(57)【要約】プロジェクションシステムは、第一のイメージング構成要素と、少なくとも第二のイメージング構成要素と、カラーコンバイナーとを含む。第一および第二のイメージング構成要素は、それぞれイメージャーと、光ビームをイメージャーから第一の部分および第二の部分へ少なくとも部分的に分離するように構成された反射型偏光と、を含み、第一の部分および第二の部分は実質的に直交する偏光状態を有する。光ビームの第一の部分は、光ビームの第二の部分によって画定される平面の上または下で同一方向に誘導される。カラーコンバイナーは、光ビームの第二の部分を結合するように構成され、カラーコンバイナーに入る前に光ビームの第二の部分が実質的に直交する偏光状態を有する。
2009521721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクションシステムであって、第一のイメージング構成要素と、前記第一のイメージング構成要素が、
第一のイメージャーと、
第一の光ビームを前記第一のイメージャーから第一の部分および第二の部分へ少なくとも部分的に分離するように構成された第一の反射型偏光子であって、前記第一の部分および前記第二の部分が実質的に直交する偏光状態を有する、第一の反射型偏光子とを含み、
第二のイメージング構成要素と、前記第二のイメージング構成要素が、第二のイメージャーと、
第二の光ビームを前記第二のイメージャーから第三の部分および第四の部分へ少なくとも部分的に分離するように構成された第二の反射型偏光子であって、前記第三の部分および前記第四の部分が実質的に直交する偏光状態を有し、前記第一の部分および前記第三の部分が前記第二および第四の部分によって画定される平面の上または下の同一方向へ誘導される、第二の反射型偏光子とを含み、
前記第二の部分および前記第四の部分とを結合するように構成されたカラーコンバイナーとを含み、前記カラーコンバイナーに入る前に前記第二の部分および前記第四の部分が実質的に直交する偏光状態を有する、プロジェクションシステム。
【請求項２】
前記第一の部分が、前記第一の反射型偏光子から反射されかつ前記第三の部分が前記第二の反射型偏光子から反射される、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記第一の部分および前記第三の部分が実質的に直交する偏光状態を有する、請求項２に記載のプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記第一のイメージング構成要素が、前記第一の反射型偏光子と前記カラーコンバイナーとの間に配設される１／２波長板をさらに含む、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記第一のイメージング構成要素が、前記第一のイメージャーに隣接し、前記第一の反射型偏光子に対向して配設される入口偏光子をさらに含む、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記第一のイメージング構成要素が、前記第一の反射型偏光子と前記カラーコンバイナーとの間に配設される出口偏光子をさらに含む、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記第一の反射型偏光子が、ワイヤグリッド偏光子である、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記第一の反射型偏光子が、入力プリズムと出力プリズムとの間に配設される反射型偏光、多層ポリマーフィルムを有する偏光ビームスプリッターを含む、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項９】
前記入力プリズムおよび出力プリズムが、それぞれ第一の屈折率を有し、かつ前記第一の反射型偏光子がそれぞれ第二の屈折率を有する外層を有し、前記第一の屈折率が、前記第二の屈折率と実質的に同一である、請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１０】
前記入力プリズムが、全内部反射面を提供するように構成される、請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１１】
前記第一の反射型偏光子が、整合ｚ屈折率（matched z-index）偏光子フィルムを含む、請求項８に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１２】
前記第一の反射型偏光子が、約２５°以下の前記第一の光ビームを形成する光円錐の中心光線に対する入射角において方向付けられる、請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１３】
前記第一の光ビームが、約５００ナノメートル〜約６００ナノメートルの範囲である波長を有する、請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１４】
白色光ビームを発するように構成された光源と、
前記白色光ビームを複数のカラー光ビームへ分離するための少なくとも１つのダイクロイックミラーとをさらに含み、前記第一の光ビームが、前記カラー光ビームの第一であり、かつ前記第二の光ビームが、前記カラー光ビームの第二である、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１５】
前記第一および第二の反射型偏光子が、それらの内部構造に基づいた固有の偏光反射軸を有し、かつ前記第一の反射型偏光子の前記偏光反射軸が、その光学軸を基準にして前記第二の反射型偏光子の前記偏光反射軸の方位に対してその光学軸を中心に９０°回転にて方向付けられる、請求項１に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１６】
プロジェクションシステムであって、
複数のイメージング構成要素と、前記複数のイメージング構成要素それぞれが、
入射カラー光ビームを受けるように、かつ画像を前記入射カラー光ビームに加えて、第一の偏光状態の画像部分と、前記第一の偏光状態に実質的に直交する第二の偏光状態の非画像部分を有する出力カラー光ビームを生成するように構成された透過型イメージャーと、
前記透過型イメージャーから前記出力カラー光ビームを受けるように構成され、かつ前記出力カラー光ビームの前記非画像部分から前記出力カラー光ビームの前記画像部分を少なくとも部分的に分離するようにさらに構成された反射型偏光子とを含み、
ここで、前記複数のイメージング構成要素の前記反射型偏光子が、前記出力カラー光ビームの前記非画像部分を前記出力カラー光ビームの前記画像部分によって画定される平面の上又は下の同一方向に誘導するように構成され、
前記反射型偏光子から前記出力カラー光ビームの前記画像部分を結合するように構成されたカラーコンバイナーとを含む、プロジェクションシステム。
【請求項１７】
前記複数のイメージング構成要素からの離隔場所に配置される熱除去構成要素をさらに含み、前記出力カラー光ビームの前記非画像部分が、前記熱除去構成要素へ向けて誘導される、請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１８】
前記カラーコンバイナーが、ＳＰＳ型Ｘキューブカラーコンバイナーである、請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１９】
前記反射型偏光子が、多層ポリマー偏光フィルムを含む、請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２０】
前記多層ポリマー偏光フィルムが、整合ｚ屈折率偏光子フィルムを含む、請求項１９に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２１】
偏光ビームスプリッターであって、入口面および入射面を有する入力プリズムと、
前記入力プリズムの前記入射面に対して逆に配設される反射型整合ｚ屈折率偏光子（ＭＺＩＰ）フィルムとを含み、前記反射型ＭＺＩＰフィルムは光ビームが約３．０より小さいｆ／＃で調整されている状態で少なくとも約５：１の消光比でｓ偏光光を透過し、かつｐ偏光光を反射するように方向付けられる、偏光ビームスプリッター。
