JPH11504441A - カラー偏光子 - Google Patents

カラー偏光子

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、単一の偏光フィルム（１０）と、これに続く２またはそれ以上のリターダのスタック（２０および２１）とを有する補色カラー偏光子を提供する。好適な実施例においては、カラー偏光子は、直交する方向に偏光した補色原色を生成する。本発明は、さらに、偏光セパレータと組み合わせて本発明のカラー偏光子を利用して直交する方向に偏光された原色に分解するカラーフィルタ（３０および３１）提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 カラー偏光子 発明の分野 本発明は、積層リターデーションフィルム(stack of retardation films)と組 み合わせた偏光子からなるカラー偏光子、およびそれらの液晶スイッチャブルカ ラーフィルタおよび高彩度且つ高スループットのカラーディスプレイへの使用に 関する。 発明の背景 スイッチ偏光フィルタ 液晶カラースイッチングフィルタは、基本的に２種類に分類される。すなわち 、偏光干渉フィルタ(polarization interference filters：ＰＩＦｓ)およびス イッチ偏光フィルタ（switched-polarizer-filters：ＳＰＦｓ）である。ＳＰＦ の基本的な構成単位は、カラー偏光子および二状態中性偏光スイッチからなるス テージである。このクラスは、本質的にバイナリチューナブル(binary tunable) であり、その結果、各フィルタステージは二色間でのスイッチングが許容される 。ステージは、付加的出力色を供給するために多段になっている(cascaded)。Ｓ ＰＦｓに使用されるカラー偏光子は、中性直線偏光子上の単一リターデーション フィルム(single retardation films)と、多色カラー偏光フィルタとを具備する 。偏光スイッチは、静的検光子(static polarization analyzer)より先行してい る液晶(LC)偏光スイッチとすることができる。スイッチは、最適には、中性偏光 スイッチングを具備する。能動素子(active element)の色性(chromatic nature) は、性能を低下するので、理想的にはＳＰＦ内に隠される。 単一のリターダ（retarder）に後続された中性偏光子からなるカラー偏光子の 基づいたシャッタ類は、当業界でよく報告されている（例えば、ヒルサム(Hilsu m)への米国特許第4,003,081 号、シェファー(Scheffer)への米国特許第4,091,80 8 号、およびシャンクス(Shanks)への米国特許第4,232,948 号）。偏光子／リタ ーダ（波長板）構造は、偏光子を９０°回転することにより二色の異なる色相を 得ることができるという認識による補色カラー偏光子として開示されている以上 は、この種のカラー偏光子のＳＰＦへの使用は、純色をもたらすことにはならな い。 多色カラー偏光子に基づいたシャッタ類もまた、よく報告されている（例えば 、ボス(Bos)への米国特許第4,582,396 号、プラマー(Plummer)への米国特許第4, 416,514 号、ヴァトン(Vatne)への米国特許第4,758,818 号、およびハンドシー( Handschy)への米国特許第5,347,378 号）。多色カラー偏光子は、特定の波長バ ンドでの直線偏光子として機能するフィルムである。これらは、長鎖の多色色素 (pleochroic dyes)を有するポリマを添加することにより形成される。一軸に沿 って偏光した入射白色光は完全に透過させるが、直交軸に沿って入射すると選択 的に吸収する。例えば、シアンカラー偏光子は、一軸に沿って赤を吸収すること により直線偏光子として機能する。各軸に沿って原色（加法混色または減法混色 の何れでも透過するカラー偏光子は、交差した軸を有する二つのフィルムからな る複合体として形成することができる。色は、典型的には、スイッチャブル偏光 子に結合した対向する補色（例えば、赤／シアン）偏光子を用いることにより選 択される。フルカラー装置は、五枚の偏光フィルム（一枚は中性）、および二つ のスイッチ手段から構成することができる。得られた構造は、全体に亘らない不 完全なピーク透過性を示す。 