JP2009139944A - 補償カラーマネージメントシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトかつ安価でありつつ、高コントラストかつ良好な彩度を有する高質のイメージを作成するプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】第１のＰＢＳ１０２、第２のＰＢＳ１０８、及び、半波長リターダとして作用するＣＣＳＰＦ１１４を有するスキュー光線補正構造１００等を用いて、スキュー光線を補正することにより、反射パネルを用いるプロジェクションシステムにおいて、高質のイメージを実現する補償カラーマネージメントシステムおよび方法。
【選択図】図１１

Description

発明の詳細な説明

本願は、２００１年１１月３０日に出願された米国特許出願番号１０／０００，２２７号の一部継続出願であって、２００２年６月１８日に出願された米国仮出願番号６０／３８９,５６５号の一部継続出願である。これら２の出願の開示を出典明示して本明細書の一部とみなす。

［発明の分野］
本発明は、一般的にプロジェクションディスプレイおよび同様のシステムにおけるカラーマネージメントに関し、より詳細には、ビデオプロジェクションシステムのカラーマネージメントにおけるスキュー光線補正に関する。本発明は、プロジェクションディスプレイおよび同様のシステムにカラー選択的偏光フィルタおよび偏光ビーム分割エレメントを利用するプロジェクションシステム用のカラーマネージメント・アーキテクチャーにも関する。さらに、本発明は、一般的に、プロジェクションディスプレイおよび同様のシステムにおいてカラー選択的偏光フィルタおよび偏光ビーム分割エレメントを利用しているプロジェクションシステム用のカラーマネージメント・アーキテクチャーと組み合わせたプロジェクションディスプレイおよび同様のシステムにおけるカラーマネージメントに関する。

コンパクトかつ安価でありつつ高質のイメージを作成することがプロジェクションシステムに一般的には望ましい。ポリシリコン液晶パネルを用いた従来の透過型システムにおいては、高いコントラストは交差させたシート偏光子の間に各パネルを設置することによって達成されている。カラーマネージメントビームスプリッタ／コンバイナおよび他のオプティクスはこれらのユニットに対して外部に存在して、偏光が汚染されず、コントラストが劣化しないことが保証されている。

Liquid crystal on silicon（ＬＣＯＳ）ディスプレイのごとき反射パネルを用いるプロジェクションシステムにおいては、ビームの光路選択は通常偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて行われている。ＰＢＳは、典型的には使用されない第四のポートとともに、入力ポート、出力ポート、および反射パネルポートを含む４ポートデバイスである。例えば、薄膜キューブ型ＰＢＳの挙動は、直交偏光された光を実質的に透過しつつ、ｓ−偏光された光は反射する。

高輝度を達成するための超高圧水銀（ＵＨＰ）ランプの効率的な使用には、一般的に、プロジェクションシステムがｆ２.８以下で作動することが要求される。高輝度を達成するためにf−数を低下させることは、コントラスト比の減少を伴う場合がある。実際、ＰＢＳを中程度のf−数システムにおいて用いても、入力光と変調光とを正確に分離することが困難になる。かかるシステムにおけるスキュー光線の制御は、従来は、コントラスト比の維持との関係において分析されている。パネルとＰＢＳとの間の単純な１／４波長リターダは、ＰＢＳの構造回転に起因するコントラスト損失を管理するための周知の補償スキームである。

コンパクトなＬＣＯＳベースのプロジェクションシステムは、ＰＢＳのビーム分離機能と偏光ベースのカラーマネージメントとを組み合わせることによって実現し得る。米国特許第５,７５１,３８４号に記載されているリターダスタック（retarder stack）は、偏光によって色をコーディングすることができ、それによってニュートラルＰＢＳの役割をカラースプリッタおよびコンバイナとして機能するよう拡大する。しかしながら、かかるカラーマネージメントシステムは、パネルポートと同様にスキュー光線によって影響を受けやすい。低f−数システムにおいて高い色品質およびコントラストを維持するためには、偏光コーディングにはスキュー光線補正が組み込まれる。

カラーマネージメント・アーキテクチャーは、低コストで、高コントラスト、高スループットおよび良好な彩度を達成することを試みている。しかしながら、コントラスト、スループット、及び彩度のうちの１つを増加すると、他の特性のうちの１つはトレードオフされてしまう。このトレードオフを回避または最小限に止めるには、アーキテクチャーのコストを増加させる、さらなるまたはより高価なコンポーネントが必要になる。したがって、低コストでこれらおよび他のトレードオフを回避するカラーマネージメント・アーキテクチャーに対する強い要望が当該技術分野に存在している。

［発明の概要］
本発明の１の態様は、少なくとも３のリターダが実質的にリターデーションを導入することなく第１のスペクトルの光に光学的回転を生じる少なくとも３のリターダを含む光学フィルタを提供する。

本発明の１の態様は、少なくとも３のリターダが第１のスペクトルの光に対して１／２波長板として作用し、少なくとも３のリターダが第２のスペクトルの光に対してπ／４外れた光軸で１／２波長板として作用する少なくとも３のリターダを含む光学フィルタを提供する。

本発明の１の態様は、方法の工程がリターデーションを導入することなく第１のスペクトルの光を光学的に回転させることを含む光学フィルタリング方法を提供する。

本発明の１の態様は、方法の工程が第１のスペクトルの光を遅延させ、ついで第２のスペクトルの光を遅延させることを含む光学フィルタリング方法を提供する。第１のスペクトルの遅延する光によって１／２波長の遅延が提供され、第２のスペクトルの遅延する光によってπ／４外れた光軸を有する１／２波長板の遅延等価物が提供される。

本発明の１の態様は、１／２波長板および互いに直交方向に配向した一対のビームスプリッタを含む光学配置を提供する。一対のビームスプリッタは１／２波長板をサンドイッチしている。

本発明の１の態様は、第１の光線をスプリットして第２の光線を形成し、１／２波長の遅延で第２の光線を遅延させて第３の光線を形成させ、ついで第３の光線を分割する工程を含む光をフィルタリングする方法を提供する。

本発明の１の態様は、平面偏光子、ビームスプリッタ、および該平面偏光子とビームスプリッタとの間の面外リターダを含む光学配置を提供する。

本発明の１の態様は、入射光線を偏光させて偏光光線を形成し、面外リターダで偏光光線を遅延させて遅延光線を形成し、ついで遅延した光線をスプリットする工程を含む光をフィルタリングする方法を提供する。

本発明の１の態様は、実質的に入力偏光角とは独立しており、スペクトルの一部分の偏波状態（ＳＯＰ）に何ら影響を有さない一方、スペクトルの他の一部分は直交ＳＯＰに変換される補償カラー選択的偏光フィルタ（ＣＣＳＰＦ）を提供する。

軸の周りのスペクトルの一部分のＳＯＰを反射しつつ、スペクトルの他の部分を前記軸に対して±π／４だけはずして軸の周りに反射するＣＣＳＰＦを提供する。

本発明のもう１つの態様は、面外短軸コンペンセータを含むＣＣＳＰＦを提供する。

本発明のもう１つの態様は、第１のビームスプリッタ、第２のビームスプリッタおよびＣＣＳＰＦを含むスキュー光線補償構造を提供する。ＣＣＳＰＦは、第１のビームスプリッタを透過したスキュー光線のＳＯＰが第２のビームスプリッタのスキュー光線偏光特性を補償するように前処理されるように、第１および第２のビームスプリッタの間に存在する。

本発明のもう１つの態様は、ＣＣＳＰＦを結合する一対のビームスプリッタを含む少なくとも１つの構造を含むプロジェクションシステムを提供する。

本発明のもう１つの態様は、光の１のスペクトルを直交ＳＯＰに変換し、光の他のスペクトルのＳＯＰは変化しない第１のＣＳＰＦに近接するプレ偏光子、光の他のスペクトルから光の１のスペクトルを分離する第１のＣＳＰＦに近接する光を選択的に反射する第１のディスプレイパネル、光の他のスペクトルの第１の部分のＳＯＰを軸の回りに反射し、光のもう１つのスペクトルの第２の部分をもう１つの軸の回りに反射する第１のＰＢＳおよび第３のＰＢＳの間の第１のＣＣＳＰＦ、第１のＣＣＳＰＦに対峙する第３のＰＢＳの面に近接する光を選択的に反射する第２のパネル、第３のＰＢＳのもう１つの面に近接する光を選択的に反射する第３のパネル、第３のパネルに対峙する面に近接する第２のＣＣＳＰＦ、ここに第２のＣＣＳＰＦは光のもう１つのスペクトルの第１の部分のＳＯＰを軸の回りに反射し、光のもう１つのスペクトルの第２の部分のＳＯＰをもう１つの軸の回りに反射し、第２のＰＢＳおよび第４のＰＢＳの間の第１の半波長板、光の１のスペクトルのＳＯＰを直交状態に変換し、かつ、第４の偏光ビームスプリッタに近接する光のもう１つのスペクトルには影響しない第２のＣＳＰＦ、および第２のＣＳＰＦに近接する偏光子を含むプロジェクションシステムを提供する。

本発明の態様は、第１のスペクトルの光を変調する第１の反射パネル、第２のスペクトルの光を変調する第２の反射パネル、第３のスペクトルの光を変調する第３の反射パネル、および少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントを含むカラーマネージメント・アーキテクチャーを提供する。第１および第２のスペクトルの光は第３のスペクトルよりも少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントをより多く透過する。スループットが存在せず、偏光ビーム分割エレメントを通る伝達または反射と関連する損失が排除された場合に、第３のスペクトルの光の光源強度またはスループット効率は第１または第２のスペクトルの光の光源強度またはスループット効率よりも低い。本発明のさらなる態様は、さらに、出力検光子が存在しないことを含む。

本発明のもう１つの態様は、第１の反射パネルで光の第１のスペクトルを変調し；第２の反射パネルで光の第２のスペクトルを変調し；ついで、第３の反射パネルで光の第３のスペクトルを変調することを含むカラーマネージメントシステムを提供する方法を提供する。第１および第２のスペクトルの光は第３のスペクトルの光よりも少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントをより透過される。スループットが存在せず、偏光ビーム分割エレメントを介する透過または反射と関連する損失が排除された場合、第３のスペクトルの光のスループット効率は、第１または第２のスペクトルの光のスループット効率よりも低い。

本発明のもう１つの態様は、光の第１のスペクトルを変調する第１の反射パネルおよび第１の偏光ビーム分割エレメントに近接する、光の第２のスペクトルを変調する第２の反射パネル、第２の偏光ビーム分割エレメントに近接する、光の第３のスペクトルを変調する第３の反射パネル、着色偏光ビーム分割エレメントを含むカラーマネージメント・アーキテクチャーを提供する。第１および第２の偏光ビーム分割エレメントは第１の偏光の光を反射し、第１の偏光に直交する光を透過する。この具体例のさらなる態様は、着色偏光ビーム分割エレメント１４０２の間に偏光回転エレメントが存在しないことを含む。第１の偏光びー無分割エレメント、偏光ビーム分割エレメントおよび着色偏光ビーム分割エレメントは互いに直交して方向付けられた反射表面を有する。

本発明のもう１つの態様は、入力偏光ビームスプリッタ、第１のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ、入力偏光ビームスプリッタからの第１のスペクトル、第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第１のスペクトルを含む光を受ける第１の偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第２の偏光ビームスプリッタ、第１の偏光ビームスプリッタに近接する第１のスペクトルの光を変調する第１のパネル、第２の偏光ビームスプリッタに近接する第２のスペクトルの光を変調する第２のパネル、および第２の偏光ビームスプリッタに近接する第３のスペクトルの光を変調する第３のパネルを含むディスプレイ・アーキテクチャーを提供する。ダイクロイックビームスプリッタの反射表面は、入力偏光ビームスプリッタの反射表面に対して光学的に平行している。本発明のさらなる態様には、黄色／ニュートラルフィルタ、ダイクロイックビームスプリッタおよび黄色／ニュートラルフィルタの間に光学的にサンドイッチされた入力偏光ビームスプリッタが含まれる。本発明のいまださらなる態様には、ダイクロイックビームスプリッタおよび第１の偏光ビームスプリッタの光学的に間の第１のスペクトルの光を透過する第１のダイクロイックフィルタ、ならびに、ダイクロイックビームスプリッタおよび第２の偏光ビームスプリッタの光学的な間の第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を透過する第２のダイクロイックフィルタが含まれる。本発明のいまださらなる態様には、ダイクロイックビームスプリッタおよびダイクロイックビームスプリッタの光学的な間の第１の無機λ／２板、ならびに第１の偏光ビームスプリッタおよび第３の偏光ビームスプリッタの光学的に間の第２の無機λ／２板が含まれる。第１の無機板および第２の無機板は水晶から作られ得る。本発明のいまださらなる態様には、光の第２のスペクトルを回転するが、光の第３のスペクトルは実質的に回転しない第１の偏光回転フィルタ、ならびに光の第３のスペクトルは回転するが、光の第２のスペクトルは実質的に回転しない第２の偏光回転フィルタを含む。第１の偏光回転フィルタおよび第２の偏光回転フィルタを含む本発明のいまださらなる態様は、リターダスタックである。

本発明のもう１つの態様は、入力偏光ビームスプリッタ、入力偏光ビームスプリッタからの第１のスペクトル、第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第１のスペクトルを含む光を受ける第１の偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第２の偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第３の偏光ビームスプリッタ、第１の偏光ビームスプリッタに近接する第１のスペクトルの光を変調する第１のパネル、第２の偏光ビームスプリッタに近接する第２のスペクトルの光を変調する第２のパネル、第２の偏光ビームスプリッタに近接する第３のスペクトルの光を変調する第３のパネル、ダイクロイックビームスプリッタおよび第１の偏光ビームスプリッタの光学的に間に第１のスペクトルの光を透過する第１のダイクロイックフィルタ、ダイクロイックビームスプリッタおよび第２の偏光ビームスプリッタの光学的に間に第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を透過する第２のダイクロイックフィルタ、ダイクロイックビームスプリッタおよびダイクロイックビームスプリッタの光学的に間の第１の無機λ／２板、第１の偏光ビームスプリッタおよび第３の偏光ビームスプリッタの光学的に間の第２の無機λ／２板、光の第２のスペクトルは回転するが、光の第３のスペクトルは実質的に回転しない第１の偏光回転フィルタ、および光の第３のスペクトルは回転するが、光の第２のスペクトルは実質的に回転しない第２の偏光回転フィルタを含むディスプレイ・アーキテクチャーを提供する。