【請求項２２】
光ビームが約２．５より小さいｆ／＃で調整されている状態で前記偏光ビームスプリッターの前記消光比が、少なくとも約５：１である、請求項２１に記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項２３】
前記偏光ビームスプリッターの消光比が，少なくとも約３０：１である、請求項２１に記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項２４】
前記偏光ビームスプリッターの消光比が、少なくとも約５０：１である、請求項２３に記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項２５】
前記入口面が、前記入口面に対して第一の入射角を有する前記光ビームを前記入射面へ向けて前記入力プリズムを通って透過するように構成され、前記反射ＭＺＩＰフィルムが、前記入口面に対して第一の方位角においてさらに方向付けられ、かつ前記光ビームの第一の部分を前記入口面へ向けて反射するように構成され、前記第一の入射角および前記第一の方位角が、前記入口面から前記光ビームの前記第一の部分の全内部反射をもたらすように構成された、請求項２１に記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項２６】
前記光ビームの前記第一の部分が、ｐ偏光光として少なくとも部分的に方向付けられる前記光ビームの非画像部分であり、前記光ビームが、ｓ偏光光として少なくとも部分的に方向付けられる画像部分をさらに含む、請求項２１に記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項２７】
前記反射ＭＺＩＰフィルムが、ｚ屈折率不整合Δｎｚおよびｘ屈折率不整合Δｎ×を有し、Δｎｚ／Δｎ×の絶対値が、前記入射光の波長帯域にわたり０．１未満である、請求項２１に記載の偏光ビームスプリッター。
【請求項２８】
Δｎｚ／Δｎ×の前記絶対値が、前記入射光の波長帯域にわたり０．０５未満である、請求項２７に記載の偏光ビームスプリッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光分離装置を内蔵するプロジェクションシステムに関する。特に、本発明は、液晶イメージャーを有する反射型偏光子を使用するプロジェクションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションシステムは、典型的には光源と、照明光学部品と、１つ以上のイメージャーと、投影光学部品と、プロジェクションスクリーンとを含む。照明光学部品は、光源から光を集め、光を所定の方法でイメージャー（複数）へ向けて誘導する。イメージャー（複数）は、典型的には、液晶ディスプレイイメージャーのような、偏光回転画像形成装置であり、デジタル映像信号に対応する画像を生成するために光の偏光を回転させることによって作動する。投影光学部品は、次いで画像を拡大し、それをプロジェクションスクリーン上に投影する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロジェクションシステムに使用されるイメージャーは、典型的には、光を一対の直交偏光状態（例えば、ｓ偏光およびｐ偏光）に分離する偏光子に依存している。この分離は、概して所望の偏光状態を有する光を透過し、所望されない偏光状態を有する光の大部分を吸収することを伴う。しかしながら、このような偏光子は、かなりの量の光エネルギーを吸収し、そのエネルギーは熱に変換される。長期の使用期間中に、発生した熱が蓄積して偏光子を損傷させ、これによって偏光特性を損なう可能性もある。これは、したがって、投影された画像の質を時間の経過とともに低下させることになる。典型的には、偏光子温度を許容限度以下に維持するように高速空気流が偏光子全体に供給される。ただし、所要体積流量は高くなる場合もあり、プロジェクションシステムにおいて必要とされるファンのサイズおよび台数は、騒音を発生することに加えて、プロジェクションシステムにおいてかなりの量の電力とスペースを消費する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、２つのイメージング構成要素と、１つのカラーコンバイナーとを含むプロジェクションシステムに関する。イメージング構成要素は、それぞれ光ビームを第一の部分および第二の部分に少なくとも部分的に分離するように構成される反射型偏光子を含み、第一の部分および第二の部分は実質的に直交する偏光状態を有する。イメージング構成要素からの光ビームの第一の部分は、光ビームの第二の部分によって画定される平面の上または下の同一方向へ誘導される。カラーコンバイナーは、光ビームの第二の部分を結合するように構成され、イメージング構成要素から光ビームの第二の部分が、カラーコンバイナーに入る前に実質的に直交する偏光状態を有する。
【０００５】
本発明の上記の概要は、本発明の各図示の実施形態またはすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図面および詳細な説明は、特にこれらの実施形態を例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明のプロジェクションシステム１０の平面概略図であるが、前面投影システムおよび背面投影システム、投影ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、バーチャルビューアー、ヘッドアップディスプレイ、および光コンピューティングシステムなどの、各種光学イメージャーシステムで高コントラスト、明るい画像をディスプレイするための好適なシステムである。プロジェクションシステム１０は、光源１２と、カラー分離光学部品１４と、光コア１５（イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇ、並びにカラーコンバイナー１８を含む）と、投影レンズ２０とを含む。後述するように、イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇは、非画像光ビームをイメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇから出力される画像を重ねた光ビームによって画定される平面の上に（すなわち、図１の紙面によって画定される平面）全体として同一方向に誘導するように構成される。それ故に、非画像光ビームは、目視者に向かって（または目視者から離れて）図１の平面から外へ同一方向に誘導される。これは、プロジェクションシステム１０の光路（すなわち、図１に示される光路）の上（または下）の場所までに非画像光ビームを取り除き、そこで非画像光ビームが熱発生を低減するように調整されてよい。
【０００７】
光源１２は、光ビーム２２Ｗ（白色光ビーム）をカラー分離光学部品１４へ向けて発するためのランプおよび湾曲した（例えば、放物線状および凹状）リフレクタであってよい。光源１２用に好適なランプには、超高圧水銀ランプのようなメタルハライドアークランプが挙げられる。カラー分離光学部品１４に到達する前に、光ビーム２２Ｗはプリ偏光子（例えば、偏光変換システム）、コンデンサレンズ、インテグレータレンズ、およびスーパーインポージングレンズのような、種々の光学構成要素（図示せず）で予め調整されてよい。プリ偏光子は、光ビーム２２Ｗを少なくとも部分的に偏光するのに使用されてよいが、光ビーム２２Ｗを直線偏光成分へ調整することを含む。
【０００８】
カラー分離光学部品１４は、ダイクロイックミラー２４および２６と、フォールドリフレクタ２８、３０、および３２とを含むが、フォールドリフレクタ２８、３０、および３２が、光ビームの光路を誘導するための反射ミラーである。カラー分離光学部品１４はまた、開き角度を低減させ、受信光ビームを中継するためのコンデンサレンズ（図示せず）を含む。光ビーム２２Ｗは、当初はダイクロイックミラー２４まで進行するが、このダイクロイックミラー２４は、赤色波長光（約６００ナノメートル〜約７００ナノメートル）を透過させ、カラースペクトルにおける残りの光を反射するカラー波長分離ミラーである。それ故に、ダイクロイックミラー２４は、光ビーム２２Ｒ（すなわち、光ビーム２２Ｗの赤色波長部分）をフォールドリフレクタ２８およびイメージング構成要素１６Ｒへ向けて透過し、光ビーム２２ＧＢ（すなわち、光ビーム２２Ｗの青色−緑色波長部分）をダイクロイックミラー２６へ向けて反射する。