偏光干渉フィルタ 最も単純なPIFsは、単光軸材料が直交方向に偏光した電界素子(field compone nt)との間に位相ずれ（移相）を引き起こす、二ビーム干渉計(interferometer) である。色は、これらの構成部品を検光子で干渉することによ り得られる。カラースイッチは、アーム間の位相ずれを変化することにより実現 することができる。最も基本的なカラースイッチは、中性偏光子間に単一可変リ ターディング手段(single variable retarding means)を具備する。単一状態装 置も、可変複屈折装置と共に受動的バイアスリターダに組み込むことができる。 しかしながら、これらの単一状態PIFsは、原色を提供することができない。 ＰＩＦｓは、しばしば、ライオット(Lyot)構造の多段フィルタユニット(casca ded filter units)を具備し、それぞれがフィルタ作用を果たして改善された選 択性を実現する。検光子が各相のリターダ間に必要であり、透過性を低下する。 適切な彩度(color saturation)が得られるが、多段の複屈折フィルタは、定義上 必然的に、カラー偏光子として機能することはできない。これは極めて単純であ る。というのは、カラー偏光子は、内部の偏光子が許容しない直交する偏光の両 方を透過しなければならないからである。 チューニングは、通過帯域をシフトするためにリターダンス（位相遅れ：reta rdance）間の特定の関係を保持したまま、各状態の能動素子のリターダンスを変 えることにより実現できる。ＰＩＦｓは、通過スペクトルをシフトするための可 変リターダとしてLC素子を用いる。ＳＰＦとは異なり、能動素子の色度のみが条 件に合わないだけだから、設計の必須の側面となる。PIF 設計において、検光子 は静的構成要素で、チューニングはフィルタ素子のリターダンスを変化すること により実現する。多段能動状態が用いられる場合、リターダンスは、典型的には 、基本的な設計を維持したまま、通過帯域をシフトするために、調和して変化さ れる。可変複屈折ＰＩＦｓは調整でき、全ての波長でピーク透過性を提供するこ とができる。これとは反対に、ＳＰＦｓは、調整可能なカラーを提供しない。 ソルク(Solc)フィルタ（Solc(1965)、J.Opt.Soc.Am.55:621 ）は、内部偏光子 を完全に除去して、多段の同一相リターダを用いた高フィネススペクトルを備え る。ソルク(Solc)フィルタは、より広帯域クラスのフィルタの特定の例である。 この概念において、ハリスら(Harris et al.)（Harris et al.(1964)、J.Opt.So c.Am.54:1267）は、いかなる有限インパルス応答(finite impulse response:FIR )フィルタの透過関数も、基本的には、正確に配向された理想的な リターデーションプレートの積層を用いて生み出すことができることを示した。 多数の研究員は、ＦＩＲフィルタ設計を生成するために、標準的な信号処理法に 加えてネットワーク合成技術を用いた。これらの設計は、広い通過帯域に対して 高解像度に焦点を合わせたものであった。調整可能という場合は、全てのリター ダンスが調和して変化することが必要である。 本発明のカラー偏光子は、偏光干渉フィルタ技術の設計原理を多少使用してい るが、スイッチ偏光フィルタ構造に用いるための構成部品である。従来技術のＰ ＩＦ装置は、基本的な設計を維持しながら、フィルタの設計波長を効果的にシフ トするために完全に能動的なリターダスタックが必要である。これに対し、本発 明のカラー偏光子は、受動リターダスタックを用い、逆に検光子の効果的な回転 を用いることにより、ＳＰＦのように、特定の固定のスペクトルプロファイルを 発生させる。 発明の要約 本発明は、単一の中性偏光フィルムと、それに続く２またはそれ以上のレター デーションフィルムのスタックとを具備する。この技術を、「偏光子・リターダ ・スタック」（ＰＲＳ）と称する。リターダスタック中に一より多いリターダの 使用は、フィルタインパルス応答のスパンが増大し、リターダ配向はパルス(imp ulse)の振幅を調整するために選択される。好適な実施例において、本発明のカ ラー偏光子は、直角に偏光した補色原色（赤／シアン、緑／マゼンダ、または青 ／黄色）を生成する。