(57)【要約】１つの光源（例えばランプ（１０）及び光結合器（１６）からの非偏光光が極性変換用リレー（１３）により第１及び第２の部分（例えばＳ−偏光光及びＰ−偏光光）へと分離され、これらの部分のうちの１つの部分の偏光がもう１つの部分の偏光に変換される（例えば、Ｓ偏光光がＰ偏光光に変換される）照明偏光変換システムが提供されている。変換済み部分及び未変換部分は次に、偏光変換用画素パネル（１２）のような１つの物体を照明するために用いられる。偏光変換リレー（１３）は、好ましくは、このリレー（１３）の光射出端部に配置されたレンズユニット（Ｌ３）の後側焦点面内に実質的に硬開口絞りを置くことにより形成されたテレセントリック又はほぼテレセントリックの射出瞳を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から非偏光光を受光し、照明すべき物体に対し偏光光を伝送する偏光変換リレーであって、
（ａ）偏光に基づいて前記光源からの前記非偏光光を第１及び第２の部分へと分離するための偏光分離器、及び
（ｂ）これらの部分のうちの１つの偏光を変換するための偏光変換器、
を含み、
（ｉ）前記第１及び第２の部分が、異なる長さを有する光路に沿って前記リレーの中を通り、
（ｉｉ）前記リレーが、テレセントリック又はほぼテレセントリックである射出瞳を有することを特徴とする偏光変換リレー。
【請求項２】
（ａ）前記光源が射出瞳を有し、
（ｂ）前記リレーが、
（ｉ）前記光源と前記偏光分離器との間に少なくとも１つのレンズ要素を含むレンズユニット、及び
（ｉｉ）前記偏光分離器と前記照明すべき物体との間に配された硬開口絞りを含み、
（１）前記レンズユニット及び前記偏光分離器が、前記光源の射出瞳の２つの像を生成し、かつ
（２）前記硬開口絞りの位置が前記２つの像のうちの少なくとも１つと一致していないことを特徴とする請求項１記載の偏光変換リレー。
【請求項３】
前記硬開口絞りの位置が前記２つの像のいずれとも一致していないことを特徴とする請求項２記載の偏光変換リレー。
【請求項４】
前記硬開口絞りが２つの像の間にあることを特徴とする請求項３記載の偏光変換リレー。
【請求項５】
前記レンズユニットが２つのレンズ要素からなることを特徴とする請求項２記載の偏光変換リレー。
【請求項６】
前記リレーが、
（ａ）前記偏光分離器と前記照明すべき物体との間に配された硬開口絞り、及び
（ｂ）前記硬開口絞りと前記照明すべき物体との間に配され、主面を有するレンズユニット、
を含み、前記硬開口絞りと前記主面との間の間隔が、前記光源の方向の前記レンズユニットの焦点距離に実質的に等しいことを特徴とする請求項１記載の偏光変換リレー。
【請求項７】
（ａ）前記レンズユニットが光軸を有し、
（ｂ）前記第１及び第２の部分が、
Ｄ＝ｆ／（４＊ｆ／＃）
によって求められる距離Ｄだけ前記光軸から偏心しており、
式中、ｆは前記レンズユニットの焦点距離であり、ｆ／＃は前記硬開口絞りのｆナンバーであることを特徴とする請求項６記載の偏光変換リレー。
【請求項８】
前記レンズユニットが単一のレンズ要素からなることを特徴とする請求項６記載の偏光変換リレー。
【請求項９】
光源から非偏光光を受光し、照明すべき物体に対し偏光光を伝送する偏光変換リレーであって、
（ａ）前記光源から非偏光光を受光する第１のレンズユニット、
（ｂ）前記第１のレンズユニットから非偏光光を受光し、偏光に基づいて該光を２つの部分に分離する偏光分離器、
（ｃ）前記２つの部分のうちの１つを受光し、該部分の偏光を変換する偏光変換器、及び
（ｄ）前記偏光分離器及び前記偏光変換器から偏光光を受光し、照明すべき物体に対して該光を伝送する第２のレンズユニット、
を含み、
（ｉ）前記第１のレンズユニットが焦点距離ｆ１を有し、
（ｉｉ）前記第２のレンズユニットが焦点距離ｆ２を有し、かつ
（ｉｉｉ）１．５≦ｆ２／ｆ１≦２．５、
であることを特徴とする偏光変換リレー。
【請求項１０】
光源から非偏光光を受光し、照明すべき物体に対し偏光光を伝送する偏光変換リレーであって、