【０００９】
ダイクロイックミラー２６は、青色波長光（４００ナノメートル〜約５００ナノメートル）を透過し、緑色波長（約５００ナノメートル〜約６００ナノメートル）である、残りのカラースペクトルにおける光を反射するカラー波長分離ミラーである。それ故に、ダイクロイックミラー２６は、光ビーム２２Ｂ（すなわち、光ビーム２２ＧＢの青色波長部分）をフォールドリフレクタ３０および３２、およびイメージング構成要素１６Ｂへ向けて透過し、光ビーム２２Ｇ（すなわち、光ビーム２２ＧＢの緑波長部分）をイメージング構成要素１６Ｇへ向けて反射する。
【００１０】
イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇは、一般にカラー分離光学部品１４とカラーコンバイナー１８との間に配設される。イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇは、それぞれ画像を受信光ビーム上に重ね、この画像が重ねられた光ビームをカラーコンバイナー１８まで中継する。さらに後述するように、イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇは、全内部反射偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）を含んでよいが、非画像光ビームを画像が重ねられた光ビームによって画定される平面の上（または下）で全体として同一方向へ誘導するように構成される。これは、非画像光ビームをプロジェクションシステム１０（すなわち、図１に示される光路）の光路の上（または下）に誘導するが、これによって非画像光ビームがプロジェクションシステム１０の光路を干渉することを防止する。これに加えて、非画像光ビームは光エネルギーを吸収する単一の熱除去構成要素（例えば、ヒートシンク、図１には図示せず）へ向けて誘導されてもよい。これは、非画像光ビームによって招かれる熱発生を、熱感受性のある場所（例えば、イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇ）から、熱発生が単一の熱除去低減構成要素で管理されてもよい離隔場所まで移す。
【００１１】
この実施形態におけるカラーコンバイナー１８は、赤色波長光を反射する第一のダイクロイック多層（典型的には無機）フィルムおよび青色波長光を反射する第二のダイクロイック多層フィルムによって分離される４個の直角プリズムを含むＸキューブカラーコンバイナーである。あるいは、カラーコンバイナー１８は、一対のダイクロイックミラー（プリズム無し）のみを含んでもよい。カラーコンバイナー１８は、光ビーム２２Ｒ、２２Ｇ、および２２Ｂの画像が重ねられた部分を単一の画像光ビーム（すなわち、光ビーム２２Ｉ）へ結合する。特に、光ビーム２２Ｒの撮像部分は、赤色光を反射するダイクロイック多層フィルムから反射し、光ビーム２２Ｂの画像部分は青色光を反射するダイクロイック多層フィルムから反射し、光ビーム２２Ｇの画像部分は一対のダイクロイック多層フィルムを通って実質的に透過する。結果として得られる単一の画像光ビーム２２Ｉは、次いで投影レンズ２０まで透過され、そこで光ビーム２２Ｉは拡大されてスクリーン（図示せず）へ投影される。それ故に、プロジェクションシステム１０は、非画像光ビームエネルギーを偏光素子から離隔場所まで取り除きつつも視認するために、ハイコントラストの明るい画像を生成できる。これは、偏光素子の製品寿命を保持し、プロジェクションシステム１０がハイコントラストの明るい画像を長期間にわたって生成し続けることができるようにする。
【００１２】
代替実施形態では、プロジェクションシステム１０は、図１に示される３つのイメージング構成要素ではなくて、２つのイメージング構成要素を含んでよい。２−イメージング構成要素配置は、典型的には緑色波長光ビーム専用の第一のイメージング構成要素および赤色と青色波長光ビームとの間で順に配列された第二のイメージング構成要素を有する。２−イメージング構成要素配置の例は、マ（Ma）らによる、米国特許公開第２００４／０２２７８９８号に記載される。
【００１３】
図２は、光コア１５の拡大側面概略図であるが、カラーコンバイナー１８とともに使用されるイメージング構成要素１６Ｒに焦点を当てる。イメージング構成要素１６Ｒは、入口偏光子３４と、透過型イメージャー３６と、ＰＢＳ３８と、出口偏光子４０とを含み、これらは光ビーム２２Ｒの光路に沿ってそれぞれ整列される。当業者は、イメージング構成要素１６Ｒ（およびイメージング構成要素１６Ｂおよび１６Ｇ）の各種要素が、選択可能な構成要素であり、追加の構成要素も同様に利用されてよいことを理解するであろう。
【００１４】
入口偏光子３４（例えば、プリ偏光フィルム）は、第一の偏光状態を有する光ビーム２２Ｒの第一の部分を透過型イメージャー３６まで透過し、第一の偏光状態に直交する第二の偏光状態を有する光ビーム２２Ｒの第二の部分を吸収または反射する。その結果、透過型イメージャー３６まで透過された光ビームは、実質的に第一の偏光状態にある。従来の記号に従って、第一の偏光状態にある光ビームはここではドット「・」（図２のビューに直交し、紙の平面から外へ延びる第一の直交する電界セグメントを表す）でラベル表示され、第二の偏光状態にある光ビーム（紙面の平面内で偏光された光の電界ベクトルを有する）は、第二の直交セグメント「|」でラベル表示される。前述のとおり、仮に光ビーム２２Ｗが少なくとも部分的に所与の偏光状態にプリ偏光された場合、光ビーム２２Ｒはイメージング構成要素１６Ｒに到達するとき同一の所与の偏光状態において少なくとも部分的に最初から偏光されるであろう。
【００１５】
この実施形態における透過型イメージャー３６は、関連画像信号に従って受信光ビーム２２Ｒの偏光を変調する液晶イメージャーであり、これによって画像を光ビーム２２Ｒ上に重ねる。透過型イメージャー３６に好適な液晶イメージャーの例としては、高温ポリシリコン（High-Temperature Poly-Silicon）（ＨＴＰＳ）透過型ＬＣＤパネルのような、ＬＣＤベースの画像形成装置が挙げられる。シリコン上液晶（ＬＣｏＳ）パネルのような、反射型イメージャーに基づいた他の実施形態が、本発明によって企図される。関連画像信号に基づいて透過型イメージャー３６の各種ピクセルに電圧が印加されてもよい。これは、画像を光ビーム２２Ｒに重ねるが、光ビーム２２Ｒの画像部分（「光ビーム２２Ｒ（ｉ）」と呼ぶ）が第二の偏光状態に変調されてもよい一方、光ビーム２２Ｒの非画像部分（「光ビーム２２Ｒ（ｎ）」と呼ぶ）は第一の偏光状態のままである。それ故に、透過型イメージャー３６からＰＢＳ３８へ進行する光ビーム２２Ｒの光路は、第一の偏光状態にある、光ビーム２２Ｒ（ｎ）、および第二の偏光状態にある、光ビーム２２Ｒ（ｉ）を含む。
【００１６】
この実施形態におけるＰＢＳ３８は、入力プリズム４２と、出力プリズム４４と、反射型偏光フィルム４６とを含む。入力プリズム４２および出力プリズム４４は反射型偏光フィルム４６の対向側面上で互いに隣接して配設される低複屈折プリズム（すなわち、偏光フィルムカバー）であり、入力プリズムは入口面４２ａおよび上面４２ｂを含む。入力プリズム４２および出力プリズム４４は、ＰＢＳ３８の所望の目的を達成するために好適な屈折率を有する任意の光透過性材料で作られてよい。「光透過性」材料は、入射光の少なくとも一部がその材料を透過可能にするものである。プリズムとして使用するのに好適な材料としては、セラミック類、ガラス、およびポリマー類が挙げられる。好ましくは、入力プリズム４２および出力プリズム４４は等方性材料で作製されるが、他の材料を使用してもよい。図２に示される実施形態では、入力プリズム４２および出力プリズム４４は、反射型偏光フィルム４６から反射する光ビーム２２Ｒ（ｎ）が入力プリズム４２の入口面４２ａに沿って全内部反射条件を満たすことができるように設計されてもよい。このようなプリズムの設計は、マガリル（Magarill）らによる、米国特許第６，７１９，４２６号に記載されている。