本発明のカラー偏光子は、ブロッキングフィルタと組み合 わせて、二つの直角に偏光した加法混合原色を生成する。同様に、多色性カラー 偏光子がＰＲＳの後に続く場合には、二つの直角に偏光した加法混合原色を生成 することができる。この代わりの構造では、中性偏光子の代わりの多色性カラー 偏光子を用いることができ、カラー偏光子は、非偏光加法混合原色と結合した二 つの直角に偏光した加法混合原色を生成し、二つの減法加法原色の出現を与える 。本発明のカラーフィルタは、白黒のディスプレイとの組み合わせでカラーディ スプレイを提供する。本発明のカラーフィルタは、カメラまたは電子受信ア レイとの組み合わせで、カラーカメラ、デジタルフォトグラフィおよび電子多ス ペクトル画像を提供する。 本発明は、さらに、カラーフィルタを具備する。カラーフィルタは、本発明の カラー偏光子を偏光セパレータと共同して利用し、直交に偏光したカラーを分離 する。偏光セパレータは、偏光ビームスプリッタなどの受動（パッシブ）でもよ く、スイッチャブル偏光子などの能動（アクティブ）でもよい。偏光スイッチは 、ネマチックまたはスメスチック液晶を用いることができる。固定偏光子は、多 色性カラー偏光子とすることができ、一つの加法混合原色は、非偏光で透過され る。本発明の二つのカラーフィルタは、多段として(cascaded)、オフ状態の三つ のカラー（ＲＧＢ）フィルタを具備することができる。 また、本発明の目的は、飽和加法混合原色を提供することにあり、これは、一 般的には、従来技術の単一リターダカラー偏光子を用いて生成される。飽和色と いう語句は、人間の目に単一色を表す色をいう。飽和色偏光子の設計は、ネット ワーク合成技術を用いて実行することができる。この技術は、インパルス応答を 介して所定のスペクトルから逆に働いて、適切なリターダスタック設計を計算す る。各構成部品の数、配向、リターダンスの適切な選択により、カラー偏光子設 計が特定され、それは、一軸に沿って一つの加法混合原色帯域の実質的に全てを 透過し、直交する軸に沿って補色減法混合原色帯域の実質的に全てを透過する。 減法混合原色帯域という語句は、加法混合原色帯域の逆をいう。 本発明のカラー偏光子設計は、多色性色素または単一リターデーションフィル ムカラー偏光子では達成できない任意に狭い遷移帯域幅を提供する。さらに、有 限インパルス応答(finite-impulse-response：ＦＩＲ)フィルタ設計を用いて合 成された特別のプロフィルは、透過帯域波形(pass-band ripple)を制御できる透 過帯域の多重透過極大、および阻止帯域(stop-bannd)の多重ゼロを許容する。 さらに本発明の目的は、高光効率(light efficiency)を有する補色偏光子を提 供することにある。これは、単一の高効率偏光フィルムおよびこれに続くほぼ損 失のない高分子リターダフィルムのみを用いることにより実現される。従来技術 の多色性色素補色カラー偏光子は、二枚の偏光フィルムを必要とする。本発明で は、単にリターデーション調整によって、各原色帯域の中に光源発光(source emissions)と同時に、透過率極大を配置することができる。この代わりに、全て の原色帯域に及ぶ広範な透過帯域(bandpass)を透過する、全ての目的のＰＲＳ設 計を生成することができる。 さらに、本発明の目的は、簡単に製造でき、容易に入手できる材料を用いて作 製することができる高性能カラー偏光子構造を提供することにある。第１に、こ れは、スタックを構成するフィルムの数を最低限にしつつ、飽和色を与える設計 を用いることにより達成できる。第２に、本発明のカラー偏光子は、フラットパ ネルディスプレイ産業のために製造された入手可能な安価で且つ高性能の材料を 用いることができる。これは、高透明性(clarity)で、均一リターダンスで、大 面積延伸高分子リターデーションフィルムを含む。これらのフィルムは、任意の リターダンス（２０００ｎｍまで）で、特定の光源に対して調整された設計をつ くるのに必要な可撓性を与えるものを入手できる。容易な構成部品の集積を許容 する低損失粘着性層を適用することができる。また、三次元延伸したフィルムも 入手でき、これは、僅かな追加のコストでより広い視角を提供する。さらに、こ の技術は、可視（４００〜７００）動作のための高効率、高コントラスト、大面 積二色性偏光材料の入手可能性を利用する。 