本発明のもう１つの態様は、ｏ−板の光学的に前の入力ワイヤグリッド偏光子、入力ワイヤグリッド偏光子およびｏ−板からの第１のスペクトル、第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第１のスペクトルを含む光を受ける第１の偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第２の偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第３の偏光ビームスプリッタ、第１の偏光ビームスプリッタに近接する第１のスペクトルの光を変調する第１のパネル、第２の偏光ビームスプリッタに近接する第２のスペクトルの光を変調する第２のパネル、第２の偏光ビームスプリッタに近接する第３のスペクトルの光を変調する第３のパネル、ダイクロイックビームスプリッタおよび第１の偏光ビームスプリッタの光学的に間の第１のスペクトルの光を透過する第１のダイクロイックフィルタ、ダイクロイックビームスプリッタおよび第２の偏光ビームスプリッタの光学的に間の第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を透過する第２のダイクロイックフィルタ、ダイクロイックビームスプリッタおよびダイクロイックビームスプリッタの光学的に間の第１の無機λ／２板、第１の偏光ビームスプリッタおよび第３の偏光ビームスプリッタの光学的に間の第２の無機λ／２板、光の第２のスペクトルを回転するが、光の第３のスペクトルは実質的に回転しない第１の偏光回転フィルタ、および光の第３のスペクトルを回転するが、光の第２のスペクトルは実質的に回転しない第２の偏光回転フィルタを含むディスプレイ・アーキテクチャーを提供する。

本発明の態様は、入力偏光ビームスプリッタで光を偏光し、入力偏光ビームスプリッタから受けた光を入力偏光ビームスプリッタの反射表面に対して光学的に平行な反射表面を有するダイクロイックビームスプリッタで第１の部分および第２の部分に分割し、光の第１の部分を第１の偏光ビームスプリッタで第１のパネルに方向付け、ここに第１のパネルは光の第１の部分を変調および反射し、光の第２の部分を第２の偏光ビームスプリッタで光の第３の部分および光の第４の部分に分割し、光の第３の部分は第２のパネルに方向付けられ、光の第４の部分は第３のパネルに方向付けられ、第２のパネルは光の第３の部分を変調および反射し、第３のパネルは光の第４の部分を変調および反射し、光の変調されおよび反射された第３および部分を第２の変調ビームスプリッタで結合して光の第５の部分を形成し、ついで光の変調されおよび反射された第１の部分を第３の偏光ビームスプリッタで光の第５の部分と結合することを含む光を投射する方法を提供する。

［詳細な説明］
図１は垂直入射にて平行偏光子を通して見た、先行技術である、回転に対する耐性のないＲｅｄ／Ｂｌｕｅ ＣＳＰＦのスペクトルを示す。実線の軌跡は設計軸に沿った入力／出力ＳＯＰを有するスペクトルを示し、破線の軌跡は設計軸に対して１０°の入力／出力ＳＯＰを有するスペクトルを示す。図２は対を形成する偏光ビームスプリッタの間にある先行技術である、回転非耐性のＲｅｄ／Ｂｌｕｅフィルタのスペクトルを示す。出力は０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角を有する方位に分布する光線に対応するスペクトルの平均を表し、後者は最大のサイドローブ漏れを与える。図３は対を形成する偏光ビームスプリッタの間にある先行技術である、Ｇｒｅｅｎ／Ｍａｇｅｎｔａ回転非耐性フィルタのスペクトルを示す。出力は０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角を有する方位に分布する光線に対するするスペクトルの平均を表し、後者は最大のサイドローブ漏れを与える。

図１、２および３は、各々、スキュー光線の偏光解消の結果として先行技術ＣＳＰＦに色クロストークが生じることを示している。クロストークは、輝度および／またはコントラストを低下するサイドローブとして現れる。サイドローブは設計軸に沿った漏れから独立しており、また、スタックの総リターデーションのかなりの割合を占め得る合成リターデーション（compound retardation）により発生する。したがって、設計軸に対して平行または垂直に導入された光線は低いストップバンド光漏れ（stop-band light leakage）を有し得る一方、設計軸に対して平行または垂直にならないように回転された光線は全体の性能を低下する相当量のサイドローブを有する。したがって、先行技術のＣＳＰＦを用いるカラーマネージメントシステムは、回転偏光の存在により許容し得ないコントラストおよび／または輝度を有する場合がある。

図４に示すように、ビームスプリッタを通るスキュー光線は（垂直入射光によって画定される軸に対して）回転した偏光を有し、一方で、面内光線は非回転偏光を有する。詳細には、ＰＢＳの４５°にある反射ダイクロイックコートした表面に入射する光は、入射光線の角度および反射面垂線によって画定される軸に沿って偏光または検光される。スキュー光線に関しては、この偏光方向は、垂直入射光によって画定される軸に対して回転される。

カラーマネージメントシステムの性能は、ＣＳＰＦ設計を補償型ＣＳＰＦまたはＣＣＳＰＦのより制約されたサブセットを表す偏光子／ビームスプリッタの構成の特徴に合致させることによって向上し得る。本発明のＣＣＳＰＦは望ましいカラー選択特性を提供し、また、入力／出力シンメトリーを活用してスキュー光線偏光解消を補償する。これにより、特に、低ｆ−数のシステムにおいて、性能が向上する。

上記の偏光解消を補正するための例示的な第１の方法は、スタックしたリターデーションフィルムまたはリターデーション板をベースとするＣＣＳＰＦを導入することである。複数対のビームスプリッタによって導入されるスキュー光線の効果を補償する場合には、面内光学軸（またはａ−プレート）を有するリターダに基づく補償スキームが好ましい。かかるスタックの偏光特性は、特にＮｚ＝０．５（Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）であり、ｎｘはｘ方向の屈折率であり、ｎｙはｙ方向の屈折率であり、ｎｚはｚ方向の屈折率である、２軸フィルムでは、光の入射角から基本的に独立しており、したがって、任意の１つのスタックの偏光特性は、入射角とは独立しているジョーンズマトリクス（Jone's Matrix）によって数学的に記載し得る。第２の方法は、１以上の面外の単軸複屈折層（またはｏ−プレート）を用いる面偏光子と組合せて用いるＰＢＳの幾何学的影響を補償する。

数学的には、偏光軸（ｓおよびｐ）は、以下の式に示すように、入射光線ベクトルｋ（ＰＢＳ内）と、反射表面に対して垂直なベクトルｎに依存する：

図４に示すように、垂直入射光がｘ−軸に沿って伝播し、反射面に対する垂線がｘ、ｙ面に存在する座標系を定義すると、垂直入射光線、面内光線およびスキュー光線のそれぞれのｓ偏光軸は：

である。

垂直入射光線および面内光線は、ＰＢＳのｓ−偏光軸、すなわち垂直入射ｓ（ＮＩＳ）軸として従来から定義されるものと変わらない。スキュー光線について、ｓ−偏光軸は、ＰＢＳ中の光学的透過軸から光線角度θに等しい角度分回転される。回転の符号は、入射角度および反射表面の垂線の符号に依存する。その結果、直交する反射表面を有する複数の連続するＰＢＳは、平行でないスキュー光線に対する複数の偏光軸を有する。これは、偏光反射特性を有するＣＣＳＰＦを用いて補正できる。

平行反射表面を有する一連のＰＢＳでは、スキュー光線は、平行偏光軸を見るが垂直入射光線が見る軸からは回転されている。ＮＩＳ軸と整列された直交偏光軸について最適化されたカラープロジェクションシステムでは、これにより、純粋な回転特性を有するＣＣＳＰＦを用いて補正できるシステムの光学性能が失われてしまう。

表１は、ジョーンズマトリクスによる表記法を用いて種々のＣＣＳＰＦフィルタの望ましい偏光性能を記載している。ケース１は、導入する角度の範囲にわたるスペクトルの非回転部分における等方性挙動を有する。スペクトルの回転部分においては、導入した角度の範囲にわたって純粋なπ／２回転子を用いる。斜辺面が直交している場合には、ケース２の非回転バンドは、ＮＩＳ軸に沿ってまたは直交して配列された光学軸を有するニュートラルの半波長板によって達成される偏光反射を有する。ケース２の回転部分における望ましい挙動は、光学透過軸に対して垂直な面にあるＮＩＳ軸に対して±π／４である光学軸を有し、純粋な半波長のリターデーションを提供する構造を用いて達成される。

ケース１またはケース２の挙動を達成すべく、リターダスタック設計を適切に選択するには、かかる構造の一般的挙動を理解することが必要である。一般に、カラーマネージメントシステムにおいては、スペクトルが、光源発光の赤、緑および青の部分に従って正確に区切られることが望ましい。これには、ＣＣＳＰＦによって透過される第１のスペクトル部分が実質的に一定のＳＯＰを有し、第２の部分が直交ＳＯＰを有するように、波長のかなりの範囲にわたって偏光特性を安定させることが含まれ得る。前記した波長安定性は、多層構造（通常、２０層を含む）を用いてプロジェクションシステムにおいて許容し得る性能を達成することによって実現し得る。

スペクトル基準に対処すべく層の数を増加すると、スタックの合計リターダンスは１０,０００ｎｍをはるかに超える。コンポジット構造は、ジョーンズ行列によって記述されるように、各波長における合成リターデーションおよび回転の組合せとみなし得る。ネットワーク合成技術は、同一のパワースペクトルを提供する多数のスタック設計を同定するが、各々は一意のジョーンズマトリクスを有する（ネットワーク合成技術（Harrisら（1964）, J. Opt. Soc. Am. 54:1267, Ammannら（1966）, J. Opt. Soc. Am. 56: 1746、およびAmmann（1966）, J. Opt. Soc. Am. 56:943を参照されたい)は、Ｎ個のリターダおよび出口偏光子の方向を決定して、（Ｎ＋１）個のインパルスの所望の振幅を得るための手法である）。共通の特徴は、スタックが、設計軸の方向に沿ったかなり安定した固有偏光（epigenpolarization）を有する相当量の合成リターデーションを有することである。このリターデーションは、通常、スペクトルの平坦な領域内のかなり線形の位相によって特徴付けられる。一般に、変換されたバンドにおけるリターデーションは、変換されないバンドにおけるリターデーションとは異なる。非線形位相は、通常、スペクトルの遷移バンドに存在する。

スタック設計をソートして最も製造可能であるものを同定し得る。材料は、ウェブ方向に対して角度が小さい場合に最適に用いうる。これは、フィルムは、通常、ロールストックから切断されるからである。これらのスタックは、全体として、高い合成リターダンスを示すので回転された入力／出力偏光に対して最大の感度を示す。角度の緊密な集束は、合成リターダンスがしばしば合計スタックリターダンスの相当量となるようにリターダンスの蓄積を生じる。その逆に、最低の合成リターデーションを有するスタックでは、スタック角度は広範に分布する。

ケース１は、変換されないバンドにおいて等方的に挙動し、変換されたバンドにおいては純粋な回転子として挙動するＣＣＳＰＦを表す。スタックは、変換されないバンドにおける完全波リターダンス付近の波長の範囲で実質的に消滅する。したがって、合成リターデーションはこのバンド内ではほぼゼロである。純粋な回転はスタックがスペクトルの変換部分においてゼロのリターデーションを示すことも表している。かかる構造は円形の固有偏光を有し、一般的に入力線形状態を、所定の回転角度を有する出力線形状態に変換する。

任意角度αおよびβにある半波長板を含む対から形成される回転子を考える。設計波長では、構造に関するジョーンズマトリクスは２の偏光反射の組合せにより純粋回転が得られることを示している。

半波長板間の角度がπ／４の場合、マトリクスは望ましい純粋回転子または

を与える。しかしながら、半波長リターダンスからの小さい偏位でもって、かかる挙動は維持されない。さらに、半波長リターダンスで経験される構造の絶対方向の非感受性は他の波長においては保存されない。一般に、スペクトル性能を向上すべく層の数を増加させると、この感度は向上する。

半波長における挙動のみを考えると、奇数のフィルムは軸の周りの反射を表し、偶数のフィルムは回転を生成することがジョーンズの計算式を用いて示すことができる。この挙動は変換されたバンドの非常に狭い部分に制限され得るが、フィルムの数を選択する際のガイドを提供する。

一般的に、ネットワーク合成法はゼロの合成リターデーションを提供する構造を同定しない。各設計のジョーンズマトリクスを評価することにより、最低の合成リターデーションを有する構造を同定できる。合成リターデーションにおけるさらなる減少は、本発明の設計軸に対して平行／垂直にバイアスリターダを設置することによって達成できる。バイアスリターダは、正味リターダンスを最小限とするよう選択したリターデーションを有するスタックの複合リターダ（compound retarder）と交差する。これは設計軸に沿ったスペクトルに影響を及ぼすことなく行われる。バイアスリターダは、スタックを進行（proceed）しても随伴（follow）してもよく、いずれの場合においても一意の結果がもたらされる。さらに、スタックのいずれかの側に異なるバイアスリターダンスを用いて結果を最適化し得る。１以上のバイアスリターダがスタックによく適合する場合には、構造はケース１の基準を満足する。

ケース２の基準を満足するためには、波長選択的な光学軸方向を有する、純粋半波長リターダのように挙動する構造が望ましい。光学軸は、スペクトルの変換されない部分全体を通して０またはπ／２であり、変換された部分全体を通して±π／４方向を有する。かかるスタックの設計は、低リターデーションの構造ブロックまたは比較的高いサンプリング頻度を用いるＮＳＴを用いて実現できる。これは、リターデーション要件のスペクトルカバレッジを確実にすることを助ける。さらに、この方法は、さらなるフィルムを用いることなく設計に無色の半波長リターダンスを組み込む可能性を有する。高いサンプリング頻度での多数の積層を回避するために、フィルム対を介して減少し得る設計を同定し得る。

あるいは、かかる構造は、０またはπ／２のニュートラル半波長リターダと組み合わせた前記の等方性／光学活性構造を含む、モジュラー形態で設計することもできる。この場合、バイアスリターダと合成リターダンスとの間の差は半波長である。数学的には、変換されないバンドにおける出力は、０における半波長リターダのマトリクスに対応する