【００１７】
図２に示されるように、光ビーム２２Ｒは、入力プリズム４２の入口面４２ａを透過し、反射型偏光フィルム４６に接触する。反射型偏光フィルム４６に好適な偏光フィルムの例としては、反射型、多層ポリマー、整合ｚ屈折率偏光子（ＭＺＩＰ）フィルム（後述される）が挙げられる。このようなフィルムは、フィルム上で入射光の入射面を基準としておおよそｐ偏光の光を透過し、おおよそｓ偏光の光を反射するように従来から方向付けられる、カルテシアン（Cartesian）偏光子である。
【００１８】
多層フィルムが、好まれる実施形態である一方、ワイヤグリッド偏光子およびマクネイル（MacNeille）偏光子のような、他のカルテシアン（Cartesian）偏光子が、あるいは反射型偏光フィルム４６に使用されてよい。このような代替偏光子は、望ましくは高い熱伝導度および低い熱複屈折を提示する。本発明に使用するための追加の好適な反射型偏光子の例としては、宮沢（Miyazawa）らによる、米国特許出願公開第２００５／００１２９９６号に開示されるものが挙げられる。
【００１９】
反射型偏光フィルム４６を基準とした光ビーム２２Ｒの入射角が理由で、第一の偏光状態にある光ビーム２２Ｒの部分（すなわち、光ビーム２２Ｒ（ｎ））は、反射型偏光フィルム４６に対してｓ偏光光として方向付けられる。同様に、第二の偏光状態にある光ビーム２２Ｒの部分（すなわち、光ビーム２２Ｒ（ｉ））は反射型偏光フィルム４６に対してｐ偏光光として方向付けられる。それ故に、光ビーム２２Ｒ（ｎ）は反射型偏光フィルム４６から反射され、光ビーム２２Ｒ（ｉ）は反射型偏光フィルム４６を透過する。
【００２０】
反射型偏光フィルム４６が、吸収型偏光子であるよりむしろ反射型偏光子であるため、光ビーム２２Ｒ（ｎ）は反射型偏光フィルム４６によって吸収されない。そのため、光ビーム２２Ｒ（ｎ）は反射型偏光フィルム４６において熱に変換されないので、反射型偏光フィルム４６は比較的低温のままである。ＰＢＳ３８の好適な動作温度は、典型的には強制空気冷却無しで約２５℃〜約４５℃の範囲である。比較してみると、現在の吸収型偏光子は許容温度（典型的には７０℃前後）を達成するために適切に設計された強制空気冷却を必要とするが、これが偏光子およびイメージャーに光の強度の限度を設定する。偏光子全体にわたる光の強度および偏光子を劣化させるその可能性は、使用してもよいイメージャーおよび偏光子のサイズを決定する。このイメージャーは、典型的なプロジェクションシステムの主要なコスト構成要素であり、イメージャーのサイズの減少（これによって偏光子全体にわたって光の強度を増加させる）は、イメージャーのコストを低減させることができる。このようにして、反射型偏光フィルム４６は、自然伝導熱移動（すなわち、ファンを必要とせずに）のみに依拠することによって達成できるレベルの温度制御を実現する。これに加えて、プロジェクターシステム１０から出力される同一量の光に対してより小型のイメージャー（例えば、イメージャー３６）を使用してよいので、増加された光の強度を使用してより低いコストのプロジェクタを設計できる。
【００２１】
図２にさらに示されるように、光ビーム２２Ｒ（ｎ）は入力プリズム４２内へ反射して戻され、それは入口面４２ａ上で全内部反射され、上面４２ｂから出口入力プリズム４２を出射する。前述したように、イメージング構成要素１６Ｂおよび１６Ｇで類似の配置が得られるので、光ビーム２２Ｒ、２２Ｂ、および２２Ｇのの非画像部分が光ビーム２２Ｒ（ｉ）および光ビーム２２Ｂと２２Ｇの画像部分によって画定される平面の上で全体として同一方向に反射される。
【００２２】
偏光フィルム４６および出力プリズム４４を透過する光ビーム２２Ｒ（ｉ）は、出口偏光子４０へ向けて進行する。出口偏光子４０はまた、第二の偏光状態（すなわち、ＰＢＳ３８に対しておおよそｐ偏光）にある光をも透過し、反射型偏光フィルム４６および出力プリズム４４を透過する、第一の偏光状態にある光の任意の残留部分（すなわち、ＰＢＳ３８に対しておおよそｓ偏光）を吸収または反射する偏光フィルムであってよい。その結果、光ビーム２２Ｒ（ｉ）は出口偏光子４０を透過し、光ビーム２２Ｒ（ｎ）の任意の残留部分が出口偏光子４０によって吸収または反射される。出口偏光子４０は、カラーコンバイナー１８へ入る前に、光ビーム２２Ｒ（ｉ）のコントラストを向上させるために偏光工程においてあるレベルの冗長性をもたらす。
【００２３】
この実施形態では、カラーコンバイナー１８は、「ＳＰＳ」型Ｘキューブである。カラーコンバイナー１８は、赤色波長光および青色波長光をそれぞれ反射し、緑色波長光を透過させる一対のクロスダイクロイックフィルム４８および５０を含む。カラーコンバイナー１８は、ｐ偏光光に比べてより強くｓ偏光光を反射する。カラーコンバイナー１８はまた、特に緑色光に関して、ｓ偏光光に比べてより強くｐ偏光光を透過する。光ビーム２２Ｒ（ｉ）は、第二の偏光状態においてカラーコンバイナーへ向けて進行するが、前述したように、ＰＢＳ３８の反射型偏光フィルム４６を基準にして、おおよそｐ偏光であった。ただし、カラーコンバイナー１８のダイクロイックミラーフィルム４８を基準にして光ビーム２２Ｒ（ｉ）の入射面が理由で、第二の偏光状態がダイクロイックフィルム４８に対してｓ偏光光として方向付けられる。そのため、光ビーム２２Ｒ（ｉ）（これは第二の偏光状態にある）は、ダイクロイックフィルム４８から投影レンズ２０へ向けて反射し、投影レンズ２０は、図２の目視者へ向けて、図２のビューによって画定される平面から外の方向に配置される。
【００２４】
図３は、光コア１５のもう１つの拡大平面概略図であるが、カラーコンバイナー１８に使用するためのイメージング構成要素１６Ｂに焦点を当てている。イメージング構成要素１６Ｂは、入口偏光子５２と、透過型イメージャー５４と、ＰＢＳ５６（反射型偏光フィルム５８を内蔵）と、出口偏光子６０とを含み、これらは光ビーム２２Ｂの光路に沿ってそれぞれ一直線に並べられ、図２において前述したイメージング構成要素１６Ｒの対応する構成要素と同一の方法で機能する。そのため、第一の偏光状態（反射型偏光フィルム５８に対してｓ偏光）にある、光ビーム２２Ｂの非画像部分（「光ビーム２２Ｂ（ｎ）」）と呼ぶ）は、ＰＢＳ５６の上面から外へ反射される。それ故に、光ビーム２２Ｂ（ｎ）は、光ビーム２２Ｒ（ｉ）と２２Ｂ（ｉ）、および光ビーム２２Ｇの画像部分によって画定される平面の上で光ビーム２２Ｒ（ｎ）と全体として同一方向に反射される。
【００２５】
第二の偏光状態（反射型偏光フィルム５８に対するｐ偏光）にある、光ビーム２２Ｂの画像部分（「光ビーム２２Ｂ（ｉ）」と呼ぶ）は、出口偏光子６０およびカラーコンバイナー１８へ向けて反射型偏光フィルム５８を透過する。光ビーム２２Ｂ（ｉ）は、第二の偏光状態においてカラーコンバイナー１８へ進行する。光ビーム２２Ｒ（ｉ）について前述したように、カラーコンバイナー１８のダイクロイックフィルム５０を基準とした光ビーム２２Ｂ（ｉ）の入射角が理由で、第二の偏光状態がダイクロイックフィルム５０に対するｓ偏光光として方向付けられる。そのため、（第二の偏光状態にある）光ビーム２２Ｂ（ｉ）は、フィルムダイクロイック５０（図３のビューによって画定される平面から外の方向に）から投影レンズ２０に向かって反射する。
【００２６】
図４は、光コア１５のもう１つの拡大平面概略図であるが、カラーコンバイナー１８とともに使用されるイメージング構成要素１６Ｇに焦点を当てている。イメージング構成要素１６Ｇは、入口偏光子６２と、透過型イメージャー６４と、ＰＢＳ６６（反射型偏光フィルム６８を内蔵）と、出口偏光子７０とを含み、これらは光ビーム２２Ｇの光路に沿ってそれぞれ一直線に並べられ、図２および３において前述した、イメージング構成要素１６Ｒおよび１６Ｂの対応する構成要素と類似の方法で機能する。この類似性に対する１つの例外は、反射型偏光フィルム６８が公称ｐ偏光光を反射し、ｓ偏光光を透過するように方向付けされていることである。これは、イメージング構成要素１６Ｒおよび１６Ｂの反射型偏光フィルム４６および５８の方位に対して９０°回転させて、入力プリズム上に反射型偏光フィルム６８の内部構造の固有の偏光反射方向に方向付けることによって達成されてもよい。加えて、イメージング構成要素１６Ｇに入射する前に光ビーム２２Ｇがプリ偏光される場合、１／２波長板が光ビーム２２Ｇの偏光状態を回転させるように入口偏光子６２の前に配設されてもよい。