（ａ）前記光源から非偏光光を受光する第１のレンズユニット、
（ｂ）前記第１のレンズユニットから非偏光光を受光し、偏光に基づいて該光を２つの部分に分離する偏光分離器、
（ｃ）２つの部分のうちの１つを受光し、該部分の偏光を変換する偏光変換器、及び
（ｄ）前記偏光分離器及び前記偏光変換器から偏光光を受光し、照明すべき物体に対してその光を伝送する第２のレンズユニット、
を含み、
前記偏光分離器がワイヤーグリッド偏光子であることを特徴とする偏光変換リレー。
【請求項１１】
（ａ）非偏光光の光源、
（ｂ）非偏光光を前記光源から受光する偏光変換リレー、及び
（ｃ）光学倍率を有する介入要素が全く無い状態で、前記リレーから直接光を受光する少なくとも１つの偏光変換用画素パネル、
を含む光学系であって、
ＦＦＬ≧２Ｌ
であり、式中ＦＦＬは、前記少なくとも１つの偏光変換用画素パネルの方向の前記リレーの前側焦点距離であり、Ｌは該パネルの対角線長であることを特徴とする光学系。
【請求項１２】
（ａ）（ｉ）ランプ、及び
（ｉｉ）光結合器
を含む非偏光光の光源、
（ｂ）前記光源から非偏光光を受光し、
（ｉ）少なくとも１つのレンズ要素を含む第１のレンズユニット、及び
（ｉｉ）少なくとも１つのレンズ要素を含む第２のレンズユニット、
を含む偏光変換リレー、及び
（ｃ）前記リレーから光を受光する少なくとも１つの偏光変換用画素パネル、
を含む光学系であって、
（ｉ）前記少なくとも１つの偏光変換用画素パネルが長軸を有する矩形パネルであり、
（ｉｉ）前記結合器が、前記パネルの前記長軸に沿って低い発散を有する大きいフィールドを提供するテーパー結合器であり、
（ｉｉｉ）前記第１及び第２のレンズユニットの全てのレンズ要素がクラウンガラスを含むことを特徴とする光学系。
【請求項１３】
前記クラウンガラスがＢＫ７であることを特徴とする請求項１２記載の光学系。
【請求項１４】
（ａ）非偏光光の光源、
（ｂ）請求項１記載の偏光変換リレー、及び
（ｃ）前記照明すべき物体を構成する少なくとも１つの偏光変換用画素パネルを含むことを特徴とする光学系。
【請求項１５】
（ｉ）非偏光光の前記光源がランプ及び射出端部を有する光結合器を含み、
（ｉｉ）前記偏光変換リレーが、少なくとも１つの偏光変換用画素パネル上に前記結合器の射出端部の像を形成すること、
を特徴とする請求項１４記載の光学系。
【請求項１６】
（ｉ）前記偏光変換リレーが第１のレンズユニット及び第２のレンズユニットを含み、かつ
（ｉｉ）前記第１のレンズユニットが主面を有し、該主面と前記結合器の前記射出端部との間の間隔が、前記光源の方向の前記第１のレンズユニットの焦点距離に実質的に等しいことを特徴とする請求項１５記載の光学系。
【請求項１７】
（ｉ）前記偏光変換リレーが前記第１及び第２のレンズユニットの間に配された硬開口絞りを含み、
（ｉｉ）前記第２のレンズユニットが主面を有し、該主面と前記硬開口絞りとの間の間隔が、前記光源の方向の前記第２のレンズユニットの焦点距離に実質的に等しいことを特徴とする請求項１６記載の光学系。
【請求項１８】
前記偏光分離器がワイヤーグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１７記載の光学系。
【請求項１９】
（ｉ）前記少なくとも１つの偏光変換用画素パネルが長軸を有する矩形パネルであり、
（ｉｉ）前記結合器が、前記パネルの前記長軸に沿って低い発散を有する大きいフィールドを提供するテーパー結合器であり、かつ
（ｉｉｉ）前記第１及び第２のレンズユニットの全てのレンズ要素がクラウンガラスを含むことを特徴とする請求項１７記載の光学系。
【請求項２０】
前記クラウンガラスがＢＫ７であることを特徴とする請求項１９記載の光学系。
【請求項２１】
（ｉ）前記少なくとも１つの偏光変換用画素パネルが、光学倍率を有する介入要素が全く無い状態で、前記リレーから直接光を受光し、かつ
（ｉｉ）ＦＦＬ≧２Ｌ
であり、式中ＦＦＬは、前記少なくとも１つの偏光変換用画素パネルの方向の前記第２のレンズユニットの前側焦点距離であり、Ｌは前記パネルの対角線長であることを特徴とする請求項１７記載の光学系。