である。絶対位相分を無視する変換されたバンドの出力は、π／４における半波長リターダのマトリクスに対応する

である。

モジュラー・アプローチは、色選択的回転および偏光反射基準を分離し、後者をニュートラルな操作にする。しかしながら、ゼロ・オーダーの半波リターダはスペクトル範囲全体にスパンするために十分にニュートラルとなり得ない。この場合、半波中心波長を選択してシステムレベル性能を最適化し得る。低複屈折分散を有する材料、または異なる分散を有する材料の組合せを用いてもこの効果を最小限にし得る。これ以降、半波長リターダンスの範囲を拡げるPancharatnam半波長板のごとき複合構造を用いることができる。実際により広い半波長バンド幅の利点を享受するためには、光学軸の波長安定性が保持されることを確実にすることを注意しなければならない。

もう１つのモジュラー設計は、半波長リターダが合致した色選択スタックの間に存在するようにスタックの色選択部分を分割する。純粋なπ／４回転を提供する入力スタック、純粋な−π／４回転を提供する出力スタック、および中央０−方向付けニュートラル半波長リターダを考える。スペクトルの変換されない部分においては、入力／出力スタックは偏光の状態に対し効果を実質的に有さず、０−方向付けられた半波長リターダを与える。スペクトルの変換された部分においては、出力は、ケース２に記載したごとく、π／４における半波長リターダに対応する、

によって与えられる。

スペクトルの１の部分において純粋な９０°回転子として作用し、スペクトルの他の部分において等方性であるＣＣＳＰＦの例を考える。ＮＳＴを用いて生成した構造は、それらが交差した偏光子の間で有効に回転する際のそれらのモデル化したスペクトルを観察することによって評価される。用いたフィギュア・オブ・メリットは、４５°の最悪の場合の方向におけるサイドローブ・レベルであるが、遷移バンド（transition band）の傾きも考慮し得る。

用いた例は５０：５０のデューティー比を有するケースであり、これは二重リターダンス（double retardance）フィルムを用いて積層の数を減少し得る望ましい特性を有する。１つだけ除いて全てのフィルムは、上記の５０：５０のケースにおいて、二重リターダンスを有する。したがって、構造はＮ層設計の性能を有するが、（Ｎ−１）／２Ｎ分フィルムの数を減少する。リターダンス耐性およびＮｚ因子を二重リターダンス値に実質的に維持でき、かつ、リターダンス値を、スペクトル要件を達成すべく選択し得るならば、５０：５０のケースは魅力的となり得る。もう１つの例として、５０：５０ではないデューティー比を有するケースを考慮し得る。

Ｎの特定の値に関しては、（Ｎ−１）／２の二重リターダンス値を有するすべての設計が抽出され、設計軸に沿ったそれらのリターダンスに従って評価される。このリターダンスはπ／４に方向付けられたスタックの透過率に変動を発生する。一般的に、角度（典型的にはほぼゼロ）の集合を有するスタックは、最高のコンポジットリターデーション（composite retardation）を有する。さらなるフィルムを含むことは、ゼロの正味リターデーションを提供し得る。しかしながら、これは、フィルムの合計数の数が大きくなる場合には実際的でなくなり得る。

反対に、角度に広い分布を有する設計は非常に低いコンポジットリターデーション（composite retardation）を有し得、これは１または２のさらなるフィルムを加えて排除できる。所与の実施例においては、さらなるフィルムはπ／２の単一リターデーション（single retardation）フィルムである。このフィルムを加えれば、偏光変換は、構造の方向の影響をほぼ受けなくなる。事実上、０−方向およびπ／４−方向スペクトルが、実質的に同一の偏光変換を有する異なるスタック設計によって発生される。中間の角度における性能は、典型的には２の極端なケースの間において単調に変化する。

π／２の単一リターデーションフィルムで補償された、０.００５％のリップルを有する５０：５０の設計のケースを考える。新しい設計は、外部のπ／２に方向付けされたフィルムが、この回転下で消滅する反対側のπ／４に方向付けされた単一フィルムとして機能するようにπ／４だけ構造を回転することによって発生し得る。これら２の設計は、この発生したスタックを両端を逆にして交換することによってフィルム毎に比較し得る。

特定のＮに関しては、回転に対して最小限の感度を有する設計を、ゼロ方向においてサイドローブ・レベルの関数として追跡し得る。Ｎ＝１５である場合、ゼロ方向のサイドローブ・レベルが低下するにしたがってπ／４におけるサイドローブ・レベルが落下した。表２は、例示的な設計と、サイドローブ・レベルの変化に応じた個々のリターダ角度における変化を示す。

外部の単一リターダンス・フィルムは方向においては顕著に変化しない（５０：５０の性質のため）が、内部の二重リターデーションフィルムの方向における２３°を超える変化でサイドローブ・レベルにおける最大の変化（０.５から０.００５％）が達成されることは注意すべきである。これらの変化は、スタックをπ／４だけ回転させた場合、スペクトルに対して比較的大きな影響を有する。

表２の０.００５％設計を考える。表３は、設計をπ／４だけ回転させ、スタックの両端を逆にして交換した後のレイアウトを示す。これは２の異なる設計を発生するが、それらの挙動は幾つかの類似点を有する。内部二重リターデーション構造は、単一リターダンス・フィルムに関して符号の変化に対して幾分影響を受けにくい。すなわち、対応する二重リターデーションフィルムの方向の大きさは同様であるが、符号は単一リターデーションフィルムに関しては逆転する。

図５は、６００ｎｍフィルムに基づく表２に示す０.００５％のサイドローブを有する５０：５０の設計についての交差した偏光子のスペクトルである。この態様には、それぞれ、出典明示して本明細書の一部とみなす、米国特許第5,751,384号、第5,990,996号、第5,822,021号、第5,953,083号、第6,078,374号、第6,046,786号および第5,658,490号に記載されているごとき青色−黄色フィルタが含まれる。図６は、交差した偏光子の間でπ／４だけ回転した図５のスタック設計であり、青色における一次線形半波長リターデーション（first order linear half-wave retardation）は青色パスバンドをほぼ排除していることを示している。図７は、単一の６００ｎｍフィルムを付加したπ／４における同じスタック設計を示している。表２が示すごとく、さらなるフィルムはπ／２にあり、これは合成リターダンスと交差する。図７は、このフィルムが合成リターダンスによく適合し、図５によく適合する青色スペクトルを生じることを示している。サイドローブ・レベルは図５のスペクトル（０.３８％）よりも幾分悪く、遷移スロープも比較的浅い。図８は表２の設計についてπ／４に方向付けられたスタックでの最大サイドローブ漏れを示している。最大の漏れは０.５％設計について発生し、最小の漏れは０.００５％設計について発生する。サイドローブ・レベルは設計軸に沿って測定される。

図９は、ケース１の基準に従った回転不変性で設計された例示的な赤色／青色ＣＣＳＰＦのスペクトルを示している。この赤色／青色フィルタは、偏光軸に対して平行および１０°のフィルタの設計軸を有する平行シート偏光子の間で調べる。このフィルタの性能は、図１のものと比較して、１０°回転下のサイドローブがないことによって示されるごとく、大きく改善されている。

図１０は、直交面を有する対を形成するＰＢＳ間に０方向付けされたゼロ次半波長リターダを有する回転不変性の赤色／青色ＣＣＳＰＦを含む、かかるスキュー光線耐性フィルタのスペクトルを示している。出力は０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角度についての均一加重した方位角平均化スペクトルを表している。このフィルタの性能は、図２のものと比較して、サイドローブがないことによって示されるごとく大きく改善されている。

図１１および１２はスキュー光線が補正された構造１００を示す。図１１は第１のＰＢＳ１０２が図１２の第１のＰＢＳ１０２と比較して直交配向を有し、第１のスペクトル１０４を有する出力光ビームおよび第２のスペクトル１０６を有する出力光ビームが第２のＰＢＳ１０８からの出口ポイントの位置が変わっている以外は図１２のものと実質的に同一である。図１２は平行面を有するＰＢＳ間に純粋回転性のＣＣＳＰＦ１１０を含むスキュー光線が補正された構造を示している。光１１２は第１のＰＢＳ１０２に入力され、入力光の第１の部分の偏光方向を回転する純粋回転性ＣＣＳＰＦ１１０に向けて透過する。ついで、第２のＰＢＳ１０８が、その偏光によって、入力光を第１の出力光ビーム１０４および第２の出力光ビーム１０６に分離する。回転されなかった入力光は第２のＰＢＳ１０８を透過させられる。

図１１は交差面を有するＰＢＳ間に波長選択的光学軸配向を有する半波長リターダＣＣＳＰＦ１１４を含むスキュー光線が補正された構造を示す。光は図１２の第１のＰＢＳ１０２と比較して回転された第１のＰＢＳに入力される。ついで、光は半波長リターダとして作用するＣＣＳＰＦ１１４に透過される。ＣＣＳＰＦ１１４は受けた光のＳＯＰを反射する。第２のＰＢＳ１０８は、光の偏光に基づいて、ＣＣＳＰＦ１１４から受けた光を第１の出力光ビーム１０４および第２の出力光ビーム１０６に分離する。

図１４はｘ軸で形成されるスキュー光線角度φに対する光学軸角度θのグラフである。示されるごとく、θ（φ）に対して０.５°の変化しか存在せず、これはθがφからほぼ独立していることを意味している。

図１５は０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角度についてプロットした対を形成する偏光ビームスプリッタ間の緑色／マゼンタ色回転耐性フィルタのスペクトルを示している。このフィルタの性能は、サイドローブがないことによって示されるごとく、図３のものと比較して大幅に改善されている。

ＣＳＰＦを異なる対称特性を有する偏光子間に設置する場合には補償スキームは変更される。これは、例えば、シート偏光子とＰＢＳとの間に挟まれたＣＳＰＦにおけるスキュー光線偏光解消を補償する場合などに起こる。ＰＢＳが、シート偏光子の後に続くＣＳＰＦの後に続く場合には、本発明による面外コンペンセータが偏光をＰＢＳの座標に変換する。

したがって、平面偏光子は、ＰＢＳと同じ対称を共有しない。垂直入射光線は、スキュー光線のものと同じ入力偏光軸を有するが、スキュー光線では回転され、垂直入射では回転されない軸を有する出力偏光が検光される。スキュー光線および垂直光線の偏光は異なって処理される。

本発明のこの態様は、スキュー光線が、垂直入射のものとは異なるジョーンズマトリクスを見るように、入射角度に依存した偏光操作を用いる。これは、一般的に、操作がＰＢＳのものに匹敵する対称を有するように、システム光学軸に沿った、例えばフィルムの面外の、コンポーネントと軸を有する複屈折エレメントを導入することによって達成し得る。

さらに、システム光学軸の上方および下方の光線について軸が反対に回転するＰＢＳの端数型（odd type）の対称を達成するためには、１の光学軸（または複数の光学軸）は、システム光学軸（例えば、ｘ軸）およびＰＢＳ反射面に対する垂線（例えば、線ｘ−ｙ＝一定）によって画定される面（例えば、ｘ,ｙ面）中に存在すべきである。したがって、複屈折エレメントまたはスタックはスキュー光線に対してのみ半波長リフレクターとして作用し、反射角度は正確な比例定数を有してスキュー光線入射角度に比例する。１のかかる例示的な具体例は、角度における小さな変化にわたって実質的に一定であるかまたは比較的小さな量しか変化しないリターダンスを有する単一の単軸複屈折スタックである。したがって、半波長反射特性をスキュー光線入射角度のかなりの回転にわたって維持し得る。

第２の方法からは、以下に示すごとく、ｘ,ｙ面中のｙ軸から角度θに存在する光学軸ｎを有する一軸複屈折材料を決定し得る：

ｘ軸から角度φでｘ,ｚ面内で伝播するスキュー光線の伝播ベクトルｋは：

である。

ｚ,ｙ面中のスキュー光線によって見られる単軸光学軸は、ベクトル外積（vector cross product）

から求められ、計算結果は、２次元のｙ,ｚ面に投影されて：

を得ることができる。

この光学軸はｙ軸と：

の角度をなす。

リターダンスが半波長である場合、スキュー光線の偏光はこの軸のまわりに反射され、ｙ軸に関して２ρの角度を形成する。ＰＢＳを模倣するために、２ρ＝φは式

を生じる。

この式はプロジェクションシステムの典型的な小さい角度（例えば、ＰＢＳでφ＜１５°）について拡張し得る。図１４が示すごとく、光学軸角度θは入力光線伝播角度φからほぼ独立している。したがって、約２６.２５°（±０.２５°）の光学軸を有する一軸材料は、偏光解消を補償することによってＣＳＰＦ性能を改善する。一般に、１のスタック設計をプロジェクションシステムに用いて、ＰＢＳ間の任意の数のフィルタを補償することができる。これは、コンペンセータは、広バンドという追加の利点を有するからである。

スタックのリターダンスは、光の適用可能なスペクトル全体にわたってほぼ半波長であるべきである。可視光に関しては、好適な設計波長λ_０は５００ｎｍでありうる。しかしながら、これは、スタックが設置されるプロジェクションシステムに依存して変えられうる。異常屈折率（ｎｅ）、正常屈折率（ｎｏ）、および厚さ（ｄ）は、以下の方程式に厳密に従うように選択されるべきである：

但し、θは約２６.０°ないし２６.５°である。面外コンペンセータをよりアクロマティックとするには、さらなる偶数の標準面内または二軸半波長フィルムを、複合リターダ設計で作成し、それにより、面外リターダが単純な面内半波長板として作用することを想定し得る。いずれの特定の設計に関しても、さらなる最適化は、さらなるフィルムの面外方向を変化させて、システム性能を最適化することによって行い得る。

あるいは、本発明は、直交でも平行でもなく、中間の角度にあるエレメント間のスキュー光線偏光軸の補正を提供する。これは、ほぼ平行な面を作成して混合偏光を回避し得るように面外角度を２６.２５°から減少することによって達成する。正確な角度はシステムの構造および前記方程式に従って決定される。さらに、直交でも平行でもなく中間角度にあるエレメント間のスキュー光線偏光軸の補正は、スキュー光線効果を介したダイクロイックビームスプリッタ原因の偏光解消とともに実施され得る。

図１５は、面外単軸スタックを用いてスキュー光線偏光解消を補償する、対称を固有に有しない構造を補償する例示的な具体例である。サブシステム２００には、シート偏光子のごとき偏光子２０２、ＣＳＰＦ２０４、面外コンペンセータ２０６およびＰＢＳ２０８が含まれる。入射光２１０は偏光子２０２によって偏光され、ついでＣＣＳＰＦ２０４によって選択的に回転される。ついで、ＣＣＳＰＦ２０４からの光は面外コンペンセータ２０６を通過してＰＢＳ２０８に入る前にスキュー光線偏光解消を補償する。面外コンペンセータ２０６からの光はＰＢＳ２０８内に入り、ＰＢＳは光を第１の出力光ビーム２１２および第２の出力光ビーム２１４に分離する。