【００２７】
それ故に、第二の偏光状態（名目上反射型偏光フィルム６８に対してｐ偏光）にある、光ビーム２２Ｇ非画像部分（「光ビーム２２Ｇ（ｎ）」と呼ぶ）はＰＢＳ６６の上面から外へ反射される。光ビーム２２Ｇ（ｎ）もまた光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ）によって画定される平面の上で光ビーム２２Ｒ（ｎ）および２２Ｂ（ｎ）と全体として同一方向に反射される。一実施形態では、ＰＢＳ６６は入力プリズム６７および出力プリズム６９を含むが、入力プリズム６７および出力プリズム６９はそれぞれ、反射型偏光フィルム６８の外層の屈折率に近い屈折率を有する。これにより、光ビーム２２Ｇ（ｉ）は、プリズム７６および７８とフィルム６８との間の誘電体境界面におけるフレスネル（Fresnel）反射を最小に抑えることで、高い透過効率でＰＢＳ６６を透過可能になる。
【００２８】
第一の偏光状態（反射型偏光フィルム６８に対する公称ｓ偏光であるが、「回転」多層光学フィルムの内部構造の「透過」偏光方向と一直線である）にある光ビーム２２Ｇの画像部分（「光ビーム２２Ｇ（ｉ）」と呼ぶ）が、出口偏光子７０およびカラーコンバイナー１８へ向けて反射型偏光フィルム６８を透過する。偏光フィルム６８は、赤色および青色光路（図２および３に示す）において偏光フィルム４６および５８を基準として９０°回転される。偏光フィルム６８のこの配置によって、ｐ偏光光がフィルム６８によって反射可能となり、ｓ偏光光がフィルム６８によって透過可能となる。この透過される光ビーム２２Ｇ（ｉ）は第一の偏光状態にてカラーコンバイナー１８へ向けて進行するが、カラーコンバイナー１８においてダイクロイックミラーコーティング４８および５０を基準としてｐ偏光光である。緑色波長光路におけるｐ偏光光は、ｓ偏光光よりもカラーコンバイナー１８を通してかなり高い透過率を有する。光ビーム２２Ｇ（ｉ）がダイクロイックフィルム４８および５０に対してｓ偏光光のままである場合、光ビーム２２Ｇ（ｉ）のカラーコンバイナー１８を通しての透過は減少するであろう。
【００２９】
透過率の減少が図５Ａに示されるが、カラーコンバイナーを通る光の透過率対Ｘキューブの対角線上のカラーフィルターを基準としてｐ偏光状態およびｓ偏光状態にある光に対する光の波長と、反射型偏光フィルム６８を基準としたｓ偏光における光に対してＰＢＳ６６を通る光の透過率とを示すグラフ図である。図示されるとおり、約５００ナノメートル〜約６００ナノメートル（すなわち、緑色波長光）の範囲である波長を有する光について、カラーコンバイナー１８のダイクロイックフィルム４８および５０に対するｐ偏光状態にある光は、ｓ偏光状態にある光と比較してより広い透過範囲およびより高い透過強度（透過強度）を有する。ダイクロイックフィルム４８および５０への光の入射角が４５°前後にあることに注目すべきである。このようにして、光ビーム２２Ｇ（ｉ）は望ましくは、図４において前掲されているように、ダイクロイックフィルム４８および５０に対してｐ偏光状態でカラーコンバイナー１８を透過する。
【００３０】
さらに、ｐ偏光光は２つの誘電性材料の境界面（例えば、反射型偏光フィルム４６、５８、および６８と、それらの各入力および出力プリズムとの間の境界面）を通って、ｓ偏光光と比較してより効率的に透過する。その結果、第一の偏光状態（名目上反射型偏光フィルム６８に対してｓ偏光された）にある反射型偏光フィルム６８を透過する光ビーム２２Ｇ（ｉ）は、光ビーム２２Ｇ（ｉ）が第二の偏光状態（名目上反射型偏光フィルム６８に対してｐ偏光された）にある場合に達成できるであろうよりも低い透過強度を有する。しかしながら、図４に示される実施形態では、反射型偏光フィルム６８に対する光ビーム２２Ｒ内の光の最大入射角は小さい（例えば、入射光円錐の中心光線について約２５°）。出願者が入射角測定値を言及するときには、当該表面に入射する入射光円錐の中心光線を基準としていることに、本明細書全体を通して注目すべきである。この実施形態では、２５°の入射角は「コンパウンド」ＰＢＳ６６における全内部反射条件を満たすように選択された。他の入射角が、ＰＢＳのプリズムを形成する材料のような要因に依存して、より適切なものになる場合もある。これらの小さい入射角におけるｓ偏光光の透過率は、ｐ偏光光の透過率よりも僅かに低いに過ぎない。実際のところ、図５Ａに示されるように、緑色波長におけるｓ偏光光は９０％より大きな透過率でフィルムに対して約２５°の入射角においてＭＺＩＰ型反射型偏光フィルム（前述した）を透過する。
【００３１】
全般的に見て、この配置は依然として緑色波長光に対して、特に屈折率整合入力および出力プリズムが反射型偏光フィルム６８上で使用される場合には、高い透過効率を提供する。そのうえ、光コア１５の配置はまた、光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）が光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ）によって画定される平面の上で全体として同一方向に反射されることを可能にし、これによって、光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）が単一の熱除去構成要素で調整されることを可能にする。
【００３２】
ｐ偏光光を反射させ、ｓ偏光光を透過させるように反射型偏光フィルム６８を回転することはまた、ＰＢＳ６６の消光比を低下させるが、消光比は所望の偏光状態において透過光の光の強度と直交偏光状態における透過光の光の強度との比率として定義される。一般に、プロジェクションシステムでは、高いコントラストに対して高い消光比が要求される。図５Ｂに示されるように、ｐ偏光反射型偏光フィルム（例えば、反射型偏光フィルム６８）の消光比は、反射型偏光フィルムに対する入射光線（例えば、光ビーム２２Ｇ）の入射角の増加とともに減少する。したがって、反射型偏光フィルム６８は、イメージング構成要素１６Ｒおよび１６Ｂそれぞれの反射型偏光フィルム４６および５８よりも低い消光比を有する。
【００３３】
しかしながら、入射光ビーム（例えば、光ビーム２２Ｒ、２２Ｂ、および２２Ｇ）の入射角は比較的に小さい（例えば、約２５°以下）ので、消光比は依然としてサーマルマネジメントの目的のためには十分に高い。好適な消光比の例としては、一実施形態では約３．０未満のｆ／＃において、および別の実施形態では約２．５未満のｆ／＃において、光ビームが調整された状態で、少なくとも約５：１が挙げられ、特に好適な消光比の例としては少なくとも約３０：１が挙げられ、およびさらに特に好適な消光比の例としては少なくとも約５０：１が挙げられる。反射型偏光フィルム６８が、主としてサーマルマネジメント偏光装置としての役目を果たすので、このレベルの消光比が許容できる。光ビーム２２Ｇ（ｉ）の高いコントラストは、出口偏光子７０を使用して引き続いて得られる場合もある。
【００３４】
図６Ａおよび６Ｂはまた、光コア１５の拡大平面概略図であり、図４に示されるものに対する代替実施形態である。図６Ａに示されるように、イメージング構成要素１６Ｇはまた、出口偏光子７０とカラーコンバイナー１８との間に位置する１／２波長板７１を含んでもよい。この実施形態では、反射型偏光フィルム６８は、イメージング構成要素１６Ｒおよび１６Ｂの反射型偏光フィルム４６および５８（すなわち、この実施形態では、反射型偏光フィルム６８は、反射型偏光フィルム４６および５８に対して９０°回転しない）と同一方向に方向付けられる。このため、反射型偏光フィルム６８は、ｓ偏光光を反射型偏光フィルム６８に対して反射し、ｐ偏光光を反射型偏光フィルム６８に対して透過する。
【００３５】