図面の簡単な説明 図１は、補色原色のセパレータとして使用されたＰＲＳの図である。 図２は、補色のコンバイナとして単一偏光の白色光を形成する、ＰＲＳの逆方 位の使用を示す図である。 図３は、５つの同一厚さのポリカーボネートリターダを用いた方形プロフィル 均一波形(equal-ripple)ＰＲＳの配置を示す図である。 図４は、図３の設計に基づいたＢ／Ｙ ＰＲＳカラー偏光子によって生成され た、計算された加法混合原色および減法混合原色を示す図である。リターダは、 ６００ｎｍで全波長のリターダンスを有するポリカーボネートである。 図５ａは、図３の設計を用いた平行偏光子間のＢ／Ｙリターダスタックの測定 透過を示す図である。リターダは標準接着剤層を用いて互いに結合したニットー (Nitto)NRZポリカーボネートフィルムである。５つの６００ｎｍフィルムは、ス タックのために使用された。スペクトルは、青原色の全域での約１００：１での 阻止を有する、減法混合原色の全体に亘っての９８％の透過を示す。遷移帯域幅 はかなり狭く、赤／シアンのステージと組み合わせると高効率の緑色出射を許容 する。 図５ｂは、緑および赤の強力な拒絶を有する、青全体の高い透過を示す直交偏 光子間での、図５ａのＢ／Ｙリターダスタックの測定透過を示す図である。 図６は、（ａ）表１および（ｂ）表２の設計に基づいたＲ／Ｃ ＰＲＳカラー 偏光子によって生成された、計算された加法混合原色スペクトルを示す図である 。 図７は、６つの６４３ｎｍリターダを用いた表２の設計４のＲ／Ｃリターダス タックの測定透過を示す図である。 図８は、図８ａ〜図８ｂを有し、表３〜表８の設計で得られたパラメータを表 す実施例スペクトルを示す図である。 図９は、表３の設計５のためのＲ／Ｃ ＰＲＳに対する、コンピュータモデル 加法混合および減法混合スペクトルを示す図である。 図１０は、表４の設計５のためのＧ／Ｍ ＰＲＳに対する、コンピュータモデ ル加法混合および減法混合スペクトルを示す図である。 図１１は、表５の設計２のＢ／Ｙ ＰＲＳに対する、コンピュータモデル加法 混合および減法混合スペクトルを示す図である。 図１２は、図１２ａ〜図１２ｃを有し、（ａ）２ステージ４フィネス(two-sta ge finesse-of-four)・ライオット(Lyot)フィルタの配置と、（ｂ）直交リター ダ、および（ｃ）平行リターダ構成を含む、同等の分解素子フィルタの配置とを 示す図である。 図１３は、図１３ａ〜図１３ｃを有し、（ａ）ｍ次および２ｍ次リターダを含 む２ステージ・ライオット(Lyot)フィルタに対するサンプルスペクトルと、（ｂ ）平行リターダ、および（ｃ）直交リターダを有する分解素子フィルタに対する サンプルスペクトルとを示し、ピーク／ゼロ波長でのリターダンスを示す図であ る。中央リターダはｎ次、分離素子リターダはｍ次になるように測定されて いる。 図１４は、表６の設計４のためのＲ／Ｃ分解素子ＰＲＳに対するコンピュータ モデル加法混合原色スペクトルを示す図である。 図１５は、図１５ａ〜図１５ｂを有し、表６の設計４の分解素子とポリカーボ ネートリターダとを用いたＲ／Ｃ ＰＲＳ対する、（ａ）減法混合原色、および （ｂ）加法混合原色の測定スペクトルを示す図である。偏光子は、サンリツ(San ritzu)LLC2-5518 であり、リターダはニットー(Nitto)NRFポリカーボネートフィ ルムである。スタックは標準品として供給された接着剤層を用いて組み立てられ た。 図１６は、表７の設計６のＧ／Ｍ分解素子のためのコンピュータモデル加法混 合および減法混合スペクトルを示す図である。 図１７は、表７の設計４の分解素子およびポリカーボネートリターダを用いた Ｇ／Ｍ ＰＲＳに対する、測定減法混合原色スペクトルを示す図である。 図１８は、表８の設計４のためのＢ／Ｙ分解素子ＰＲＳに対するコンピュータ モデル加法混合および減法混合スペクトルを示す図である。 図１９は、表８の設計９を用いたＢ／Ｙ二重分解素子ＰＲＳに対するコンピュ ータモデル加法混合スペクトルを示す図である。 図２０は、ポリカーボネートリターダを用いた表８の設計９に対する、測定し た減法混合原色スペクトルを示す図である。偏光子はニットー(Nitto)G1225DUで ある。 図２１は、白色光を偏光した赤、緑、および青の帯域に分解するための、２層 のＰＲＳスタックの使用を示す図である。 