図１６は、低ｆ−数ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ^ＴＭカラーマネージメントシステム３００を示している。システム３００においては、ｓ−偏光された白色光３０２は、第１のスペクトルの光を直交偏光に変換する第１のＣＳＰＦ３０４に入射し、直交偏光はつづいて第１のＰＢＳ３０６を透過する。第１のスペクトルに相補的な光はｓ−偏光されたままであり、第１のＰＢＳ３０６によって反射される。ついで、第１のスペクトルを有する光は、第２のＰＢＳ３０８を透過し、その後に四分の一波長板３１２を含む第１の反射パネル３１０に入射する。ＯＮ−状態では、第１の反射パネル３１０から反射した光はｐからｓ偏光に変換され、それによって、第１の０−配向半波長板３１４を通る光を第２のＰＢＳ３０８が反射することができる。ついで、スキュー光線が補正された光は第３のＰＢＳ３１６によって反射される。第３のＰＢＳ３１６は第１のスペクトルを第２のＣＳＰＦ３１８に反射し、第２のＣＳＰＦは第１のスペクトルの光をｐ−偏光に変換し、その後、p−偏光はクリーンアップ（clean-up）偏光子３２０によって検光される。

入射光３０２の第２および第３のスペクトルは、第１のＰＢＳ３０６によって第１のＣＣＳＰＦ３２２に反射され、第１のＣＣＳＰＦ３２２は第２のスペクトルのＳＯＰを±π／４軸について反射する。第２のスペクトルの光は、第４のＰＢＳ３２４を通過して第２の反射パネル３２６まで透過され、第２の反射パネル３２６には四分の一波長板３２８が含まれる。第１のＣＣＳＰＦ３２２は、０について第３のスペクトルのＳＯＰを反射し、第３のスペクトルはその後に第４のＰＢＳ３２４によって第３の反射パネル３３０に反射され、第３の反射パネル３３０には四分の一波長板３３２が含まれる。第２および第３の反射パネル３２６、３３０から反射されたＯＮ−状態の光は、第２および第３のスペクトルの光が第２のＣＣＳＰＦ３３４に入射するように直交状態でＰＢＳに戻る。第２のＣＣＳＰＦ３３４は第２のスペクトルのＳＯＰを±π／４軸について反射し、第３のスペクトルのＳＯＰを０について反射し、したがって両方のスペクトルをｐ−偏光に回復する。その後スキュー光線が補正されたｐ−偏光された光は、第３のＰＢＳ３１６、第２のＣＳＰＦ３１８およびクリーンアップ偏光子３２０によって透過される。各パネルとＰＢＳとの間には、スキュー光線を補正するために方向付けられた四分の一波長板が設置される。

実際には、ＣＳＰＦフィルタ３０４および３１８は、オフセットの５０％スペクトル遷移点を有する緑色／マゼンタ色リターダスタックである。ＣＳＰＦの遷移の間に存在する真正な黄色および真正なシアン色の光の吸収を介してノッチを導入することができる。この真正な黄色および真正なシアン色の光はクリーンアップ偏光子３２０によって実質的に吸収され、高められた色空間（color gamut）および増大したコントラストを生成する。

第１のＰＢＳ３０６によって反射されたスペクトルからの緑色光を排除することによって、第２および第３のスペクトルの間の遷移は、システム性能に影響を与えることなく、緩和し得る（緑色で５０％ポイント）。これはＣＣＳＰＦ３２２、３３４についてスタック設計を単純化する。純粋な回転子として作用するＣＳＰＦと組合せてゼロ次半波長板を用いてＣＣＳＰＦを形成する場合には、各フィルタについて中央波長は異なり得る。性能を改善すべく中央波長がオフセットされる場合には、第１のＣＣＳＰＦ３２２については第３のスペクトルバンドにおいて半波長リターダンスを中心化し、第２のＣＣＳＰＦ３３４については第２のスペクトルバンドにおいて半波長リターダンスを中心化することが優先され得る。

図１７は、図１６のシステム３００に類似するが、入力ＣＣＳＰＦ４０４と組み合わせてプレ偏光ＰＢＳ４０２を用いてスキュー光線が補償された照明路を与えるもう１つのカラープロジェクションシステム４００を示している。ＣＣＳＰＦ４０４はスペクトルの一部分において純粋な９０°回転子として機能し、スペクトルの他の部分においては等方性である。プレ偏光ＰＢＳ４０２は、カラープロジェクションシステムの光入力ポイント（例えば、光源付近または光源において）でしばしば見られる高強度照明に対する耐性を有するので有利である。さらなる半波長板４０６も組み込まれて照明アーム中の第１のスペクトルの光のスキュー光線補正をする。第３のＰＢＳ８１６とクリーンアップ偏光子３２４との間に設置されたさらなる面外コンペンセータ（示さず）を用いて、投影レンズの後側焦点距離を顕著に増大させることなく、これらのエレメント間のスキュー光線のミスマッチを補償し得る。

図１８は、低f−数９０°ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ^ＴＭカラーマネージメントシステム５００を示している。システム５００においては、ｓ−偏光した白色光５０２は第１のＣＳＰＦ５０４に入射し、第１のＣＳＰＦ５０４は第１のスペクトルの光を直交偏光に変換し、直交偏光はその後に第１のＰＢＳ５０６を透過される。第１のスペクトルに相補的である光はｓ−偏光されたままであり、第１のＰＢＳ５０６によって反射される。第１のスペクトルを有する光は第２のＰＢＳ５０８によって透過され、その後に第１の反射パネル５１０に入射する。ＯＮ−状態においては、第１の反射パネル５１０から反射された光はｐからｓ偏光に変換され、それによって第２のＰＢＳ５０８が第１のπ／４−方向付けされた半波長板５１２を通る光を反射することを可能にする。スキュー光線補正された光は、次に、第３のＰＢＳ５１４によって透過される。第３のＰＢＳ５１４は第１のスペクトルを第２のＣＳＰＦ５１６へと透過し、第２のＣＳＰＦ５１６は第１のスペクトルの光をｓ−偏光された光５１８に変換し、その後にｓ−偏光された光５１８はクリーンアップ偏光子（例えば、ｓ−偏光子）（示さず）によって検光される。四分の一波長板（示さず）を各パネルとＰＢＳとの間に挿入し得る。また、図１７に示した補償方法を用いてシステム性能を改善し得る。

入射光５０２の第２および第３のスペクトルは、第１のＰＢＳ５０６によって第１のＣＣＳＰＦ５２０に反射され、第１のＣＣＳＰＦ５２０は±π／４軸について第２のスペクトルのＳＯＰを反射する。第２のスペクトルの光は第４のＰＢＳ５２２を通して第２の反射パネル５２４へと透過される。第１のＣＣＳＰＦ５２０は０について第３のスペクトルのＳＯＰを反射し、第４のＰＢＳ５２２によって第３の反射パネル５２６に反射される。第２および第３の反射パネル５２４、５２６から反射されたＯＮ−状態の光は、第２および第３のスペクトル中の光が第２のＣＣＳＰＦ５２８に入射するように、直交状態でＰＢＳ５２２に戻る。第２のＣＣＳＰＦ５２８は±π／４軸のまわりに第３のスペクトルのＳＯＰを反射し、０のまわりで第２のスペクトルのＳＯＰを反射し、したがって両方のスペクトルをｓ−偏光に復元する。スキュー光線補正されたｓ−偏光された光は第３のＰＢＳ５１４、第２のＣＳＰＦ５１６およびクリーンアップ偏光子（示さず）によって反射される。各パネルとＰＢＳとの間には、スキュー光線について補正するために方向付けられた四分の一波長板が設置される。ここでも、図１７に示すごとき補償方法を用いて、システム性能を改善し得る。

第１のＣＳＰＦ５０４に緑色−マゼンタ色ＣＳＰＦを用いれば、第２および第３のスペクトル中の光は青色および赤色（またはその逆）を表す。大部分のＵＨＰランプは緑色に富み、赤色が不足しているため、９０°ＱＵＡＤは魅力的な色バランス機能を達成する。緑色ＯＮ−状態の光をシステムから出すために、光はＰＢＳを３回透過し、ＰＢＳによって１回のみ反射する。それとは逆に、ＯＮ−状態のマゼンタ色光はＰＢＳから３回反射し、ＰＢＳを１回のみ透過する。ＰＢＳ反射の比較的高い効率により、マゼンタ色光は緑色よりもより高いスループットでシステムを出てゆき、したがってシステムの色バランスがとれる。

図１９は、本発明のもう１つの例示的な実施形態によるもう１つの３パネル型カラーマネージメントシステム６００を示している。システム６００には、第１の回転スペクトルの第１のＣＳＰＦ６０２、ＰＢＳ６０４、スペーサーキューブ６０６、第１の反射カラーパネル６０８、半波長リターダのごとき補償エレメント６１０、ダイクロイックビームスプリッタ６１２、第２の反射カラーパネル６１４、第３の反射パネル６１６、第２のＣＳＰＦ６１８、および出力ｐ−偏光子６２０が含まれる。システム６００は、第１のＣＳＰＦ６０２で入力光６２２を受け、出力ｐ−偏光子６２０で出力光６２４を出力する。ダイクロイックビームスプリッタ６１２のダイクロイック反射表面は、ＰＢＳ６０４のものに対して直交している。直交関係は、第２の反射パネル６１４をキューブ６０６とは反対の側に設置し、第２の反射パネル６１４とキューブ６０６との間の機械的な干渉を回避し、アセンブリーを単純化する。直交反射表面は、十分にアクロマティックである補償エレメント６１０によってスキュー光線補償されている。図１７に示すごときさらなる補償方法を用いて、システム性能を改善し得る。

図２０は、スキュー光線偏光解消補償を含む例示的な２パネル型カラープロジェクションシステム７００を示している。この２パネル態様は、出典明示して本明細書の一部とみなす特許出願番号09/779,443にさらに記載されている。図２０のシステム７００には、第１の偏光ＰＢＳ７０２、青色／緑色ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ^ＴＭ７０４、第２のＰＢＳ７０６、回転耐性シアン色／赤色ＣＣＳＰＦ７０８、第３のＰＢＳ７１０、赤色反射パネル７１２、青色／緑色反射パネル７１４、赤色／シアン色ＣＳＰＦ７１６および出力ｐ偏光子７１８が含まれる。入力光７２０は第１の偏光ＰＢＳ７０２おいてシステム７００に入力される。ついで、第１の偏光ＰＢＳ７０２からの光は、青色／緑色ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ^ＴＭ７０４に入射する。青色／緑色ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ^ＴＭ７０４は、第２のＰＢＳ７０６が青色または緑色のいずれを透過するかを決定するように光のＳＯＰを変える。カラースイッチのパッシブ部分は赤色光を直交偏光に変換するが、カラースイッチのアクティブ部分は赤色光のＳＯＰに影響を及ぼさない。ついで、回転耐性シアン色／赤色ＣＣＳＰＦ７０８は第２のＰＢＳ７０６からの光を受け、第３のＰＢＳ７１０が青色光および緑色光を青色／緑色反射パネル７１４に向け、かつ、赤色光を赤色反射パネル７１２に向けるように、青色／緑色光のＳＯＰを変える。パネル７１２、７１４から反射した後、赤色光は第３のＰＢＳ７１０によって反射され、青色／緑色光は第３のＰＢＳ７１０によって赤色／シアン色ＣＳＰＦ７１６および出力ｐ偏光子７１８に透過されて、出力光ビーム７２２を形成する。面外補償型ＣＣＳＰＦを用いて、第３のＰＢＳ７１０と出力ｐ偏光子７１８との間にさらなるスキュー光線補償を提供し得る。

図２１はスキュー光線偏光解消を含む例示的な２パネル型カラープロジェクションシステム８００を示す。偏光されていてもよい光源８０２からの白色光は、青色および緑色がｓ−偏光子８０６に透過されるようにダイクロイックミラー８０４に入射する。青色／緑色のＳＯＰはカラースイッチ８０８を用いてアクティブ制御される。出力は折り返しミラー８１０によって反射され、その後に、青色および緑色の透過がアクロマティックのπ／４に方向付けされた半波長リターダ８１４で一時的に変調されるように、偏光はＰＢＳ８１２によって検光される。ついで、半波長リターダ８１４によってｓ−偏光に変換された青色および緑色のスキュー光線補正された光は、青色／緑色反射パネル８１８によってｐ−偏光に変換されたＯＮ−状態の光と共に、ＰＢＳ８１６によって反射される。ＰＢＳ８１６によって透過されたＯＮ−状態の光は、ＳＯＰにおける変化なしに赤色／シアン色（Ｒ／Ｃ）ＣＳＰＦ８２０によって透過され、その後に偏光はクリーンアップ偏光子８２２によって検光される。面外コンペンセータ（示さず）をシート偏光子とＰＢＳとの間に挿入してシステム性能を改善し得る。

ダイクロイックミラー８０４によって反射された赤色光はｓ−偏光子８２４によって偏光され、ついで折り返しミラー８２６によって反射され、ＰＢＳ８１２によって反射される。半波長リターダ８１４は赤色光をｐ−偏光に変換し、ｐ−偏光ははＰＢＳ８１６を通して赤色反射パネル８２８に透過される。赤色反射パネル８２８から反射された光はＰＢＳ８１６であり、Ｒ／Ｃ ＣＳＰＦ８２０によってｐ−偏光に変換される。ついで、このｐ−偏光された光はクリーンアップ偏光子８２２によって検光される。ここでも、図１７に示すごときさらなる補償方法を用いて、システム性能を改善し得る。

図２２は、スキュー光線偏光解消補償を含む、２パネルを用いる例示的なカラープロジェクションシステムを示している。図２２は、半波長リターダ８１４が、リターデーションを有さないアクロマティック９０°回転子に置換され、ＰＢＳ８１６が直交ＰＢＳ９０４で置換されている以外は図２１と同様である。アクロマティック回転子９０２は、回転子を通過する光の偏光を回転する一方、半波長リターダ８１４は軸のまわりの反射を提供する。光を反射させるかわりに回転させることにより、ＰＢＳ８１２、９０４の方向が直交のかわりに平行となり、青色／緑色反射パネル８１８の位置をＣ／Ｒ ＣＳＰＦ８２０およびクリーンアップ偏光子８２２のものと逆転する。アクロマティック純粋回転子は製造するのにより単純な構造とし得、システムの方向の影響はあまり受けない。例えば、２５０ｎｍのリターデーションおよび角度９０°、−１８.７°、３.９°、−３７.６°、３１.５°および４７.７°を有する複数のポリカーボネートフィルムから形成したスタックは、すべての可視光を効率的に回転し、入力偏光とのその偏光からほぼ独立している。