光ビーム２２Ｒおよび２２Ｂと同様なやり方で、光ビーム２２Ｇ（ｎ）は第一の偏光状態でＰＢＳ６６へ入射し、光ビーム２２Ｇ（ｉ）は第二の偏光状態でＰＢＳ６６へ入射する。このようにして、光ビーム２２Ｇ（ｎ）は反射型偏光フィルム６８から実質的に反射し、光ビーム２２Ｇ（ｉ）は反射型偏光フィルム６８を透過する。光ビーム２２Ｇ（ｉ）は、次いで第二の偏光状態においてＰＢＳ６６から外れ、出口偏光子を通って透過する。しかしながら、図６Ａに示されるように、光ビーム２２Ｇ（ｉ）が実質的に第一の偏光状態において１／２波長板７１を出射するように、１／２波長板７１は光ビーム２２Ｇ（ｉ）の偏光状態を変調させる。これによって光ビーム２２Ｇ（ｉ）が、図４で前述したように、カラーコンバイナー１８のダイクロイックミラー４８および５０を基準としてｐ偏光されることが可能になる。
【００３６】
図６Ｂに示されるように、１／２波長板７１は、あるいはＰＢＳ６６と出口偏光子７０との間に配置されてもよい。この実施形態では、光ビーム２２Ｇ（ｉ）は、出口偏光子７０に接触する前に、第二の偏光状態から実質的に第一の偏光状態へ変調されてもよい。それ故に、出口偏光子７０は第一の偏光状態で光を透過するように設計される。
【００３７】
図６Ａおよび６Ｂに示される実施形態は、光ビーム２２Ｇ（ｉ）が（図４において前述したように、ｓ偏光光としてではなくむしろ）反射型偏光フィルム６８に対してｐ偏光光として反射型偏光フィルム６８を透過するので有益であり、一方またダイクロイックミラー４８および５０を基準としてｐ偏光光としてカラーコンバイナー１８を透過する。その結果、図６Ａおよび６Ｂに示される実施形態は、光ビーム２２Ｇ（ｉ）の高い透過率をもたらす。
【００３８】
本発明の代替実施形態では、「ＳＳＳ」型Ｘキューブを利用することができるであろう。この実施形態では、カラーコンバイナーは赤色波長光および青色波長光、並びに透過する緑色波長光をそれぞれ反射する一対のクロスダイクロイックフィルムを含む。カラーコンバイナーは、ｐ偏光光よりも強く赤色および青色チャネルにおいてｓ偏光光を反射する。カラーコンバイナーはまた、緑色チャネルにおいてｓ偏光光の透過率を最大にするように構成される。典型的には、「ＳＳＳ」型Ｘキューブが現在のＳＰＳ型Ｘキューブよりも効率が低く、よりコストが高い。
【００３９】
図７は、カラーコンバイナー１８に使用中のＰＢＳ３８、５６、および６６の平面透視図である（光コア１５の残りの部分は、説明を容易にするために省かれている）。図示されるとおり、光ビーム２２Ｒ、２２Ｂ、および２２Ｇはそれぞれ、画像部分および非画像部分の両方を伴ってＰＢＳ３８、５６、および６６に進入する。ＰＢＳ３８および５６が、第一の偏光状態にある光を反射し、ＰＢＳ６６が第二の偏光状態にある光を反射するので、光ビーム２２Ｇ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｒ（ｎ）が光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ）によって画定される平面の上で同一方向にそれらの各ＰＢＳから反射される。
【００４０】
「光ビームの画像部分によって画定される平面の上で同一方向に」などという用語は、本明細書では（図７における入射光ビーム２２Ｒ、２２Ｂ、および２２Ｇと同一平面内に延びる）光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ）のベクトルによって一般に画定される平面の上に誘導される構成要素を有する光路をいう。例えば、図７に示されるように、光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）はそれぞれ、光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ）の上でＰＢＳ３８、５６、および６６を出射する。あるいは、光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）は、光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ）の下でＰＢＳ３８、５６、および６６を出射する。これらの例は、ＰＢＳ３８、５６、および６６の１つ以上がその光学軸の周りに９０°回転する向きとは異なっていて、少なくとも１本の非画像光ビームをＰＢＳの平面内で出射させる。この比較状況において、反射される非画像光ビームは所与のＰＢＳを横方向に出射するであろうが、他の光路を干渉する場合もあり、これは所与の非画像光ビームが残りの非画像光ビームを有する平面の上に誘導されるのを防止する。
【００４１】
光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）の実際のベクトル方向は、所与の光ビームがそれらの各ＰＢＳ（前述した）から反射する角度に基づいてばらつくこともある。それにもかかわらず、単一の熱除去構成要素（例えば、図７に点線で示される光吸収装置７２）は、入射光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）を吸収するように位置決めされてもよい。前述のとおり、これは光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）によって発生された熱を、熱感受性（例えば、イメージング構成要素１６Ｒ、１６Ｂ、および１６Ｇ内のポリマー偏光子フィルム）である場所から、単一の熱除去構成要素で熱発生が管理されてもよい離隔場所まで移動させる。
【００４２】
光吸収装置７２は、任意の型のヒートシンク、および／または吸収型偏光子によって耐えられるよりもかなり高い温度に耐えることができる光吸収器であってよい。典型的な吸収型偏光子の寿命は、その温度を許容限度以下に維持することに大きく依存するのに対して、プロジェクションシステム１０の光路の外に位置される光吸収器（例えば、光吸収装置７２）が一層より高い温度に耐えることができる材料から構成されてもよく、またこれらの材料は画像ビーム内の構成要素が必要とするような高い光学品質を必要としない。これはプロジェクションシステム１０にとって効率的な熱移動特性に結び付いているが、それに対応してより少ない空気流を必要とし、したがって、所望のエネルギー移動速度を達成するのにより小型またはより少ないファンを必要とする。光ビーム２２Ｒ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｇ（ｎ）の各々を吸収するように光吸収装置７２を設置することは、吸収型偏光子に必要な空気流と対比してより少ない空気流の使用を可能とする。より少ない空気流は、より少ないファンの台数、小さいファンのサイズ、より少ないファンノイズ、所要電源の低減、プロジェクションシステム全体のより小さいサイズおよび重量、エアフィルターのより少ない交換頻度、並びにこれらの組み合わせなど、多数の利点をもたらす。
【００４３】
図８はＰＢＳ１００の側面概略図であるが、光ビーム２２Ｘの画像部分と非画像部分とを分離するためにＰＢＳ３８、５６、および６６の各々に好適なＰＢＳの例であり、光ビーム２２Ｘは光ビーム２２Ｒ、２２Ｂ、および２２Ｇのいずれかを代表している。光ビーム２２Ｘの画像部分は、「光ビーム２２Ｘ（ｉ）」と呼ばれ、光ビーム２２Ｘの非画像部分は、「光ビーム２２Ｘ（ｎ）」と呼ばれる。
【００４４】
図示されるとおり、ＰＢＳ１００は、入力プリズム１０２と、出力プリズム１０４と、反射型偏光フィルム１０５とを含む。入力プリズム１０２および出力プリズム１０４は、反射型偏光フィルム１０５の対向側面上に互いに隣接して配設される低複屈折プリズムである。入力プリズム１０２および出力プリズム１０４に好適な材料は、入力プリズム４２および出力プリズム４４について前述したものと同一である。入力プリズム１０２は、入口面１０６と、上面１０８と、入射面１１０とを含み、入射面１１０は入口面１０６に対して方位角αにおいて方向付けられる。反射型偏光フィルム１０５は入射面１１０の逆に配設されるので、反射型偏光フィルム１０５はまた入口面１０６に対して角度αにて方向付けられる。
【００４５】
光ビーム２２Ｘは、直交軸１１２に対して入射角βにて入口面１０６を通って前進し、入力プリズム１０２の屈折率およびその隣接する媒体（典型的には空気）に従って屈折する。反射型偏光フィルム１０５は、次いで光ビーム２２Ｘ（ｉ）を出力プリズム１０４を通して透過させ、光ビーム２２Ｘ（ｎ）を反射させて入力プリズム１０２に戻すことによって光ビーム２２Ｘを分離する。光ビーム２２Ｘ（ｎ）は、直交軸１１４に対して入射角θにて入口面１０６へ向けて反射されて戻される。この入射角βは、入力プリズム１０２の入射角β、方位角α、および屈折率によって決定される。入射角βが、ｓｉｎ−１（１／ｎ）（「ｎ」は入力プリズム１０２の材料の屈折率である）未満または等しい場合には、光ビーム２２Ｘ（ｎ）は入口面１０６によって全内部反射される。それ故、方位角αが式１
