から生じるそれらの均等物によってのみ定義されるべきである。さらに、実施形態について上述した利点または特徴は、これら利点のいずれかまたは全てを有するプロセスおよび構造に、請求項の適用を制限するものではない。
【００４１】
また、本明細書で用いたセクションのタイトルは米国特許法施行規則§１．７７に基づく提言を遵守して、もしくはそれ以外では本明細書の構成を分かりやすくするべく設けたものである。これらのタイトルは、本開示に基づく請求項に明記した発明を限定または特徴づけるものではない。具体的に例を挙げると、「技術分野」としてタイトルが設けてあるが、本願請求項は、いわゆる「技術分野」を説明するべくこのタイトル以下の内容に基づき選択される用語によって限定されるべきではない。また、「背景技術」のセクションにおける技術の説明は、当該技術を本明細書で開示された発明に対する先行技術と自認したものと解されるべきではない。同様に、「発明の概要」セクションの内容も本願の請求項に記載する発明を特徴づけるものとして解釈されるべきではない。またさらに、本開示において「発明」と言及しているが、本開示において新規な点が１つしかないと解されるべきではない。本開示内容に対応する複数の請求項の限定に基づき複数の発明が記載されているとしてもよく、このため請求項は１または複数の発明を定義しており、当該発明と同等のものは請求項によって保護される。どのような場合においても、請求項の範囲は明細書に鑑みてそれ自体で解釈されるべきであり、本明細書に記載されたタイトルによって限定されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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