図２３は、スキュー光線偏光解消補償を含む例示的な１パネル型カラープロジェクションシステムを示している。スキュー光線偏光解消補償を有しないこの単一パネル型の具体例は、さらに、出典明示して本明細書の一部とみなす特許出願番号09/126,330に記載されている。図２３のシステム１０００には、第１の偏光ＰＢＳ１００２、赤色／緑色／青色ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ^ＴＭ１００４、第２のＰＢＳ１００６、反射パネル１００８、アクロマティック面外コンペンセータ１０１０、および出力ｓ−偏光子１０１２が含まれる。入力光１０１４はシステム１０００に入力され、第１の偏光ＰＢＳ１００２によって偏光され、ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ^ＴＭ１００４へと透過される。ＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ^ＴＭ１００４からの光は第２のＰＢＳ１００６を通って進み、反射パネル１００８に入射する。反射パネル１００８は第２のＰＢＳ１００６に光を反射し、第２のＰＢＳ１００６はコンペンセータ１０１０および出力ｓ−偏光子１０１２を通るよう光を反射する。出力ｓ−偏光子１０１２を通って透過される光は出力光１０１６である。

本発明は、色選択的偏光フィルタ（ＣＳＰ）および偏光ビーム分割エレメントを利用する３パネル型プロジェクションシステムのカラーマネージメント・アーキテクチャーに関する。本発明は、出力検光子を省略し得る点において注目すべきアーキテクチャーのセットを構成する。本発明の１の例示的な実施形態には、２のＣＳＰ、３のパネルのうちの２の間で光を分割および合成するための単一偏光ビーム分割エレメントの組合せ、および検光子として使用する出力偏光ビーム分割エレメントが含まれる。この実施形態は、投射経路に単一のＣＳＰを提供する。第２の例示的な実施形態は、出力合成クロマティック偏光ビーム分割を用いる。この実施形態は、いずれの投射経路にもＣＳＰを含む必要性を回避する。第３の例示的な実施形態は、ＣＳＰ性能を向上すべくクロマティックシート偏光子を用いる。いずれの場合においても、投射光学部品の前に直接的に出力ＣＳＰおよびクリーンアップ偏光子を含める必要がなく、それによって、透過率が増大し、投射された光の光学的位相フラットネスを増大することによって映像クリスプネス（imaging crispness）を改善し、コストが低下する。これらの例示的な実施形態を図面を参照して論じ、同じ参照番号は同様の部分を指す。

図２４は、第１、第２、第３および第４の偏光ビーム分割エレメント１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、第１のＣＳＰ１１１０、第２のＣＳＰ１１１２、第３のＣＳＰ１１１４、任意選択のカラーフィルタリングエレメント１１１６、０°に方向付けられた任意選択の半波長板１１１８、４５°に方向付けられた半波長板１１２０、偏光した入力光ビーム１１２８を変調して出力光ビーム１１３０を生成するように作動する第１の反射パネル１１２２、第２の反射パネル１１２４および第３の反射パネル１１２６を含むプロジェクションデバイス１１００を図示する。偏光入力光ビーズ１１２８は、任意の好適な光源により発生されてよく、次に限定されるものではないが、超高圧水銀（ＵＨＰ）ランプ、キセノンランプ、フュージョンランプ（fusion lamp）、（その存在を出典明示して本明細書の一部とみなす）出願番号60/358,517に係る光源または任意の他の好適な光源を含む。光源には、また、好適な投影光学素子も含まれ得る。偏光入力光ビーム１１２８は第１のＣＳＰ１１１０に入射し、第１のＣＰＳ１１１０は、第１の反射パネル１１１２に入射すべき光が、第２および第３の反射パネル１１２４および１１２６に入射すべき光に対して直交偏光するように偏光を回転する。これは、偏光入力光ビーム１１２８の偏光に依存して、特定の波長において適切な偏光回転量をＣＳＰ１１１０に導入させることによって達成し得る。ついで、光は第１の偏光ビーム分割エレメント１１０２に入射し、第１の偏光ビーム分割エレメント１１０２は１の偏光の光を透過し、他の偏光の光を反射する。偏光ビーム分割エレメントは、従来のキューブ型偏光ビームスプリッタであっても、Moxtekワイヤグリッド偏光子であっても、任意の他の好適な偏光ビーム分割エレメントであってよい。

透過型ダイクロイックミラーのごとき任意選択のカラーフィルタリングエレメント１１１６を含めて、反射光の望ましいスペクトル外である任意の光を除去し得る。０°に方向付けられた任意選択の半波長板１１１８を含めて、本明細書中に論じたごとくスキュー光線を補償し得る。

ついで、反射された光は第２の偏光ビーム分割エレメント１１０４に入射し、第２の偏光ビーム分割エレメント１１０４は反射された光を反射して２回反射された光を形成する。ついで、２回反射された光は第１の反射パネル１１２２に入射し、第１の反射パネル１１２２は２回反射された光を変調および反射する。ついで、２回反射された光（カウントする反射は偏光ビーム分割エレメント１１０２、１１０４、１１０６、１１０８によって引き起こされた反射に限定される）は第２のビーム分割エレメントを通って４５°に方向付けられた半波長板１１２０に伝わる。この四分の一波長板１１２０は、２回反射された光の偏光を、第４の偏光ビーム分割エレメント１１０８が２回反射された光を３回目として反射して３回反射された光を形成するように、直交偏光方向に回転する。３回反射された光は偏光ビーム分割エレメント１１０８から出力されて、出力光ビーム１１３０の一部分を形成する。出力光ビームは、任意の好適な投影光学素子によって投射し得、さもなければディスプレイにイメージされ得る。

第１の偏光ビーム分割エレメント１１０２を透過された光は第２のＣＳＰ１１１２に入射し、第２のＣＳＰ１１１２は、第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６が光の一部分を第２の反射パネル１１２４に反射し、光の残りの部分が第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６を通して第３の反射パネルへと透過され得るように、残りのスペクトルの一部分を回転する。第２の反射パネル１１２４は、光を変調し、その光を第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６を通して第３のＣＳＰ１１１４に反射する。第３のＣＳＰ１１１４は、光が第４の偏光ビーム分割エレメント１１０８を透過し、出力光ビームの一部分になるように、第２の反射パネル１１２４から反射された光の偏光を回転しない。第３の反射パネル１１２６は、光を変調し、その光を第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６に反射して戻し、第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６は第３の反射パネル１１２６からの光を第３のＣＳＰ１１１４に向けて反射する。第３のＣＳＰ１１１４は、光が第４の偏光ビーム分割エレメント１１０８を透過し、出力光ビームの一部分になるように、第３の反射パネル１１２６から反射された光の偏光を回転する。

第２および第３の反射パネル１１２４、１１２６からの光は、第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６によって１回反射され、第１、第３および第４の偏光ビーム分割エレメント１１０２、１１０６、１１０８を透過する。それとは逆に、第１の反射パネル１１２２からの光は、第２の偏光ビーム分割エレメント１１０４を１回透過し、第１、第２および第４の偏光ビーム分割エレメント１１０２、１１０４、１１０８を反射される。異なる周波数の光が異なるスループット効率を有することを認識し、かつ、偏光ビーム分割エレメントが透過器（transmitter）よりもより効率的なリフレクターであることを認識することによって、プロジェクションデバイス１１００を設計し、製作し得る。詳細には、光の最小効率のスペクトルは、偏光ビーム分割エレメントのより高い効率によって相殺されるよう第１の反射パネル１１２２に向けるよう選択される。設計時のこの制約により、設計の自由度がより大きくなり、より大きなスループットを許容し、出力偏光子の必要性を不要にする。

図２５は、図２４の例示的態様を図示し、ここでは青色光は第１の反射パネル１１０２に方向付けられ、緑色光は第２の反射パネル１１０４に方向付けられ、赤色光は第３の反射パネル１１２６に方向付けられる。この実施例においては、第１のＣＳＰ１１１０は青色／黄色ＣＳＰであり、任意選択のカラーフィルタリングエレメント１１１６は青色カラーフィルタであり、第２のＣＳＰ１１１２は緑色／マゼンタ色ＣＳＰであって、第３のＣＳＰ１１１４はマゼンタ色／緑色ＣＳＰである。実際には、ＣＳＰ１１１２、１１１４の各々、緑色／マゼンタ色用マゼンタ色／緑色用として、所定のスペクトル遷移勾配（steepness）に対し複屈折フィルムの数を最小限化することが有利である。しかしながら、各々、緑色／赤色および赤色／緑色であるＣＰＳ１１１２、１１１４を使用し得る。あるいは、第２および第３の反射パネル１１２４、１１２６を切り替えて、第２のＣＳＰ１１１２を赤色／シアン色のＣＳＰとし、第３のＣＳＰ１１１４をシアン色／赤色のＣＳＰとするように変化しうる。あるいは、光が望ましい光路に向けられる限り、任意のスペクトルの組合せ、および／または、任意のタイプのＣＳＰを使用し得る。

緑色および赤色パネルからの５８０ｎｍの黄色光の漏れを回避するために、緑色／マゼンタ色およびマゼンタ色／緑色のＣＳＰは、緑色／マゼンタ色のＣＳＰの黄色の遷移がマゼンタ色／緑色のＣＳＰより長い波長に存在しつつ、それらのスペクトルが約１０％を超えてオーバーラップしてはなってはならない。オーバーラップを約１０％以下に維持することによって、５８０ｎｍの光は投射されたスペクトルには実質的に存在しない。したがって、さらなるフィルタリングなしで、飽和された緑色および赤色が達成される。

緑色／マゼンタ色の黄色のカットオフ（cut off）は赤色彩度を決定し、工業標準ＵＨＰランプを用いる場合には約５９５ｎｍとすべきである。マゼンタ色／緑色フィルタの黄色のカットオフは、最も長い緑色波長を決定し、ＵＨＰランプについては約５７０ｎｍであるべきである。前記に説明したごとく、これらの黄色の遷移は＜１０％のオーバーラップを保証しなければならず、したがって１０−９０％の勾配は＜２５ｎｍでなければならない。青色ダイクロイックミラーの遷移は、青色チャネルのスペクトルを決定すべきである。ＵＨＰの場合、遷移は４８０−５２０ｎｍの間であってもよく、システムの測色および明度に僅かな影響を及ぼす。実際には、この遷移は、より長い青色／黄色の遷移が青色パネルに入射するｐ−偏光されたシアン色光を無視し得るように短いべきであり、また、青色／黄色の遷移は長すぎて緑色を黄色すぎることを回避すべきである。良好な折衷案は４９５ｎｍのダイクロイック・カットオフを有し、青色／黄色が５１０ｎｍのカットオフを有することである。緑色／マゼンタ色のＣＳＰおよびマゼンタ色／緑色のＣＳＰのシアン色のカットオフは、青色／黄色のＣＳＰのものよりも短い場合には無視し得る。当該カットオフが、青色／黄色よりも長い場合には、緑色／マゼンタ色のＣＳＰのカットオフは、コントラストのためにマゼンタ色／緑色のＣＳＰについてのカットオフよりも短いべきである。したがって、マゼンタ色／緑色のＣＳＰが、緑色スペクトルのシアン色のカットオフを決定し、また、５３０ｎｍ以下であるべきである。

さらに、コントラストは、一般に、スループットより優先されるため、スキュー光線偏光解消補償を含め得る。この理由から、コントラストに対するＣＳＰの影響は、補償に値し得る。偏光ビームスプリッタ間に挟まれる緑色／マゼンタ色のＣＳＰの場合には、５５０ｎｍのいずれかの側の波長２０ｎｍについて最適化された０°の半波長板を有する回転不変の設計を使用し得る。マゼンタ色／緑色のＣＳＰについては、赤色で作動するように設計された回転不変の設計および半波長が望ましい。青色チャネルに関しては、出力偏光回転子は、リターダの反射対称を有すべきであり、それにより、４５°の単一半波長板を好適な選択とする。入力側に関しては、入力と青色偏光ビームスプリッタとの間の０°における半波長は、これらのエレメント間の悪い偏光解消効果を打ち消し、青色コントラストを増大しうる。入力ＣＳＰに関しては、ｏ−プレートが、青色コントラストを増大しうるが、ｆ／＃＞２.５を有するシステムではｏ−プレートを含めることは費用の面で効果的ではない場合がある。

図２６は、偏光されていない入力光１２０２を使用するプロジェクションデバイス１２００を図示している。第１の偏光ビーム分割エレメント１１０２の各出力ポートにダイクロイックフィルタ１２０４、１２０６を使用することにより、偏光されていない入力光１２０２を使用することができる。この態様はカラースペクトルがオーバーラップするという利点を有する。例えば、第１の反射パネル１１２２が青色反射パネルである場合、ｐ−偏光されたシアン色光は投射された緑色スペクトルの一部分とあり得、ｓ−偏光されたシアン色は投射された青色光に加え得る。ＣＳＰの数が少なくなるので、これは費用も下がる。任意選択の偏光子１２０８も含めて、反射されたｐ−偏光された光を排除し得る。

図２７はダイクロイック入力ビームスプリッタ１３０２を含むプロジェクションデバイス１３００を図示している。図２７には、ダイクロイック入力ビームスプリッタ１３０２の出力ポートに設置されて彩度を改善する任意選択のさらなるトリム（trim）フィルタ１３０４、１３０６が含まれる。出力光１３０８は偏光された光であっても偏光されていない光であってもよい。

図２８は、クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２を有するプロジェクションデバイス１４００を図示している。プロジェクションデバイス１４００は、傾斜したダイクロイック１４０６に入射する偏光されていない入力光１４０４を受ける。傾斜したダイクロイック１４０６は光を色に応じて２のビームに分割する。これらのビームは、カップリングエレメント１４０８によって各々偏光子１４１０に結合される。第１のビーム（緑色光）は偏光ビーム分割エレメント１１０４によって、第１の反射パネル１１２４（例えば、緑色パネル）に反射される。反射パネル１１２４は光を変調し、その光を、偏光ビーム分割エレメント１１０４を通してクロマティック（例えば、赤色）偏光ビーム分割エレメント１４０２に反射する。クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２は、第１の反射パネル１１２４からの光を投影光学素子１４１２（例えば、レンズ）へと反射させる。