【００４６】
【数１】
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を満足させる場合、光ビーム２２Ｘ（ｎ）は、入口面１０６によって全反射される。入力プリズム１０２に好適な屈折率の例は、約１．４〜約１．６の範囲である。したがって、方位角αが式１を満足させるように反射型偏光フィルム１０５を方向付けることが、光ビーム２２Ｘ（ｎ）が入口面１０６を通って透過するのを効率的に防止することになる。これは反射される光ビーム２２Ｇ（ｎ）、２２Ｂ（ｎ）、および２２Ｒ（ｎ）の実質すべてが光ビーム２２Ｇ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｒ（ｉ）によって画定される平面の上または下で全体として同一方向に誘導されることを可能にする。
【００４７】
これに加えて、図４において前述したとおり、ｐ偏光光を反射するように９０°回転される反射型偏光フィルムについては、入射光ビーム２２Ｘは望ましいことに直交軸１１６に対して小さい入射角“γ”（例えば、約２５°以下）を示すが、入射角γはまた、入力プリズム１０２の入射角β、方位角α、および屈折率に基づいている。それ故に、（反射型偏光フィルム６８の場合のように）反射型偏光フィルム１０５が９０°ずつ回転される状況については、反射型偏光フィルム１０５の方位角αは以下のように選定されてよい：（１）光ビーム２２Ｘ（ｎ）が全内部反射を受ける、（２）ｓ偏光光の透過率がｐ偏光光の透過率より僅かだけより低くなるのに十分に入射角γが小さい、および（３）ｐ偏光光を反射する反射型偏光フィルムの消光比が、依然として適切である（少なくとも約７０：１）。これは光ビーム２２Ｘ（ｉ）が良好な透過強度でＰＢＳ１００を通って透過するのを可能にする一方、また光ビーム２２（ｎ）が光ビームの画像部分によって画定される平面の上のある方向に全内部反射されることを可能にする。
【００４８】
図２〜４に戻って参照すると、偏光フィルム４６、５８、および６８のうち１つ以上に好適な偏光フィルムの例としては、多層ポリマー、整合ｚ屈折率偏光子（ＭＺＩＰ）フィルムが挙げられるが、複屈折材料のｚ屈折率は、複屈折材料のｙ屈折率と実質同一である。整合ｚ屈折率を有する好適な偏光フィルムの例は、ジョンザ（Jonza）らによる、米国特許第５，８８２，７７４号および第５，９６２，１１４号；ブルゾンヌ（Bruzzone）らによる、米国特許第６，４８６，９９７号；ウェバー（Weber）らによる、米国特許第６，６０９，７９５号；ジャクソン（Jackson）らによる、米国特許第６，９１６，４４０号および第６，９３６，２０９号；メリル（Merill）らによる、米国特許第６，９３９，４９９号および第６，９４９，２１２号；並びに２００１年５月３１日に出願された、共通に譲渡された米国特許出願第６０／２９４，９４０号に記載されている。
【００４９】
一実施形態では、偏光フィルムは異なる材料の交互層を含めてよく、それらのうち少なくとも１層は複屈折および配向されている。ガラスプリズムにおいてうまく機能するフィルムはまた、層毎に、特にフィルムの表面に対して法線方向に、異方性屈折率の適切な値を提供する追加の機構を含んでもよい。具体的には、交互層のフィルムの厚さ方向の屈折率は理想的に整合される。これは整合されつつある偏光子のｙ方向（通過方向）の屈折率に加えてのものである。偏光フィルムが、全入射角についてその通過軸に沿って高い透過率を有するためには、交互層のｙおよびｚ（フィルムに対して垂直な）屈折率の両方が整合されてよい。ｙおよびｚ屈折率の両方について整合を達成することは、フィルムの層にセットされるｙ屈折率のみが整合されるときに使用されるものとは異なる材料を利用してよい。
【００５０】
すべての層のｙおよびｚ屈折率の両方を整合させるための一方法は、真の一軸延伸を与えることであり、ｙおよびｚ方向の両方でフィルムを緩和（すなわち、収縮）させると同時にｘ方向には延伸させる。そのような方法によれば、ｙおよびｚ屈折率は、所与の層で同一になる。したがって、第一の材料のｙ屈折率に整合する第二の材料を選択する場合、第二の材料層も同一の延伸条件に付されるので、ｚ屈折率もまた整合されるはずである。
【００５１】
一般的には、２種の材料のｙ屈折率間の不整合は、遮断状態で高反射率を維持しつつ、通過状態では高透過率になるように小さくなければならない。ｙ屈折率不整合の許容される大きさは、ｘ屈折率不整合を基準にして記述できる。その理由は、後者の値によって、所望の偏光度を達成すべく偏光子薄膜フィルムスタックで使用される層の数が示されるからである。薄膜フィルムスタックの全反射率は、屈折率不整合Δｎおよびスタック中の層の数Ｎに相互に関連付けられる（すなわち、積（Δｎ）２ｘＮは、スタックの反射率に関連する）。例えば、反射率は同一であるが層の数は半分であるフィルムを提供するには、層間の屈折率差を√２倍にすることなどが必要となる。比Δｎy／Δｎxの絶対値は、所望に応じて制御される適切なパラメータであり、本明細書に記載されているような光学的反復ユニット（optical repeat unit）中の第一および第二の材料に対して、Δｎｙ＝ｎｙ１ｎｙ２およびΔｎｘ＝ｎｘ１ｎｘ２である。Δｎｙ／Δｎｘの比の絶対値は、０．１以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５以下、さらにより好ましくは０．０２以下であり、場合によっては、この比は０．０１以下でありうる。好ましくは、比Δｎｙ／Δｎｘは、対象となる全波長領域にわたり（例えば、可視スペクトルにわたり）所望の限度未満に維持される。典型的には、Δｎｘは、少なくとも０．１の値を有し、０．１４以上になりうる。
【００５２】
多くの実用的用途において、入射光がフィルム層となす角度に依存して、これらの層間の小さいｚ屈折率不整合が許容されうる。しかしながら、フィルムをガラスプリズム間に積層する（すなわち、高屈折率媒質中に浸漬する）場合、光線は、フィルム平面に対する法線の方向に曲がることはない。この場合、光線は、空気からの入射と比較してかなり大きいｚ屈折率不整合を感知し、また、ｙ偏光光の光線は、ｚ不整合フィルムに部分的にまたは一層強く反射されるであろう。フィルム内でフィルム法線とより大きな角度をなす光線に対しては、より緊密な整合ｚ屈折率が好ましいであろう。しかしながら、フィルムがより低い屈折率（例えば、ｎ＝１．６０）を有するガラスプリズム間に積層される場合、光線は、フィルム平面に対する法線の方向により多く曲げられる。したがって、光線は、ｚ屈折率不整合をより少ない程度に感知するであろう。同一のｚ屈折率不整合では、ｐ偏光光の反射は、高屈折率のプリズムを使用したときよりも低屈折率プリズムを使用したときのほうが一般に少ないであろう。したがって、ｐ偏光光の透過率は、同一のフィルムでは高屈折率プリズムを使用したときよりも低屈折率プリズムを使用したときのほうがより高いであろう。
【００５３】
ｚ屈折率不整合の許容される大きさは、ｙ屈折率不整合のときと同様に、ｘ屈折率不整合を基準にして記述できる。Δｎｚ／Δｎｘの比の絶対値は、所望に応じて制御される適切なパラメータであり、本明細書に記載されているような光学的反復ユニット（optical repeat unit）中の第一および第二の材料に対して、Δｎｚ＝ｎｚ１ｎｚ２およびΔｎｘ＝ｎｘ１ｎｘ２である。空気中で使用することが意図されるＰＢＳフィルムでは、比Δｎｚ／Δｎｘの絶対値は、好ましくは０．２未満である。ガラスのような、より高い屈折率媒体中に浸漬されるフィルムでは、比Δｎｚ／Δｎｘの絶対値は、好ましくは０．１未満、より好ましくは０．０５未満であり、６３２．８ナノメートルの波長を有する入射光に対しては０．０３以下になりうる。好ましくは、比Δｎｚ／Δｎｘは、対象となる全波長領域にわたり（例えば、可視スペクトルにわたり）所望の限度未満に維持される。典型的には、Δｎｘは、少なくとも０．１の値を有し、６３２．８ナノメートルでは０．１４以上になりうる。
【００５４】