【請求項２２】
（ｉ）前記第１のレンズユニットが焦点距離ｆ１を有し、
（ｉｉ）前記第２のレンズユニットが焦点距離ｆ２を有し、かつ
（ｉｉｉ）１．５≦ｆ２／ｆ１≦２．５であることを特徴とする請求項１７記載の光学系。
【請求項２３】
前記第１のレンズユニットが２つのレンズ要素からなり、前記第２のレンズユニットが１つのレンズ要素からなることを特徴とする請求項１７記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換用画素パネルと共に使用するための照明システム、特に偏光変換を利用する照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において既知の通り、偏光変換用画素パネル（例えば、ＬＣｏＳ（シリコン上液晶）反射パネルといったような液晶技術を使用する透過性又は反射性画素パネル）を利用する投射システムは、偏光された入力光を必要とする。しかしながら、投射システムにおいて通常用いられる光源は、ランダム偏光光を生成する。この事実に対処するための１つのアプローチは、単一の偏光を有するような形に光源からの光をろ波することにある。しかしながら、かかるろ波は、光源の出力の５０％を無駄にする。
【０００３】
ランダム偏光の問題に対処するためのもう１つのアプローチは、異なる偏光特性を有する２つのビーム（例えばＰ−偏光ビーム及びＳ−偏光ビーム）へと、光源が生成した光を分離し、次に１本のビームの偏光を変換して、もう１本のビームの偏光と一致させる（例えばＳ−偏光ビームをＰ−偏光ビームへと変換する）ことにある。光源の出力をより多く使用することから、ろ波アプローチよりもこれが好まれる。本発明は、このような偏光変換、特に、投射スクリーン上に高品質の光学像を生成するため光学系全体の中に偏光変換をうまくかつ経済的に組込むことに関する。
【０００４】
特許文献中に開示されている偏光変換システムの例としては、その関連部分が参照により本明細書に含まれている特許文献１、特許文献２及び特許文献３のシステムが含まれる。
【特許文献１】
米国特許第４，９１３，５２９号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，８８４，９９１号明細書
【特許文献３】
米国特許第６，１３９，１５７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
図１は、本発明に従って構築された光学系の一般的構造を示す。この図に示されているように、該システムの全体的目的は、ランプ１０から光をとり込み、１以上の画素パネル１２（例えばそれぞれ赤、緑及び青色光のための３つのパネル）により光を変調し、次にスクリーン１４上に変調光を表示することにある。ランプと画素パネルの間は、光結合器（ホモジナイザー）１６があり、画素パネルとスクリーンの間には投射レンズ１８がある。光結合器は、図５に示されているテーパートンネルタイプのものであり得、ランプ１０とかかるトンネルの組合せの効率は、Ｓｉｍｏｎ  Ｍａｇａｒｉｌｌ「照明システムの一次特性（Ｆｉｒｓｔ  Ｏｒｄｅｒ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  ｏｆ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）」Ｎｏｖｅｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  Ｖ，  Ｊｏｓｅ  Ｍ．  Ｓａｓｉａｎ  ａｎｄ  Ｒ．  Ｊｏｈｎ  Ｋｏｓｈｅｌ編、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，第４７６８巻、ｐ５７〜６４，２００２年９月の中で論述されている手順に従って最適化可能である。
【０００６】