第２のビーム（例えば、赤色光および青色光）の一部は、ＣＳＰ４１４（例えば、赤色／青色のＣＳＰ）によって第３の反射パネル１１２８（例えば、青色パネル）に入射すべき光に対して直交である、第２の反射パネル１１２６（例えば、赤色パネル）に入射すべき偏光回転された光を有する。ついで、偏光ビーム分割エレメント１１０４は光の一部分（例えば、赤色）を第２の反射パネル１１２６に反射し、光の他の部分（例えば、青色）を第３のパネル１１２８へと透過する。第２および第３のパネル１１２６、１１２８は光を変調し、その光を反射して偏光ビーム分割エレメント１１０４に戻す。偏光ビーム分割エレメント１１０４は第２のパネル１１２６からの光を透過し、第３のパネル１１２８からの光を反射する。ついで、偏光ビーム分割エレメント１１０４からの光は、クロマティック偏光ビーム分割１４０２に入射する。

クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２は、第２の反射パネル１１２６からの光を、当該クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２を通して投射光学素子１４１２へと透過させる。これは、クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２は、その色（例えば、赤色）の光に対して等方性であるからである。任意の他の色の光に関しては、クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２は、他の偏光ビーム分割エレメント１１０４、１１０６のように作用する。しかしながら、クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２は、他のビーム分割エレメント１１０４、１１０６に対して直交して方向付けられている。この直交方向付けは、クロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２に、透過され、反射された偏光を逆転させる。したがって、図２８は、反射パネル１１２２、１１２４、１１２６とクロマティック偏光ビーム分割エレメント１４０２との間にＣＳＰを配置する必要性を排除している。

あるいは、望ましくない黄色光を投射することを回避するためのトリムダイクロイックフィルタも図２８に含め得る。ダイクロイックを解することにより入力を非テレセントリックして全体のコンポーネントサイズを減少することを可能煮するレンズを、カップリングエレメント１４０８に組み込んでよい。あるいは、傾斜したダイクロイック１４０６をさらなる偏光ビーム分割エレメントおよびＣＳＰに置き換えて、照明角度公差（illumination angular tolerance）を改善し得、入力光の方向（０°または９０°）は、ダイクロイックまたはＣＳＰの性能によって選択される。

図２９は、内部偏光子１５０２、１５０４を有するプロジェクションシステム１５００を図示している。内部偏光子１５０２、１５０４は、第１のパネル１１２２を出力光１１３０の軸、したがってプロジェクション光学素子（示さず）の軸に沿わせる。図２９は、良好な位相フラットネスを有し、サブシステムのコントラストを失うことなく出力ＣＳＰ１１１４における漏れを許容し、良好なプレ偏光エレメントおよびポスト検光エレメントの必要をなくし、また、他の利点を有し得る。

図３０−３３は、内部偏光子１５０２、１５０４を有する別の実施形態を図示している。別の実施形態では、クロマティック偏光子１５０６、１５０８を、偏光ビーム分割エレメント１１０６の前および／または後に使用し得る。クロマティック偏光子１５０６は、１の色バンドでは偏光子として作用するが、別の色バンドでは等方性である。ＣＳＰの後にクロマティック偏光子１５０６を使用して、偏光チャネルを分離し得る。それぞれ特定の偏光バンド及び等方性バンドを有する複数の交差したクロマティック偏光子を含む組合せも使用してもよい。

図２５のシステム１１００は、良好な偏光および高コントラストを維持しつつ、色チャネルを効率よく分割及び再合成する手段を提供する。あるいは、図２５および他の実施形態を、システムにおいて非常に高いシーケンシャルコントラストを達成するように構成しても、および／または、以下のごとき他のシステム性能基準を高めるように変更してもよい：
１．ＡＮＳＩコントラスト−投射経路における反射表面を減少させることによる；
２．ソフトフォーカス−投射経路における非位相平面コンポーネントおよび反射表面を減少させることによる；
３．１つの色のシーケンシャルコントラスト−かかる色カラー（例えば、青色）のチャネルを隔離することによる；
４．物理的なコンパクト性−入力透過軸と出力透過軸との間に９０°の角度を導入することによる；
５．高い白色温度における輝度−青色の透過率を増加させることによる；および
６．耐久性−出力吸収シート偏光子を除去することによる。

システム性能基準は、シーケンシャルの明所視コントラストおよびコンポーネントの詳細を犠牲にして改善し得る。かかる改善点は、ｐ−偏光された光の改善された透過率を有するＰＢＳキューブが市販されており、オフ状態の色およびＡＮＳＩコントラストと比較した場合にシーケンシャルコントラストは限定的ではないので、取り込むことができる。

例えば、システム１１００が緑色における高いシーケンシャルコントラストを有するように、オフ状態における緑色および黄色の漏れを制御することが有利であり得る。これは、第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６を、ｐ−偏光された緑色光をできるだけ少なく反射するよう設計し、スキュー光線偏光解消について第３のＣＳＰ１１１４を補償することによって達成し得る。黄色を抑制するためには、第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６は、ｓ−偏光された光の低い透過率（５７０−５９０ｎｍにおいてＴｓ＜０.１％）を有するよう選択されうる。所望により、システム１１００は、照明システムの中または直後に黄色ノッチ（Ｙ／Ｎ）フィルタを取り込んで、５７０ないし６００ｎｍの波長を除去し得る。これは、かかる波長は、原色を用いるプロジェクションシステムにおいては通常利用せず、かかる波長があることによって設計は複雑化し、および／または第３の偏光ビーム分割エレメント１１０６のコストを増大させるからである。

さらに、入力偏光子とＰＢＳとを置き換えることは、耐久性を向上し、コストを低減し、透過率を増大させ、スキュー光線補償を許容することにより青色／黄色フィルタ性能を改善し得る。光強度が高い場合におけるもう１つの利点は、１つの短波長の光路（または複数の光路）から光を低下させる可能性のある有機ベースのコンポーネントを除去することによって得ることができる。λ／２フィルタは無機クオーツから費用効果的に作成し得るため、青色／黄色フィルタは青色光が通される唯一のポリカーボネートフィルタになる。このフィルタを除去することにより、色選択的ダイクロイックで色分解を行い得る。図３４はこれらの利点を有するシステム１６００を図示している。

図３４には、４のＰＢＳ１６０２、１６０４、１６０６および１６０８と、１の４５°にはめ込まれたダイクロイックビームスプリッタ１６１０が含まれる。第１のＰＢＳ１６０２は、４５°ダイクロイックコーティングにおける複屈折効果からの劣化を回避することによって性能を改善する入力プレ偏光ＰＢＳである。入力プレ偏光ＰＢＳは、更に、耐久性偏光子と比較してより低いコストおよびより高い性能を有するため、有利である。

光は、４５°にはめ込まれたダイクロイックスプリッタ１６１０の前に第１のＰＢＳ、クリーンアップＰＢＳに入り、そこでｐ−偏光された青色光は反射され、透過される赤色光および緑色光から分離される。ついで、青色光は、反射された緑色および赤色のｐ−偏光された光を除去するはぎ取る青色透過垂直入射ダイクロイック１６３２によってスペクトル的にクリーンアップされる。ついで、第１のクオーツ半波長板１６１４は、偏光軸を回転させて、青色を主に一次ｓ−偏光させ、同時にスキュー光線偏光回転を補正する。ｓ−偏光された青色光は第２のＰＢＳ１６０４を反射し、青色パネル１６１６を照らす。ＯＮ−状態においては、この光は青色パネル１６１６によってｐ−偏光された光に変換され、第２のＰＢＳ１６０４を透過させられる。第２のクオーツ板１６１８は偏光を回転してｓに戻し、その結果、ｓ−偏光は、第４のＰＢＳ１６０８から反射される。ついで、この光はプロジェクション光学素子１６２０によって投射される。

ダイクロイックビームスプリッタ１６１０を透過したｐ−偏光された緑色光および赤色光は、ダイクロイックビームスプリッタ１６１０のダイクロイックコーティングの性能に依存して青色光成分を有し得る。赤色スペクトルの汚染を回避するためには、この青色光を、任意選択の垂直入射黄色透過ダイクロイック１６２２を用いて取り除く。ついで、透過光の色バンドは、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋによって製造されているＧＭ ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ^ＴＭフィルタ（ＧＭＴ１）のごとき緑色／マゼンタ色フィルタ１６２４によって、緑色パネル１６２６および赤色パネル１６２８に隣接する第３のＰＢＳ１６０６がかかるパネル１６２６、１６２８へと進行する光を分離し、ついで反射光を合成するように、ｓ−偏光された緑色成分およびｐ−偏光された赤色成分に分離する。合成された光はパネルがＯＮである場合には緑色パネル１６２６の反対側の第３のＰＢＳ１６０６から出て、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋからのＭＧ ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ^ＴＭフィルタ（ＭＧＴ１）のごときマゼンタ色／緑色フィルタ１６３０は、赤色を生成する黄色のｐ−偏光された光に対して緑色偏光を回転する。この光は第４のＰＢＳ１６０８を透過し、青色パネル１６１６からのｓ−偏光された青色光と一緒に投射される。システム１６００は、非−青色光を取り除く青色ダイクロイックフィルタ１６３２を含むことによってさらに改善され得る。

望ましくない黄色（５７５−５９０ｎｍ）の光は緑色パネル１６２６に入射する。これは、入力「広スペクトル」緑色／マゼンタ色フィルタ１６２４によって緑色として取り扱われる一方、より狭いマゼンタ色／緑色フィルタ１６３０はこの波長をより長い赤色波長と一緒に取り扱うからである。したがって、この黄色光は第４のＰＢＳ１６０８に入る前にｓ−偏光され且つ投射されず、それにより、飽和された原色が投射されることを可能にする。

図３４は緑色漏れが前記した方法によって制御される場合には良好なコントラストを提供する。照明アームにおける偏光の完全性に関して配慮がされるならば、一般に、コントラストは更に改善される。スペクトルの観点からすると、ダイクロイックビームスプリッタ１６１０のダイクロイックコーティングはｐ−偏光された光に対して良好な性能を有し得、ｓ−偏光された光に対しては低い性能を有し得る。事実、ダイクロイックコーティングには最小限のｓ−偏光された光しか入射されるべきでないので、ｓ−偏光された光に対する具体的な影響は必要でない。しかしながら、ｓ−偏光の低い透過率は、スペクトルの緑色および赤色部分におけるＴｓに関して第１のＰＢＳ１６０２が有する特性（specification）を低下し得る。

ダイクロイックビームスプリッタ１６１０は、ガラスキューブに嵌め込まれてシステムのサイズを減少させ、入射照明光線角度を低下させ、かつ、システム１６００全体を通るテレセントリシティーを維持している。一般的に、一体化レンズは光を偏光解消するように作用するため、テレセントリシティーは偏光混合を回避するために有利である。また、ガラスにダイクロイックを嵌め込むことは、連続するビーム分割キューブ間のスキュー光線の幾何学偏光軸の回転を合致する。このことは、ダイクロイックスプリッタのｓ−偏光軸またはｐ−偏光軸のいずれかに沿ってよく偏光されない光線は、偏光を減少する複屈折を経験し、システム性能を損なうので有利である。この利点が、平行コーティングされた表面を有する第１のＰＢＳ１６０２を用いる理由である。かかる第１のＰＢＳ１６０２は、各光線を正確に偏光し、ダイクロイック界面における偏光の混合を回避するように作用するからである。それでもなお、システム１６００におけるダイクロイックコーティングに用いるガラスと他のプリズムに用いるガラスの屈折率におけるミスマッチは、最少のまたは許容し得る量のスキュー光線偏光のミスマッチを生じ得る。

ダイクロイックミラーを嵌め込むことは、ｓ−偏光された光およびｐ−偏光された光の遷移バンドを分離する。これにより、ダイクロイックビームスプリッタ１６１０は、スペクトルのある領域についてＰＢＳのように作用する。図３４においては、ダイクロイックビームスプリッタ１６１０は、緑色および赤色偏光をクリーンアップするように作用する。さらに、より高い屈折率を有するガラスにダイクロイックコーティングを嵌め込むことにより、ダイクロイックコーティングに入射する光線角度が下がり、入射角度が透過率の傾斜に与える拡大効果が低下する。有利には、低弾性ガラス材料を用いて、圧力複屈折を減少し得る。

緑色／マゼンタ色フィルタ１６２４とマゼンタ色／緑色フィルタ１６３０の遷移領域の間の光は、第３のＰＢＳ１６０６によって検光され得る。外部フィルタリングがないとして、これらの波長における漏れは、単純に、第３のＰＢＳ１６０６のｓ−偏光された光の透過である。第３のＰＢＳ１６０６に入るシアン色光はバンドパスダイクロイックによって制御し得るため、約５７５ないし約５９０ｎｍの黄色光線は、Ｔｓが低い（例えば、第３のＰＢＳ１６０６がＴｓ＜０.０５％を有する）場合には十分に除去される。しかしながら、第３のＰＢＳ１６０６についてこのスペクトル領域のいずれかの側のＴｐ値を高くするというほぼ衝突する目的は、この黄色光を別々に制御するのに有利となる。例えば、さらなる偏光子なしに偏光変換照明システムを利用する場合には、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋからのＹ／Ｎ ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ^ＴＭフィルタのごとき、フリースタンディングの、低コストの、反射防止コーティングされたポリカーボネート黄色／ニュートラルフィルタを用い得る。あるいは、黄色／ニュートラルのダイクロイックまたはドープした吸収ガラスフィルタを用い得る。あるいは、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋからのＤ／Ｎ ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ^ＴＭフィルタのごとき外部二重ノッチフィルタを用い得る。二重ノッチフィルタの例示的なスペクトルを図３５に図示する。

図３６は、図３４で使用した例示的フィルタのスペクトルを図示する。フィルタのスペクトルは、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋからのＭＧＴ１およびＧＭＴ１ ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ^ＴＭフィルタの平行偏光子ＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ^ＴＭフィルタのスペクトルについてである。しかしながら、好適なフィルタスペクトルを有するいずれのフィルタも用い得る。