図２２は、３つの偏光光源を結合して単一偏光状態で白色光を形成するための 、２つのＰＲＳスタックの使用を示す図である。 図２３は、図２３ａ〜図２３ｂを有し、（ａ）単一ステージ２色ＰＲＳフィル タ、および（ｂ）２ステージ４色ＰＲＳフィルタの設計を示すブロック図である 。 図２４は、回転色消し半波長偏光スイッチおよび分解素子ＰＲＳを用いた２色 フィルタの実施例を示す図である。 図２５は、２つの回転色消し半波長偏光スイッチおよび２つの分解素子リター ダスタックを用いた３色フィルタの実施例を示す図である。 図２６は、２つの回転色消し半波長偏光スイッチおよび２つの方形プロフィル リターダスタックを用いた３色フィルタを示す図である。 図２７は、図２７ａ〜図２７ｄを有し、（ａ）青、（ｂ）赤、（ｃ）緑、およ び（ｄ）オフ状態における、図２６のフィルタの測定透過である。 図２８は、図２８ａ〜図２８ｄを有し、（ａ）単一ピクセル、または画像レシ ーバ、（ｂ）ＣＲＴを用いたフィールドシーケンシャルカラーディスプレイ、（ ｃ）バックライト付きＬＣＤフィールドシーケンシャルディスプレイ、および（ ｄ）周囲の光によって照らされる反射モードフィールドシーケンシャルカラーデ ィスプレイを含むシステムにおけるＰＲＳカラーの使用を示す図である。 好適な実施形態の詳細な説明 図１に示すように、本発明のカラー偏光子は、「偏光子・リターダ・スタック 」（polarizer-retarder-stack：ＰＲＳ）と呼ばれるリターダスタック２０と組 み合わせた中性直線偏光子１０を使用する。スタック２０でのリターダの積層数 、リターダンスおよびリターダの配向が選択され、その結果、加法混合三原色ス ペクトルが第一の偏光軸に沿って透過し、補色の減法混合三原色スペクトルが直 交の偏光軸に沿って透過する。リターダスタック２０でのリターダの配向は、こ こでは偏光子１０の偏光軸を基準にして決定される。リターダのリターダンスは 、ここでは、設計波長、典型的には帝には通過帯域中心でのリターダンスとして 規定する。 ＰＲＳは、本質的に「補色偏光子」(complementary color polarizer)技術で ある。補色は、混合すると白となる全ての２色からなる。図１において、補色は 赤とシアン（Ｒ／Ｃ）であるが、代わるものとして、緑とマゼンタ（Ｇ／Ｍ）ま たは青と黄色（Ｂ／Ｙ）とすることもできる。ＰＲＳ偏光子は白色光を入射し、 次いでそれを直交した偏光の補色に変換する。 図１に示すように、加法混合原色および減法混合原色帯域の両方を維持するた め、ＰＲＳの後に、受動偏光分離器（偏光ビームスプリッタ）３０を用いること ができる。これは、特に単一光源投影ディスプレイの分野において、多くの用途 を有する。この代わりに、ＰＲＳの後に、加法混合原色または減法混合原色を選 択するために、効果的に検光子の配向を調整する、偏光スイッチ等の能動偏光分 離器を用いることもできる。このような構成は、ビデオカメラとビデオディスプ レイを含む、フレームシーケンシャルカラービデオシステム(frame-sequential color video system)の分野において有用である。 図２に示すように、ＰＲＳは、カラーを結合するために、または、単一偏光状 態における波長帯域を重ねる(superimposing)のために、相互方式で用いること ができる。偏光ビームスプリッタと組み合わせたＰＲＳ（１０および２０）は、 このようにして、単一偏光状態において、直交して偏光した補色を混合して白色 光を生成することができる。この構成は、光を損失することなくコリニア状態で 伝搬する偏光ビーム生成するために、異なる波長帯域において機能する光源を重 ねるために有用である。これは、個々の赤、緑および青の光源を用いた投影ディ スプレイシステムにおける場合である。 本発明は、加法混合原色（赤、緑、または青）を、その補色の減法混合原色（ シアン、マゼンタ、または黄色）からの効果的に分離するための構成を設計する 方法を教示するものである。このように、ＰＲＳは、入射された未偏光の白色光 から直交して偏光した加法混合原色および減法混合原色を供給するものである。 従来の多色性カラー偏光子は、同一の機能を果たすため、２つの偏光フィルムを 必要とし、その結果、スループットがより低い。減法混合の三原色の帯域幅は、 加法混合の三原色のそれより、公称２倍大きいので、本発明のカラー偏光子は、 単一リターダの従来の装置で可能なものより、より選択的でなければならない。 