本発明の光学系の１つの重要な特徴は、システムのさまざまな構成要素の必要条件をなおも満たしながら、この系を通る光の透過を最大限にするという二重の最終目的を達成するための瞳の取扱いにある。特に、偏光変換用画素パネル（例えばＬＣｏＳパネル）は、一般に、テレセントリック又はほぼテレセントリックな瞳を有する投射レンズ及び照明システムと共に使用された場合により優れた性能を発揮する。本明細書で使用する「ほぼテレセントリック」というのは、画素パネルからの瞳までの距離が少なくとも１メートルであることを意味する。
【０００７】
本発明に従うと、この好ましい瞳の場所は、系が、偏光変換された光（例えば、Ｐ−偏光光に変換された元来のＳ−偏光光）及び偏光変換されていない光（例えばＰ−偏光光にとどまっている元来のＰ−偏光光）について異なる長さの光路を有する場合であっても達成される。本発明は、図１の偏光変換リレー１３の構築及び動作を通してこの結果を達成する。
【０００８】
図２に示されているように、リレー及び偏光変換システム１３には、（１）図２に示されているように、一緒に主面ＰＰ１を有する２つのレンズ要素Ｌ１及びＬ２を含む第１のレンズユニット、（２）図示されているようにグリッド偏光子（ＧＰ）である偏光分離器、（３）折返しミラー（ＦＭ）、（４）図示されているように２分の１波長板（ＨＷＰ）を含む偏光変換器、（５）硬開口絞り、及び（６）図示されている通り、単一のレンズ要素Ｌ３を含み主面ＰＰ２を有する第２のレンズユニットが含まれている。
【０００９】
第１及び第２のレンズユニットは、画素パネル１２上に光結合器１６の射出端部からの光の像を形成するという点で、一緒にリレーとして機能する。かくして、これらのユニットの結果として、光結合器の射出端部及び画素パネルの表面は光学的共役になっている。しかしながら、リレーシステムは、偏光変換を行なうことから、偏光変換された（ＰＣ）光及び偏光変換されていない（Ｎ−ＰＣ）光のための光路長は同じではない（例えば、図２に示されているように、ＰＣ光の光路長は、Ｎ−ＰＣ光の光路長よりも長い）。
【００１０】
光路長のこの差異を許容し、なお、光結合器の射出端部と画素パネルの間の共役関係を達成するために、第１のレンズユニットは、その後側焦点面が実質的に光結合器の射出端部にくるような形で配置される。このようにして、リレーシステムは、無限焦点系であり、かくしてＰＣ光及びＮ−ＰＣ光についての光路長の差異に対応することができる。別の見方をすると、第１のレンズユニットは、光結合器の射出端部の中間像を無限遠で生成し、かくして第２のレンズユニットが画素パネル上に中間像を形成するとき、異なる光路長によりひき起こされるぼけはことごとく取り除かれる。
【００１１】
リレーの偏光変換機能を見てみると、図２に示されているように、この機能は、偏光分離器、折返しミラー及び偏光変換器によって実行される。
【００１２】
折返しミラー及び偏光変換器は、標準的な構成のものである。適切な折返しミラーの制限的意味のない例としては、直角プリズム、ペンタプリズム及びドーヴプリズムがある。適切な偏光変換器の制限的意味のない例としては、２分の１波長板及びプリズム偏光回転器がある。
【００１３】
偏光分離器は、好ましくは、ＰＲＯＦＬＵＸという商標でユタ州ＯｒｅｍのＭＯＸＴＥＫ社が販売しているタイプのグリッド偏光子である。同様に使用可能であるものの好ましさにおいて劣るキューブタイプの偏光ビームスプリッタと比べて、グリッド偏光子は、次のものを含めた数多くの利点を有する。すなわち、全体的効率がより高い。入射角に対する敏感さが比較的低い。すなわち、グリッド偏光子は、たとえコリメートされていても発散光源には常に存在するスキューレイをよりうまく扱うことができる。両方のチャンネル上で偏光純度がより高くなり、かくして変換効率及び処理能力はより高くなりしかもコントラストは改善される。そしてコストが比較的低い。キューブタイプの偏光ビームスプリッタ及びグリッド偏光子に加えて、例えば、フォスタープリズム又は複屈折結晶を用いたその他の偏光スプリッタプリズムによっても、偏光分離機能は実施可能である。
【００１４】