光の入射角は、垂直入射のダイクロイックフィルタの性能に対して最小限の影響を有する。したがって、シャープな透過率および良好な抑制が典型的である。例えば、図３７は青色および黄色を透過するダイクロイック板の透過スペクトルを図示している。

図３８は、図２５のシステムと比較した図３４のシステムの青色および赤色の透過率を図示する。赤色が不足したシステムにおいては、２０％の増加が生じ、青色が不足したシステムにおいては、＞３０％の増加が生じている。さらに、図３４のシステムでは、ＡＮＳＩコントラストが向上され、ソフトフォーカスの問題が最小限となっている。

図３４に類似する他の例示的な実施形態も用い得る。例えば、緑色パネル１６２６および赤色パネル１６２８は、緑色／マゼンタ色フィルタ１６２４およびマゼンタ色／緑色フィルタ１６３０の位置を変えることによって図３４のシステム１６００において位置を変え得る。この実施形態により、より良好な特性を有するフィルタの使用を許容し得、あるいは他の利点を有し得る。もう１つの例示的な実施形態には、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋからのＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔ ｙ／ｎフィルタのごとき回転的に不変の黄色ニュートラルフィルタが含まれ、これは緑色および赤色において非常に低いＴｓを有するダイクロイックビーム分割エレメントを利用している。これは、偏光変換システムが必要とされないため、有利である。もう１つの例示的な実施形態には、Ｍｏｘｔｅｋによって製造されるごときワイヤグリッド偏光子およびＯ−プレートが含まれる。更にもう１つの例示的な実施形態には、λ／２波長板の代わりに用いる回転子が含まれる。これらの回転子は、ＣｏｌｏｒＬｉｎｋから入手可能なＣｏｌｏｒＳｅｌｅｃｔフィルタのごとき、偏光子を回転させるように作用する複数の複屈折層を有するフィルタであり得る。回転子の性能はよりアクロマティックとすることができ、また、回転子は、クオーツ板よりもコストのかからないコンポーネントのため、有利である。クオーツを単一のポリカーボネートで置き換えることも、コストを下げる解決策でありうるが、現在用いられている製造過程によってもたらされる単一層コンポーネントにおける非均一性は、多層回転子解法と比較した場合より顕著である。

図３９は、赤色および緑色の反射ダイクロイックビームスプリッタを有するもう１つの例示的なシステム１７００を図示する。図３９のシステム１７００には、実質的に同じように作動する図３４のシステム１６００の多くのエレメントが含まれている。他のエレメントには、任意選択の黄色／ニュートラルフィルタ１７０２ならびに赤色および緑色のｐ−偏光された光を反射する赤色および緑色ダイクロイック１７０４が含まれる。

内部偏光子を含むすべての前記アーキテクチャーにおいては、ダイクロイックを用いてｐ−偏光された反射を回避している。スキュー光線偏光補正を用い得る。最終的に、入力偏光ビーム分割エレメントは、ダイクロイックスプリッタまたは別の板偏光ビーム分割エレメントを利用し得る。また、シート偏光子を用いて、出力ＣＳＰおよび偏光子を用いる場合のフィルタ性能を改善し得る。

前記の補償技術は、大部分のＣＳＰＦ／ＰＢＳアーキテクチャーにおけるスキュー光線偏光解消を補償することができ、また、カラープロジェクションシステムに限定されるものではない。かかる技術は、すべての種類のビームスプリッタにも良好に等しく適用される。次に限定されるものではないが、ビームスプリッタには、ＰＢＳ、ダイクロイックビームスプリッタ、部分的に銀メッキされたミラービームスプリッタのごとき部分的に透過性の鏡面などが含まれる。さらに、これらの技術は、伝播方向に対して垂直以外の角度にある一連の反射表面を光が通過して偏光の完全性を維持する任意のシステムにおいても使用し得る。

本明細書に記載する補償スタックは、固体結晶、延伸ポリマー、液晶ポリマー、または他の材料のごとき任意の好適な材料から作成し得る。液晶ポリマーは二重のホモジニアス配向、スプレイ配向（ホモジニアス／ホメオトロピック）または任意の好適な配向を有し得る。補償型リターダスタックをプロジェクションディスプレイのカラーマネージメントのコンテキストにおいて論じたが、かかるスタックは多数の用途に使用し得る。多数の用途には、特に、イメージキャプチャーまたは放射分析用の色分解、照明、および近赤外線オプティカルコミュニケーションが含まれる。

例示的な光源には、ウシオ、東芝、Perkin−Elmer、Phoenixほかから入手可能である小さいアークサイズを有する超高圧水銀アークランプが含まれる。これらの光源は、緑色および青色光に富むが、赤色光が不足している。また、これらの光源は、ポリカーボネートフィルムのごとき有機材料を劣化し得る相当量のＵＶ光を生成する。上記のような、または、任意の好適な光源を用いて、前記したシステムのための光を提供し得る。黄色の二重ノッチフィルタ、入力ＰＢＳ、ダイクロイックビームスプリッタ、黄色透過ダイクロイック、緑色／マゼンタ色フィルタ、緑色／赤色ＰＢＳ、マゼンタ色／緑色フィルタ、出力ＰＢＳ、青色透過ダイクロイック、入力青色偏光回転フィルタ、青色ＰＢＳおよび出力青色偏光フィルタの例示的な実施形態を以下の表に掲載する。

本明細書に記載した例示的な実施形態は、特定の色または色の組合せに参照して記載し得るが、他の色も可能であることは理解されるべきである。例えば、カラーフィルタは、赤色／青色、青色／緑色、赤色／緑色、加法混色の原色およびその相補的な減法混色の原色またはシステム基準が指図するいずれか他の色対が含まれる。

本明細書に用いる回転とは純粋な光学回転に限定されるものではなく、光学回転を生じる任意の変換または光学回転を生じる他の効果も含む。例えば、４５°の半波長板は線状状態を、リターデーションを介して直交線状状態に変換し得る。

本発明の幾つかの実施形態およびその利点を詳細に記載したが、本発明の教示、添付する特許請求の範囲によって記載される本発明の意図および範囲から逸脱することなく、変化、置換、変換、修飾、変形、変更および交換をそれに対してなし得ることは理解されるべきである。

図１は、垂直入射にて平行偏光子を通して見た先行技術の回転非耐性のＲｅｄ／Ｂｌｕｅフィルタのスペクトルを示し、ここで実線の軌跡は設計軸に沿った入力／出力光を示し、破線の軌跡は設計軸に対して１０°の入力／出力光を示す。 図２は、対を形成する偏光ビームスプリッタの間の先行技術の回転非耐性のＲｅｄ／Ｂｌｕｅフィルタのスペクトルを示す。方位角が平均化された出力スペクトルは０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角にわたってプロットされ、２０℃は最大のサイドローブ漏れを与える。 図３は、対を形成する偏光ビームスプリッタ間の先行技術のＧｒｅｅｎ／Ｍａｇｅｎｔａ回転非耐性フィルタの方位角が平均化された出力スペクトルを示す。方位平均化した出力スペクトルは０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角についてプロットしているが、後者は最大のサイドローブ漏れを与える。 図４は、スキュー光線がその回転した偏光を有すること、一方垂直および面内スキュー光線は回転したその偏光を有していないことを示している図である。 図５は、６００ｎｍフィルム（５０５ｎｍ ５０％ポイント）および０.００５％のサイドローブを用いた５０：５０のデューティー比スタックの交差した偏光子スペクトルを示している。 図６は、６００ｎｍフィルム（５０５ｎｍ ５０％ポイント）および０.００５％のサイドローブを用い、π／４回転した、５０：５０のデューティー比スタックの交差した偏光子スペクトルを示している。 図７は、６００ｎｍフィルム（５０５ｎｍ ５０％ポイント）および０.００５％のサイドローブを用い、π／４回転した、さらにπ／２のさらなる６００ｎｍフィルムを有する５０：５０のデューティー比スタックの交差した偏光子スペクトルを示している。 図８は、表２の設計についてπ／４で方向付けたスタックを用いた最大サイドローブ漏れを示している。 図９は、本発明の例示的実施形態を用いて平行偏光子を通して見た回転非耐性Ｒｅｄ／Ｂｌｕｅフィルタのスペクトルを示し、ここに実線軌跡は設計軸に対して平行に偏光および分析した入力／出力光を示しており、破線軌跡は設計軸に対して１０°で偏光および分析した入力／入力光を示す。 図１０は、直交面を有する対を形成する偏光ビームスプリッタ間の半波長の付加を有する回転不変性のＲｅｄ／Ｂｌｕｅフィルタのスペクトルを示している。出力は０°、５°、１０°、１５°および２０°の照明半円錐角度にわたって均一平均化しており、後者は最高のサイドローブ漏れを与える。 図１１は、交差した面を有するＰＢＳの間に波長選択的な光学軸方向を有する半波長リターダＣＣＳＰＦを含むスキュー光線補正した構造を示している。 図１２は、平行面を有するＰＢＳの間に純粋回転ＣＣＳＰＦを含むスキュー光線補正した構造を示している。 図１３は、本発明のもう１つの例示的な実施形態に従って０°、５°、１０°、１５°および２０°の半円錐角度にわたって均一平均した対を形成する偏光ビームスプリッタの間のＧｒｅｅｎ／Ｍａｇｅｎｔａ回転不変性のフィルタのスペクトルを示している。 図１４は、φの関数としてのθのグラフを示している。 図１５は、シート偏光子およびＰＢＳの間のスキュー光線偏光解消を補償するために用いた面外単軸スタックを示している。 図１６は、ＣＣＳＰＦおよび偏光ビームスプリッタを用いるＣＯＬＯＲＱＵＡＤ^ＴＭカラーマネージメントシステムを示している。 図１７は、ＣＣＳＰＦを用いるもう１つの例示的なＣＯＬＯＲＱＵＡＤ^ＴＭカラーマネージメントシステムを示している。 図１８は、ＣＣＳＰＦおよびＰＢＳを用いる９０°ＣＯＬＯＲＱＵＡＤ^ＴＭカラーマネージメントシステムを示している。 図１９は、スキュー光線偏光解消補償を含む３パネル式カラープロジェクションシステムを示している。 図２０は、スキュー光線偏光解消補償を含む２パネル式の例示的なカラープロジェクションシステムを示している。 図２１は、スキュー光線偏光解消補償を含むもう１つの２パネル式の例示的なカラープロジェクションシステムを示している。 図２３は、スキュー光線偏光解消補償を含む単一パネル式プロジェクションシステムを示している。 図２４は、本発明の第１の例示的な実施形態によるプロジェクションシステムを図示している。 図２５は図２４の例示的な実施形態を図示しており、ここでは青色光が第１の反射パネルに対して方向付けられている。 図２６は、非偏光入力光を用いるプロジェクションデバイスを図示している。 図２７は、ダイクロイック入力ビームスプリッタを含むプロジェクションデバイスを図示している。 図２８は、着色偏光ビームス分割エレメントを有するプロジェクションデバイスを図示している。 図２９は、第１の例示的な実施形態による内部偏光子を有するプロジェクションシステムを図示している。 図３０は、第２の例示的な実施形態による内部偏光子を有するプロジェクションシステムを図示している。 図３１は、第３の例示的な実施形態による内部偏光子を有するプロジェクションシステムを図示している。 図３２は、第４の例示的な実施形態による内部偏光子を有するプロジェクションシステムを図示している。 図３３は、第５の例示的な実施形態による内部偏光子を有するプロジェクションシステムを図示している。 図３４は、本発明によるもう１つの例示的なシステムを図示している。 図３５は例示的な二重ノッチフィルタのスペクトルを図示している。 図３６は、図３４で使用した例示的なフィルタセットのスペクトルを図示している。 図３７は、青色および黄色透過型ダイクロイック板の透過スペクトルを図示している。 図３８は、図２５のシステムと比較した図３４のシステムの青色および赤色の透過率を図示している。 図３９は、赤色および緑色の反射ダイクロイックビームスプリッタを有するもう１つの例示的なシステムを図示している。

Claims (76)

