JP4199007B2 - 偏光ビームスプリッタを備える画像投影システム - Google Patents
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Description
F/#=1/(2n sinΘ)
と定義され、nは光学素子が配置されている空間の屈折率であり、Θは半円錐角である。Fナンバーが小さいほど、レンズによって集められる放射フラックスΘcは大きくなり、明るい画像を表示するデバイスの効率がよくなる。放射フラックスは、F/#の逆2乗に比例して大きくなる。光学装置では、最大のF/#を持つ光学素子が光学的効率の制限要因となる。従来の偏光器を使用する表示装置では、制限要素はほとんどいつでも偏光器であり、そのためPBSにより変換効率が制限される。F/#が現在利用可能なものよりも小さい種類のPBSを開発することには明らかにメリットがある。
TamadaおよびMatsumoto(米国特許第5748368)では、赤外線および可視スペクトルの一部の両方で動作するワイヤグリッド偏光器を開示しているが、これは、広い間隔で並ぶ太いワイヤは可視光線の意外に短い波長で共鳴および偏光を発生するという概念に基づいている。しかし残念なことに、このデバイスは、可視波長の狭い帯域でのみ適切に動作し、可視スペクトル全体にわたって動作するわけではない。したがって、フルカラーの画像の生成に使用するのには適していない。したがって、偏光器は画像投影システムに対しては実質的に色収差があってはならないため、このようなデバイスは画像表示には実用的ではない。
本発明の他の態様によれば、ビームスプリッタは、光線および約0〜80度の範囲の入射角で変調された光線に関して向き付けることができる。
図7および8を参照すると、本発明のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタ14が詳細に示されている。偏光ビームスプリッタは、さらに、参照により本明細書に組み込まれている、1999年9月7日に出願された「Polarizing Beam Splitter」という表題の米国同時係属出願番号09/390,833で詳細に説明されている。
Claims (32)
- 画像投影システムであって、
約0.4ないし0.7ミクロンの間のレンジの波長を備えた可視光線を出力することができる光源と、
光線内の光源付近に配置され、光線に関してある角度で向き付けられている平面的なシート偏光ビームスプリッタであって、
第1の表面が光線内に配置され、光線が第1の表面にある角度で当たる、ある屈折率を持つ第1の透明基板と、
ある屈折率を持つ、第1の透明基板から離れている、薄膜又はシートの第2の層と、
第1の透明基板と第2の層の間に配置され、要素間に複数のギャップを形成し、ギャップは第1の透明基板または第2の層の屈折率よりも小さい屈折率を与え、要素が0.7ミクロンより長い長さと、0.3ミクロンより短い周期を備え、光源光線の電磁波と相互作用し、(i)透過した光線を規定する、要素に垂直になるように向き付けられた偏光が行われる要素を通して光を透過し、(ii)偏光が、反射された光線を規定する、要素に平行な向きである要素からの光を反射するように決定される、細長い、間隔をあけて並んでいる要素と平行な配置を備えるビームスプリッタと、
反射光線または透過光線のいずれかの中で偏光ビームスプリッタ付近に配置され、光線に載る画像情報を符号化するため光線の偏光を選択的に変え、変調された光線を発生することにより光線の偏光を変調し、変調された光線を偏光ビームスプリッタに送り返すように向き付けられた反射型配列と、
さらに、前記ビームスプリッタは、変調された光線内に配置され、変調された光線に関してある角度で向き付けられ、前記反射型配列から変調された光線の電磁波と相互作用して、(i)第2の透過した光線を規定する、要素に垂直な向きで偏光が行われる要素を通して光を透過し、(ii)第2の反射された光線を規定する、要素と平行な偏光が行われる要素からの光を反射して、変調された光線から変更されていない偏光を分離し、
符号化された画像情報を表示するため第2の反射された光線または第2の透過した光線のいずれかの中に配置されているスクリーンを備える画像投影システム。 - 透明基板の厚さが、約5ミリメートル未満である請求項1に記載のシステム。
- 透明基板の平坦さが、1インチ当たり約3標準波長偏差未満である請求項1に記載のシステム。
- 第1の透過した光線の幾何学的歪みが、1インチ当たり約3波長偏差未満である請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップに空気が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップは真空になっている請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップに第1の透明基板および第2の層の材料と異なる材料が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップに第2の層と同じ材料が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップに第1の透明基板と同じ材料が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップに水が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップにフッ化マグネシウムが含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップにオイルが含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップに炭化水素化合物が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップにプラスチックが含まれる請求項1に記載のシステム。
- 要素間のギャップにフッ素化炭化水素が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 配置の構成と要素のサイズは、通常、可視スペクトルの範囲内で層または基板の一方と組み合わせて共鳴効果を生じるようなものであり、層または基板のうちの一方の屈折率よりも低い屈折率を持つギャップにより通常発生する共鳴効果が低い波長へシフトし、それにより、共鳴効果が生じない可視波長の帯域が広がる請求項1に記載のシステム。
- 第2の層に膜が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 第2の層に複数の膜が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 第2の層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、フッ化マグネシウム、および酸化チタンからなるグループから選択された真空蒸着膜を含む請求項1に記載のシステム。
- 第2の層にガラス板が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 第2の層にプラスチック板が含まれる請求項1に記載のシステム。
- 第2の層にヘキサメチルジシラザンが含まれる請求項1に記載のシステム。
- ビームスプリッタは、約0〜80度の範囲の入射角の光線または変調された光線に関して向き付けられる請求項1に記載のシステム。
- ビームスプリッタは、約47度よりも大きく又は43度よりも小さい入射角の光線または変調された光線に関して向き付けられる請求項1に記載のシステム。
- 光線は半角が約10〜25°の範囲である有用な発散円錐となっている請求項1に記載のシステム。
- ビームスプリッタは、約f/2.5未満のFナンバーで使用される請求項1に記載のシステム。
- ビームスプリッタは、p偏光透過光線の分数量とs偏光反射光線の分数量の積で定義される少なくとも50%の処理能力を持ち、s偏光透過光線およびp偏光反射光線は両方とも5%未満である請求項1に記載のシステム。
- ビームスプリッタは、s偏光透過光線の分数量とp偏光反射光線の分数量の積で定義される少なくとも50%の処理能力を持ち、p偏光透過光線およびs偏光反射光線は両方とも5%未満である請求項1に記載のシステム。
- ビームスプリッタは、反射光の分数量と透過光の分数量の積で定義される少なくとも65%の処理能力を持ち、反射光の割合または透過光の割合は約67%を超える請求項1に記載のシステム。
- 配列は反射光線内に配置され、スクリーンは第2の透過光線内に配置される請求項1に記載のシステム。
- 配列は透過光線内に配置され、スクリーンは第2の反射光線内に配置される請求項1に記載のシステム。
- a)要素の配列が約0.21ミクロン未満である周期を持ち、
b)前記要素は約0.04〜0.5ミクロンの範囲の厚さを持ち、
c)前記要素は周期の約30〜76%の範囲である幅を持つことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。
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