図２に示されているように、偏光変換は、全体的に非対称の（偏心化した）光学系を結果としてもたらす。同様に、これは又、チャンネル１光（Ｎ−ＰＣ光）及びチャンネル２光（ＰＣ光）について異なる瞳の位置を結果としてもたらす。特に、ランプ／光結合器の組合せの射出瞳は、典型的には無限遠にあり、第１のレンズユニットは、その瞳の像を、ＰＰ１から距離ｆ１離れたその前側（画素パネル側）焦点面内に形成する。しかしながら、偏光分離器は、ランプ／光結合器の組合せからの光を２つの部分に分離し、これら２つの部分のための光路は異なっていることから、図２で破線により示されているように、異なる場所にある２つの瞳が結果としてもたらされる。
【００１５】
この問題に対処するため、本発明の偏光変換用リレーは次の２つのことを行なう。すなわちまず第１に、本発明の偏光変換用リレーはシステム内に硬開口絞りを導入する。第２に、本発明の偏光変換用リレーは、硬開口絞りが実質的に第２のレンズユニットの後側（光源側）焦点面の中にくるような形で、システムの第２のレンズユニットを配置する。この要領で、リレーシステムは、画素パネルから見たシステム全体のテレセントリック性を再度画定する。かくして、これは、２つの瞳の場所によってひき起こされるテレセントリック性のずれの問題を解決する。このようにすることによって、本発明の偏光変換用リレーは、適正な開口画定を投射レンズ及び画素パネルに提供することでシステムのコントラストを改善する。
【００１６】
図２に示されているように、第１及び第２のチャンネルは好ましくは、第２のレンズユニットの光軸から、等しい量つまり距離「Ｄ」だけ偏心されている。さらに、Ｄは、好ましくは、以下の関係式により、硬開口絞りのｆナンバー（ｆ／＃）と対応づけされる。
【００１７】
Ｄ＝ｆ２／（４＊ｆ／＃）
なお式中、ｆ２は第２のレンズユニットの焦点距離である。硬開口絞りのｆ／＃の典型的な値は、〜２．８である。
【００１８】
前述のように硬開口絞り（すなわちテレセントリック又はほぼテレセントリックな瞳）のテレセントリック像（又はほぼテレセントリックな像）を形成することに加えて、第２のレンズユニットは同様に、画素パネル１２の上に光結合器１６の射出端部の中間像を形成する。画素パネルと共に使用される光エンジンは、画素パネルのすぐ近くにさまざまな光学要素（例えばＰＢＳキューブ）を内含している。（例えば、図３及び４中の参照番号２０を参照のこと）。これは、照明光と画像光の両方がパネルの同じ側にある反射性画素パネルについて特に言えるが、透過性パネルにも同様に言えることである。
【００１９】
これらの要素のための適切なスペースを提供するため、第２のレンズユニットは、好ましくは弱いユニットである、すなわち第２のレンズユニットは、好ましくは、光結合器の射出端部の像が第２のレンズユニットから遠い距離のところにくるように、比較的長い焦点距離を有している。より厳密に言うと、第２のレンズユニット（ひいては偏光変換用リレー全体）は、第２のレンズユニットの光射出端部と画素パネルの表面の間に適切なスペースを提供するべく長い前側（すなわちパネルの方向の）焦点距離（ＦＦＬ）を有する必要がある。特に、システムの複雑性を増大しパネルに隣接する貴重なスペースを使うことから、米国特許第６，１３９，１５７号明細書において行なわれているような画素パネルの付近でのフィールドレンズの使用は避けることが重要である。
【００２０】
適切なｆ２及びＦＦＬ値の一例としては、ｆ２は、１０５．０ミリメートルであり、空気中のＦＦＬは表１の処方について１０１ミリメートルである。より一般的に言うと、投射システム内で用いられている画素パネルの対角線の長さ「Ｌ」を基準とすると、ｆ２は好ましくは２Ｌ以上であり、より好ましくは３Ｌ以上であり、最も好ましくは４Ｌ以上である。同様にして、ＦＦＬは、好ましくは２Ｌ以上、より好ましくは３Ｌ以上、最も好ましくは４Ｌ以上である。参考として、表１の画素パネルのためのＬは、２１．１５ミリメートルである。
【００２１】
ランプから画素パネルまでの光の移送を最大限にするため、ｆ２対ｆ１の比は好ましくは約２である。より一般的には、比率は以下の範囲内にあるべきである、
１．５≦ｆ２／ｆ１≦２．５