多層ポリマーＭＺＩＰフィルムは、プロジェクションシステム１０に使用するのに特に有益である。その理由は、図４において反射型偏光フィルム６８に関して前述したとおり、それらが９０°回転においてｓ偏光光を透過しｐ偏光光を反射するように方向付けられてよいからである。これは緑色波長光ビームのよい透過（例えば、光ビーム２２Ｇ（ｉ））を可能にする一方、また非画像光ビーム（例えば、光ビーム２２Ｇ（ｎ））が光ビーム（例えば、光ビーム２２Ｒ（ｉ）、２２Ｂ（ｉ）、および２２Ｇ（ｉ））の画像部分によって画定される平面の上または下で同一方向に反射されることを可能にする。これは非画像光ビームがプロジェクションシステム１０の光路から離隔される場所において熱除去構成要素で調整されることを可能にする。
【００５５】
図９は光コア２１５の分解概略図であり、図１〜４において前述した光コア１５に対する代替光コアであるが、それぞれの構成要素の参照ラベルは「２００」ずつ増やしてある。それぞれの入口偏光子および出口偏光子は、考察を容易にするために図９から省かれている。光コア２１５の構成要素は光コア１５に関して前述したものと同一方法で機能する。ただし、ＰＢＳ２３８、２５６、および２６６がそれぞれの光ビーム（すなわち、光ビーム２２２Ｒ（ｎ）、２２２Ｂ（ｎ）および２２２Ｇ（ｎ））の非画像部分を透過し、それぞれの光ビーム（すなわち、光ビーム２２２Ｒ（ｉ）、２２２Ｂ（ｉ）、および２２２Ｇ（ｉ））の画像部分を反射することを除く。
【００５６】
図示されるとおり、イメージング構成要素２１６ＲのＰＢＳ２３８およびイメージング構成要素２１６ＢのＰＢＳ２５６は、それぞれカラーコンバイナー２１８とともにｙ軸に沿って延びるが、ｙ軸は図９において法線方向として示される。イメージャー２３６および２５４はそれぞれ、ＰＢＳ２３８および２５６とともにｘ軸に沿って延びるが、ｘ軸は図９では水平方向として示される。イメージング構成要素２１６ＧのＰＢＳ２６６は、カラーコンバイナー２１８とともにｚ軸に沿って延びるが、ｚ軸はｘ軸およびｙ軸に直交する。イメージャー２６４は、ＰＢＳ２６６とともにｘ軸に沿って対応して延びる。さらに示されるように、光ビーム２２２Ｒ（ｉ）、２２２Ｂ（ｉ）、および２２２Ｇ（ｉ）はｙ軸およびｚ軸に沿って取られる平面を画定するベクトル成分を有する。
【００５７】
この実施形態では、光ビーム２２２Ｒ（ｉ）および２２２Ｂ（ｉ）（ＰＢＳ２３８および２５６からの反射後）は第一の偏光状態にあり、２２２Ｇ（ｉ）はＰＢＳ２６６からの反射後、第二の偏光状態にある。図９に示される実施形態を基準として「第一の偏光状態」および「第二の偏光状態」という用語の使用は、絶対的な状態というよりむしろ相対的な偏光状態を指定し、図１〜７において前述した実施形態に使用される「第一の偏光状態」および「第二の偏光状態」と必ずしも同一ではないことに注目すべきである。実際のところ、図９に示される配置は、光学系１５に関して前述したものと対向配置であり、光ビーム２２２Ｒ（ｉ）、２２２Ｂ（ｉ）、および２２２Ｇ（ｉ）がそれぞれ反射型偏光フィルム２４６、２５８、および２６８から反射することを可能にする。
【００５８】
カラーコンバイナー２１８に対するイメージング構成要素２１６Ｒ、２１６Ｂ、および２１６Ｇの方位に起因して、（イメージング構成要素２１６Ｒおよび２１６Ｂの）反射型偏光フィルム２４６および２５８は、イメージング構成要素２１６Ｇの反射型偏光フィルム２６８に対して９０°回転して方向付けられてもよい。その結果、反射型偏光フィルム２４６および２５８はそれぞれ反射型偏光フィルムに対してｐ偏光される光を反射し、反射型偏光フィルムに対してｓ偏光される光を透過する。その結果、光ビーム２２２Ｒ（ｉ）および２２２Ｂ（ｉ）は、図２および３で前述したとおり、ダイクロイックミラー２４８および２５０に対してｓ偏光される。相対的に、光ビーム２２２Ｇ（ｉ）はダイクロイックミラー２４８および２５０に対してｐ偏光されるが、図４で前述したとおり、緑色波長光の高い透過率をもたらす。
【００５９】
図９にさらに示されるように、反射型偏光フィルム２４６、２５８、および２６８は、ＰＢＳ２３８、２５６、および２６６内で４５°の角度に方向付けられるが、ビーム２２２Ｒ（ｉ）、２２２Ｂ（ｉ）、および２２２Ｇ（ｉ）を全内部反射無しで、反射型偏光フィルム２４６、２５８、および２６８から反射させる。これに加えて、光コア２１５を組み込んでいるプロジェクションシステムは、一般に図９に示される三次元方位を得るために光ビーム２２２Ｇに追加のフォールドリフレクタを必要とする。
【００６０】
光ビーム２２２Ｒ（ｎ）、２２２Ｂ（ｎ）、および２２２Ｇ（ｎ）は、光ビーム２２２Ｒ（ｉ）、２２２Ｂ（ｉ）、および２２２Ｇ（ｉ）によって画定される平面（すなわち、ｙ-ｚ平面）の上（または下）で同一方向にそれぞれＰＢＳ２３８、２５６、および２６６を透過する。これは図９に示される光路を越えて非画像光ビームを誘導するが、非画像光ビームが光路を干渉するのを防止する。加えて、光ビーム２２２Ｒ（ｎ）、２２２Ｂ（ｎ）、および２２２Ｇ（ｎ）は、前述したとおり、光エネルギーを吸収する単一の熱除去構成要素（図示せず）に向けて誘導されてよい。これは光ビーム２２２Ｒ（ｎ）、２２２Ｂ（ｎ）、および２２２Ｇ（ｎ）によって招かれる熱発生を熱感受性のある場所（例えば、イメージング構成要素２１６Ｒ、２１６Ｂ、および２１６Ｇ）から熱発生が単一な熱除去構成要素で管理されてよい離隔場所まで移動させる。
【００６１】
本発明について、好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形状および細部において変更をなし得ることが、当業者には理解されよう。
【００６２】
記載の図面は、本発明のいくつかの実施形態を表しているが、説明において述べるように、他の実施形態も企図される。いかなる場合も、本開示は本発明を限定するのではなく、代表して提示するものである。本発明の原理の範囲および趣旨に含まれる多数の他の修正形態および実施形態が、当業者によって考案されうることを理解されたい。図は尺度通りに描かれていないことがある。同じ参照番号が、同じ部品を示すようにいくつかの図を通して使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のプロジェクションシステムの平面概略図。
【図２】プロジェクションシステムのイメージング構成要素の拡大側面概略図であり、カラーコンバイナーとともに使用される赤色波長イメージング構成要素に焦点を当てている。
【図３】プロジェクションシステムのイメージング構成要素の拡大側面概略図であり、カラーコンバイナーとともに使用される青色波長イメージング構成要素に焦点を当てている。
【図４】プロジェクションシステムのイメージング構成要素の拡大側面概略図であり、カラーコンバイナーとともに使用される緑色波長イメージング構成要素に焦点を当てている。
【図５Ａ】ｐ偏光状態およびｓ偏光状態にある光について、カラーコンバイナーを通った光の透過率対光の波長を示すグラフ図。
【図５Ｂ】ＭＺＩＰ反射型偏光フィルムの消光比対反射型偏光フィルムに対する入射光ビームの入射角を示すグラフ図。
【図６Ａ】プロジェクションシステムのイメージング構成要素の拡大側面概略図であり、それぞれがカラーコンバイナーとともに使用される代替の緑色波長イメージング構成要素に焦点を当てている。
【図６Ｂ】プロジェクションシステムのイメージング構成要素の拡大側面概略図であり、それぞれがカラーコンバイナーとともに使用される代替の緑色波長イメージング構成要素に焦点を当てている。
【図７】カラーコンバイナーとともに使用されるイメージング構成要素の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）の平面透視図。
【図８】入射光ビームの画像部分と非画像部分とを分離する例示的な偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）の側面概略図。
【図９】本発明のプロジェクションシステムに使用される代替の光コアの分解概略図。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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