1. 少なくとも３のリターダを含み、ここに該少なくとも３のリターダが実質的にリターデーションを導入することなく第１のスペクトルの光の光学回転を引き起こす光学フィルタ。
2. 少なくとも３のリターダが第２のスペクトルの光に対して等方性である請求項１記載のフィルタ。
3. さらに、バイアスリターダを含み、ここに該バイアスリターダおよび該少なくとも３のリターダが約半波長のリターデーションを有する請求項２記載のフィルタ。
4. フィルタが第１のスペクトルおよび第２のスペクトルにおいてアクロマティック（achromatic）半波長リターダである請求項３記載のフィルタ。
5. フィルタが実質的に波長安定な固有偏光を有する請求項３記載のフィルタ。
6. 光学回転が９０°の光学回転である請求項１記載のフィルタ。
7. 少なくとも３のリターダの光学回転が第１のスペクトルにおいてアクロマティックである請求項１記載のフィルタ。
8. 少なくとも３のリターダが実質的に波長安定な固有偏光を有する請求項１記載のフィルタ。
9. さらに、少なくとも３のリターダとの光学連続中に第１のビームスプリッタを含む請求項１記載のフィルタ。
10. 第１のビームスプリッタが偏光ビームスプリッタである請求項９記載のフィルタ。
11. 第１のビームスプリッタがダイクロイックビームスプリッタである請求項９記載のフィルタ。
12. 第１のビームスプリッタが部分的に金属被覆されたミラービームスプリッタである請求項９記載のフィルタ。
13. さらに、少なくとも３のリターダおよび第１のビームスプリッタとの光学連続中に第２のビームスプリッタを含む請求項９記載のフィルタ。
14. さらに、第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタを含み、
    ここに少なくとも３のリターダが第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとの間に存在し；および
    ここに第１のビームスプリッタのスキュー光光線偏光効果が少なくとも３のリターダおよび第２のビームスプリッタのスキュー光光線偏光効果によって補われる請求項１記載のフィルタ。
15. 第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタが共通の垂直ベクトルを有する請求項１４記載のフィルタ。
16. さらに、少なくとも３のリターダがバイアスリターダを含んで、少なくとも３のリターダのリターデーションが実質的にリターデーションを有しないようにする請求項１記載のフィルタ。
17. 少なくとも３のリターダを含み、ここに少なくとも３のリターダが第１のスペクトルの光に対して半波長板として作用し；および
    ここに少なくとも３のリターダが第２のスペクトルの光に対してπ／４ずれた光学軸を有する半波長板として作用する光学フィルタ。
18. 少なくとも３のリターダが第１のスペクトルにおいては０Ｅの方向および第２のスペクトルにおいては４５Ｅの方向を有する半波長板として作用する請求項１７記載の光学フィルタ。
19. 少なくとも３のリターダが第１のスペクトルおよび第２のスペクトルの少なくとも１において波長安定な半波長リターデーションおよび波長安定な固有偏光を有する請求項１７記載のフィルタ。
20. 少なくとも３のリターダが第１のスペクトルおよび第２のスペクトルにおいてアクロマティックである請求項１７記載のフィルタ。
21. さらに、少なくとも３のリターダとの光学連続中に第１のビームスプリッタを含むを請求項１７記載のフィルタ。
22. 第１のビームスプリッタが偏光ビームスプリッタである請求項２１記載のフィルタ。
23. 第１のビームスプリッタがダイクロイックビームスプリッタである請求項２１記載のフィルタ。
24. 第１のビームスプリッタが部分的に金属被覆されたミラービームスプリッタである請求項２１記載のフィルタ。
25. さらに、少なくとも３のリターダおよび第１のビームスプリッタとの光学連続中に第２のビームスプリッタを含む請求項２１記載のフィルタ。
26. 第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタが直交垂直ベクトルを有する請求項２５記載のフィルタ。
27. さらに、第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタを含み、
    ここに少なくとも３のリターダが第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとの間に存在し；および
    ここに第１のビームスプリッタのスキュー光光線偏光効果が少なくとも３のリターダおよび第２のビームスプリッタのスキュー光光線偏光効果によって補われる請求項１７記載のフィルタ。
28. さらに、カラープロジェクションシステムを含む請求項１７記載のフィルタ。
29. 少なくとも３のリターダが面外単軸コンペンセータである請求項１７記載のフィルタ。
30. 少なくとも３のリターダが約２６.０°ないし２６.５°の光学軸θを有する請求項２９記載のフィルタ。
31. 少なくとも３のリターダが、少なくとも３のリターダの設計軸の方向に沿った実質的に波長安定な固有偏光を有する請求項１７記載のフィルタ。
32. リターデーションを導入することなく第１のスペクトルの光を光学的に回転させる工程を含む光学フィルタリング方法。
33. 光学的に回転することを３またはそれを超えるリターダによって行う請求項３２記載の方法。
34. ３またはそれを超えるリターダが第１のスペクトルにおいてアクロマティックである請求項３３記載の方法。
35. ３またはそれを超えるリターダが実質的に波長安定な固有偏光を有する請求項３３記載の方法。
36. さらに、光を２の異なる光路に分離することを含む請求項３２記載の方法。
37. 分離することを偏光に従う請求項３６記載の方法。
38. 分離することを光波長に従う請求項３６記載の方法。
39. さらに、光の２の異なる光路への第１の分離；
    光の２の異なる光路への第２の分離を含み、ここに光学回転が、光学回転がスキュー光線方向から実質的に独立するように、第１の分離の後であるが第２の分離の前に生じる請求項３２記載の方法。
40. さらに、変化しなかった第２のスペクトルの光を伝達することを含む請求項３２記載の方法。
41. 光学回転が９０°光学回転である請求項３２記載の方法。
42. 第１のスペクトルの光を遅らせ；ついで
    第２のスペクトルの光を遅らせる工程を含み、
    ここに半波長のリターデーションが第１のスペクトルの遅れる光によって提供され；および
    ここにπ／４ずれた光学軸を有する半波長板に等価なリターデーションが第２のスペクトルの遅れる光によって提供される光学フィルタ方法。
43. 第１のスペクトルの遅れる光および第２のスペクトルの遅れる光がアクロマティックである請求項４２記載の方法。
44. さらに、光を２の異なる光路に分離することを含む請求項４２記載の方法。
45. 分離することを偏光に従う請求項４４記載の方法。
46. 分離することを光の波長に従う請求項４４記載の方法。
47. さらに、光の第１の光路および第２の光路への第１の分離；
    光の第３の光路および第４の光路への第２の分離を含み、
    ここに第２の分離のスキュー光光線偏光効果と合致するように光学リターデーションによって第１の分離のスキュー光光線偏光効果が補償されるように、第１の分離の後であるが第２の分離の前に光学リターデーションが生じる請求項４２記載の方法。
48. 第１の光路および第３の光路が平行であり；および
    第２の光路および第４の光路が逆平行である請求項４７記載の方法。
49. 第１のスペクトルの遅れる光および第２のスペクトルの遅れる光が実質的に波長安定な固有偏光を有する請求項４２記載の方法。
50. 半波長板；および
    互いに直交に方向付けられた一対のビームスプリッタを含み、該一対のビームスプリッタが半波長板をサンドイッチしている光学配置。
51. 一対のビームスプリッタが一対の偏光ビームスプリッタである請求項５０記載の配置。
52. 第１の光光線を分割して第２の光光線を形成し；
    第２の光光線を半波長のリターデーションでもって遅らせて第３の光光線を形成し；ついで
    第３の光光線を分割する工程を含む光をフィルタする方法。
53. 第１の光光線を分割することおよび第２の光光線を分割することが偏光分割である請求項５２記載の方法。
54. 平面偏光子；
    ビームスプリッタ；および
    該平面偏光子とビームスプリッタとの間の面外リターダを含む光学配置。
55. 面外リターダが色選択的偏光フィルタである請求項５４記載の配置。
56. 平面偏光子が面外リターダの光学軸を含む面に対して平行または垂直の伝達軸を有する請求項５４記載の配置。
57. ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタである請求項５４記載の配置。
58. 入射光光線を偏光させて偏光光光線を形成し；
    偏光光光線を面外リターダで遅らせて遅れた光光線を形成し；ついで
    遅れた光光線を分割する工程を含む光をフィルタする方法。
59. 面外リターダが色選択的偏光フィルタである請求項５８記載の方法。
60. 第１のスペクトルの光を変調する第１の反射パネル；
    第２のスペクトルの光を変調する第２の反射パネル；
    第３のスペクトルの光を変調する第３の反射パネル；および
    少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントを含み、
    ここに第１および第２のスペクトルの光が第３のスペクトルの光よりも少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントにより多く通って伝達され、
    ここにスループットが存在せず、偏光ビーム分割エレメントを通る伝達または反射と関連する損失が排除された場合に、第３のスペクトルの光の光源強度またはスループット効率が第１または第２のスペクトルの光源強度またはスループット効率よりも低いカラーマネージメント・アーキテクチャー。
61. 少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントから出力された光が出力アナライザーに入射しない請求項６０記載のアーキテクチャー。
62. 第１の反射パネルで光の第１のスペクトルを変調し；
    第２の反射パネルで光の第２のスペクトルを変調し；ついで
    第３の反射パネルで光の第３のスペクトルを変調することを含み、
    ここに第１および第２のスペクトルの光は第３のスペクトルの光よりも少なくとも４の偏光ビーム分割エレメントにより多く通って伝達され、および
    ここにスループットが存在せず、偏光ビーム分割エレメントを通る伝達または反射と関連する損失が排除された場合に、第３のスペクトルの光のスループット効率が第１または第２のスペクトルの光のスループット効率よりも低いカラーマネージメントシステムを提供する方法。
63. 光の第１のスペクトルを変調する第１の反射パネル；
    第１の偏光ビーム分割エレメントに近接する、光の第２のスペクトルを変調する第２の反射パネル；
    第２の偏光ビーム分割エレメントに近接する、光の第３のスペクトルを変調する第３の反射パネル；および
    クロマティック偏光ビーム分割エレメントを含み、
    ここに第１および第２の偏光ビーム分割エレメントが第１の偏光の光を反射し、第１の偏光に直交する光を伝達し；および
    ここにクロマティック偏光ビーム分割エレメントが第１のスペクトルの第１の偏光の光を伝達し、第１の偏光に直交する光を反射するカラーマネージメント・アーキテクチャー。
64. さらに、クロマティック偏光ビーム分割エレメントの間の偏光回転エレメントの不存在を含む請求項６３記載のアーキテクチャー。
65. 第１の偏光ビーム分割エレメント、偏光ビーム分割エレメントおよびクロマティック偏光ビーム分割エレメントが互いに直交に方向付けられた反射表面を有する請求項６３記載のアーキテクチャー。
66. 入力偏光ビームスプリッタ；
    入力偏光ビームスプリッタからの第１のスペクトル、第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第１のスペクトルを含む光を受ける第１の偏光ビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第２の偏光ビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第３の偏光ビームスプリッタ；
    第１の偏光ビームスプリッタに近接する、第１のスペクトルの光を変調する第１のパネル；
    第２の偏光ビームスプリッタに近接する、第２のスペクトルの光を変調する第２のパネル；および
    第２の偏光ビームスプリッタに近接する、第３のスペクトルの光を変調する第３のパネルを含み、
    ここにダイクロイックビームスプリッタの反射表面が入力偏光ビームスプリッタの反射表面に対して光学的に平行であるディスプレイ・アーキテクチャー。
67. さらに、黄色／ニュートラルフィルタ、ダイクロイックビームスプリッタと黄色／ニュートラルフィルタとの間に光学的にサンドイッチされた入力偏光ビームスプリッタを含む請求項６６記載のアーキテクチャー。
68. さらに、ダイクロイックビームスプリッタと第１の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第１のスペクトルの光を伝達する第１のダイクロイックフィルタ；および
    ダイクロイックビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を伝達する第２のダイクロイックフィルタを含む請求項６６記載のアーキテクチャー。
69. さらに、ダイクロイックビームスプリッタとダイクロイックビームスプリッタとの光学的に間の第１の無機λ／２板；および
    第１の偏光ビームスプリッタと第３の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第２の無機λ／２板を含む請求項６６記載のアーキテクチャー。
70. 第１の無機板および第２の無機板がクウォーツからなる請求項６９記載のアーキテクチャー。
71. さらに、光の第２のスペクトルを回転するが、光の第３のスペクトルは実質的に回転しない第１の偏光回転フィルタ；および
    光の第３のスペクトルを回転するが、光の第２のスペクトルは実質的に回転しない第２の偏光回転フィルタを含む請求項６８記載のアーキテクチャー。
72. 第１の偏光回転フィルタおよび第２の偏光回転フィルタがリターダスタックである請求項６９記載のアーキテクチャー。
73. 入力偏光ビームスプリッタ；
    入力偏光ビームスプリッタからの第１のスペクトル、第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第１のスペクトルを含む光を受ける第１の偏光ビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第２の偏光ビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第３の偏光ビームスプリッタ；
    第１の偏光ビームスプリッタに近接する、第１のスペクトルの光を変調する第１のパネル；
    第２の偏光ビームスプリッタに近接する、第２のスペクトルの光を変調する第２のパネル；
    第２の偏光ビームスプリッタに近接する、第３のスペクトルの光を変調する第３のパネル；
    ダイクロイックビームスプリッタと第１の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第１のスペクトルの光を伝達する第１のダイクロイックフィルタ；
    ダイクロイックビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を伝達する第２のダイクロイックフィルタ；
    ダイクロイックビームスプリッタとダイクロイックビームスプリッタとの光学的に間の第１の無機λ／２板；
    第１の偏光ビームスプリッタと第３の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第２の無機λ／２板；
    光の第２のスペクトルを回転するが、光の第３のスペクトルは実質的に回転しない第１の偏光回転フィルタ；および
    光の第３のスペクトルを回転するが、光の第２のスペクトルは実質的に回転しない第２の偏光回転フィルタを含み、
    ここにダイクロイックビームスプリッタの反射表面が入力偏光ビームスプリッタの反射表面に対して光学的に平行であるディスプレイ・アーキテクチャー。
74. さらに、黄色／ニュートラルフィルタを含み、入力偏光ビームスプリッタがダイクロイックビームスプリッタおよび黄色／ニュートラルフィルタの間に光学的にサンドイッチされる請求項７３記載のアーキテクチャー。
75. ｏ−板の光学的に前の入力ワイヤーグリッド偏光子；
    入力ワイヤーグリッド偏光子およびｏ−板からの第１のスペクトル、第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を含む光を受けるダイクロイックビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第１のスペクトルを含む光を受ける第１の偏光ビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第２の偏光ビームスプリッタ；
    ダイクロイックビームスプリッタからの第２のスペクトルおよび第３のスペクトルを含む光を受ける第３の偏光ビームスプリッタ；
    第１の偏光ビームスプリッタに近接する、第１のスペクトルの光を変調する第１のパネル；
    第２の偏光ビームスプリッタに近接する、第２のスペクトルの光を変調する第２のパネル；
    第２の偏光ビームスプリッタに近接する、第３のスペクトルの光を変調する第３のパネル；
    ダイクロイックビームスプリッタと第１の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第１のスペクトルの光を伝達する第１のダイクロイックフィルタ；
    ダイクロイックビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第２のスペクトルおよび第３のスペクトルの光を伝達する第２のダイクロイックフィルタ；
    ダイクロイックビームスプリッタとダイクロイックビームスプリッタとの光学的に間の第１の無機λ／２板；
    第１の偏光ビームスプリッタと第３の偏光ビームスプリッタとの光学的に間の第２の無機λ／２板；
    光の第２のスペクトルを回転するが、光の第３のスペクトルは実質的に回転しない第１の偏光回転フィルタ；および
    光の第３のスペクトルを回転するが、光の第２のスペクトルは実質的に回転しない第２の偏光回転フィルタ
    を含むディスプレイ・アーキテクチャー。
76. 入力偏光ビームスプリッタで光を偏光し；
    入力偏光ビームスプリッタから受けた光を、入力偏光ビームスプリッタの反射表面に対して光学的に平行な反射表面を有するダイクロイックビームスプリッタで第１の部分および第２の部分に分割し；
    光の第１の部分を第１の偏光ビームスプリッタで第１のパネルに方向付け、ここに第１のパネルは光の第１の部分を変調および反射し；
    光の第２の部分を第２の偏光ビームスプリッタで光の第３の部分および光の第４の部分に分割し、光の第３の部分は第２のパネルに方向付けられ、光の第４の部分は第３のパネルに方向付けられ、第２のパネルは光の第３の部分を変調および反射し、第３のパネルは光の第４の部分を変調および反射し；
    光の変調および反射された第３および部分を第２の偏光ビームスプリッタで結合して光の第５の部分を形成し；ついで
    光の変調および反射された第１の部分を第３の偏光ビームスプリッタで光の第５の部分と結合する
    ことを含む光を投射する方法。

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