この焦点距離比は、キセノンランプについては近距離フィールド及び遠距離フィールドの切捨てを最小限にし、かくしてランプから画素パネルまでの光のスループットを最大限にするものであることがわかっている。その他のランプタイプについては、この範囲外の比率が適切でありうる。
【００２２】
図２に示されているように、第１のレンズは、２つのレンズ要素Ｌ１及びＬ２からなり、一方第２のレンズユニットは単一のレンズ要素Ｌ３からなる。これは、システムのコスト及び複雑性を最小限におさえることから、リレーにとって好ましい構成である。当然のことながら、本発明の実施においては、その他の形態も同様に使用でき、例えば、第１のレンズユニットのために単一のレンズ要素を使用することも可能である。
【００２３】
好ましくは、リレーのレンズ全てに、例えば図２の実施形態についてはレンズ要素Ｌ１、Ｌ２及びＬ３に、同じ材料が用いられる。特に、ＢＫ７といったような安価なクラウンガラスを使用することが好まれる。実際には、このタイプのガラスを使用した場合でさえ、システムは、矩形の画素パネルの長軸に沿って低い発散を伴う大きいフィールドを提供するテーパートンネル結合器と共に用いれば、赤、緑及び青色光の図心の一致によって測定すると、比較的低レベルの横方向色収差を呈する。特に、表１のシステムについては、赤、緑及び青色光の図心は、１８．４３ｍｍ×１０．３７ｍｍの画素パネルの縁部で数ミクロン以内まで一致していることがわかっている。この低い横方向色収差レベルは、赤、緑及び青色光のために３つの個別の画素パネルを用いるシステムにとって有利であるばかりでなく、同様に、カラー画像が逐次的に生成され別々のパネルではなく共通の画素パネルに適用されるスクローリングカラーシステムにおいて本発明の照明システムを使用することができる、ということをも意味している。
【００２４】
残留球面収差の最小化及び／又はさらに一層の色補正が望まれる場合、第２のレンズユニットは色補正ダブレットの形をしていてよく、あるいは、色補正を提供する回折面を内含していてもよい。例えばＬ３はその一方の側に回折を内含することができる。
【００２５】
本発明の付加的な特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記述されており、また、部分的にはこの説明から当業者には容易に明らかとなり、あるいは本明細書で記述されているように本発明を実施することにより認識されるものである。上述の一般的説明及び以下の詳細の説明の両方が、本発明の単なる例示にすぎず、本発明の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組を提供するべく意図されている、ということを理解すべきである。
【００２６】
明細書中に組込まれその一部を成す図面は、本発明の好ましい実施形態を例示しており、説明の部分と合わせて、本発明の原理を説明するのに役立つ。当然のことながら、図面及び説明の両方が説明にすぎず、本発明を制限するものではないということを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
上述した通り、本発明は、例えば１以上のＬＣｏＳ反射性パネルといったような１以上の偏光変換用画素パネルを利用する投射システム内で使用するための偏光変換用リレーを提供する。偏光変換用リレーは、偏光分離及び変換中に生成される２つの偏光ビームのための瞳の異なる場所の問題に対処するための硬開口絞りを内含している。
【００２８】
図２に示されているように、硬開口絞りは、２つの光路のうちの短かい方（図２中のチャンネル１）の瞳の場所と一致しかつ長い方の光路（図２中のチャンネル２）の瞳の場所と一致しないこともあり得る。特に、図２においては、硬開口絞りは、長い方の光路の瞳よりも画素パネル側にある。代替的かつ好適には、該硬開口絞りはいずれの瞳の場所とも一致せず、むしろそれらの間に配置されている。これは、表１のリレーについてあてはまることである。所望であれば、上述の２つの例以外の硬開口絞りのためのその他の場所を、本発明の実施において使用することも可能である。あらゆる場合において、硬開口絞りは、偏光変換システムによって生成された２つの瞳のうちの少なくとも１つと一致しないことになる。
【００２９】
開口絞りは、それが偏光変換用リレー内に意図的に内含されていることから、「硬」開口絞り（又は代替的には「硬」絞り開口）と呼ばれている。それは、当該技術分野で知られているあらゆる標準的方法によって形成可能であり、例えば、リレーのその他の光学成分のうちの１以上のための機械的マウントの一部分でもあり得、又は別の成分でもあり得る。
【００３０】
同じく上述の通り、偏光変換用リレーの第２のレンズユニットは、ユニットの後側（ランプ側）及び前側（パネル側）焦点面がそれぞれ硬開口絞り及び画素パネルの表面と実質的に一致するような形で、配置されている。かくして、第２のレンズユニットは、実質的に、硬開口絞りと画素パネルの間で光学的に等距離のところにある。平面のガラス要素（例えばＰＢＳキューブ）が第２のレンズユニットと画素パネルの間に存在する場合、第２のレンズユニットと画素パネルの間の（光学距離に対する）物理的距離は、第２のレンズユニットと硬開口絞りの間の物理的距離よりも大きくなる。特に、各々の平面ガラス要素について、物理的距離は、ｔを要素の厚み、ｎを屈折率としてｔ＊（ｎ−１）／ｎだけ増大することになる。
【００３１】
いかなる形であれそれを制限しようとするものではないが、本発明は、表１の具体例及び図３〜５によりさらに詳細に記述されている。図３及び４は、Ｆｏｃｕｓ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｉｎｃ．（アリゾナ州Ｔｕｃｓｏｎ）によって販売されているＺＥＭＡＸ光学設計プログラムを用いて表１の処方に基づき作製されたものである。表中に示されている全ての寸法は、ミリメートル単位である。クリア開口の値は円形開口については半径値そして矩形開口については全幅値である。
【００３２】
この例は、内部鏡面を有するテーパー結合器トンネルを使用する。特にトンネルは、５．７ミリメートル×６．０７ミリメートルの入力面と５．７ミリメートル×９．９ミリメートルの出力面を有する。テーパーがけは、画素パネルの長軸方向での照明の発散を低減させる。このことはそれ自体、画素パネルにおける横方向色収差を低減させ、リレーを、全て例えばＢＫ７といった安価なガラスで作られているたった３枚のレンズ要素で構成できるようにする。低い横方向色収差を有することに加えて、安価なＢＫ７ガラスを使用するリレーは、低い縦方向色収差も有している。
【００３３】
偏光変換を実施することにより、表１のリレーシステムは、照明ランプにより生成されるランダム偏光光のわずか１つの偏光のみを用いる照明システムに比べ光スループットのほぼ２５〜３５％の増大を達成する。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態及びその他の実施形態について本明細書で記述してきたが、当業者であれば本発明の範囲から逸脱することなく、さらなる実施形態を認識することができる。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の投射システムの基本的光学要素のブロック図である。
【図２】本発明の偏光変換リレーの一実施形態の概略図である。
【図３】トンネル光結合器の小さい開口（高発散）の平面を通って切取った本発明の投射システムの一実施形態の概略的断面図である。これは同様に、矩形画素パネルの小さい寸法の平面でもある。
【図４】トンネル光結合器のテーパー開口（低発散）平面を通って切り取った本発明の投射システムの一実施形態の概略的断面図である。これは同様に、矩形の画素パネルの大きい寸法の平面でもあり、内部で偏光が偏光変換システム（ＰＣＳ）により変換される平面である。
【図５】図３及び４のトンネル光結合器の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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