ＰＲＳは、減法混合原色の帯域の透過を有さないで、一軸に沿って加法混合原色 の帯域全てに亘っての高透過率ピークを、最適に供給する。直交する軸に沿った 補色のスペクトルは、加法混合原色の帯域の効果的な阻止および減法混合原色の 帯域の有効な伝送を与える。好ましい一実施形態において、これは狭い遷移帯幅 に加えて、多重通過帯域最大値および阻止帯域ゼロを示す。これは、加法混合の リターダを用い、インパルス応答の内容を増大させ、その結果、理想的な 透過プロフィルをより詳細に近似することによって達成される。 ほとんど損失のない伸縮性のある高分子薄膜と同様に、高効率の中性偏光子材 質の入手しやすさのため、ＰＲＳカラー偏光子は、非常に高スループットで組み 立てられる。加えて、スペクトル透過関数は、使用可能な多色性色素材料の特性 によって抑さえられない。これは、ピーク透過を光源の分光特性に調整すること を許容することによって、さらにスループットを高めることができる。最後に、 本発明のＰＲＳ設計によって提供されるカラーコントラストおよび狭い遷移帯域 は、多色性色素または単一リターダカラー偏光子を用いて可能なそれよりも、は るかに優れた飽和度を与える。 ＰＲＳ設計最適化 本発明のＰＲＳ設計は、理想的なスペクトルプロフィルの認定、このプロフィ ルの一連の近似、このプロフィルのアポディゼーション、このプロフィルからの スタック設計の生成、並びにこのプロフィルおよび実際の材料を用いての各原色 における最終的なカラー偏光子の設計を含む、いくつかの設計ステップから形成 される。最終的なスタック設計は、スタックの複雑さ（リターダの積層数および アラインメント許容度）と、飽和度およびスループットによって特徴付けられる 透過スペクトルの質との間の根本的な妥協の結果である。すなわち、無制限の数 のパルス(impulse)とパルス列（トレイン）のスパンとが与えられたとすれば、 理想的な透過関数が基本的に生成されるはずである。逆に言えば、最も簡便な構 成は、単一のリターダであり、これはほとんどの目的において不十分な不飽和な 色を生成する。これらの極端な手段の間、数層だけで非常に高性能を得る妥協の 解決がある。 一般に、一連のＮ個のリターダは、総計２Ｎの時刻パルスを生成する。同一の 厚さのリターダが使用されると、この数は（Ｎ＋１）に低減される。注目すべき は、設計が同一の配向の多重リターダを許容すると、リターダは合計の位相の遅 れを有する単一リターダによって置換することができる点である。より一般的な 認識においては、ゼロ次リターダンスは、準色消しリターダンスシフトを生成す るための如何なる素子へ付加することができる。これは複雑なインパルス応答を 許容するもので、付加的な設計オプションを生成する。本発明は、カラー飽和度 およびスループットを最適化するために選択された振幅を有するインパルスを、 ３回またはそれ以上発生する構造を具備する。これらの振幅は、波長板および検 光子の配向および位相の遅れによって制御される。これらのパラメータは、最適 なプロフィルを記述する系の適切な丸め(truncation)に基づくネットワーク合成 法を用いて決定される。 本設計は、カラー偏光子のための、理想的な振幅または強度の透過プロフィル を規定することによって始められ、これは結合された加法混合および逆の減法混 合のスペクトルの源となる。この関数のフーリエ変換は、無限インパルス応答を 表している。フィルタは、（Ｎ＋１）のインパルス応答のサンプルを表している 、Ｎ枚のリターダを用いて構成される。この結果、スペクトルは、時間サンプル の分離によって決定される期間の周期性を有し、各素子のリターダンスによって 決定される。加法混合のスペクトルは単一通過帯域のみを有するので、このサン プリングは、より高次またはより低次が可視スペクトルには存在しないというこ とを保証するのに、十分に通常のものであるはずである。これは、リターダの次 数が、自由スペクトルレンジ(free-spectral-range：ＦＳＲ)フィルタを決定す るということを宣言していることに相当する。実際において、スペクトルの“衝 撃係数(duty-ratio)”（オン状態：オフ状態）は、特定の原色帯域(primary ban d)の中心波長に大きく依存する。これは、リターダンス変化の速度が中心波長に 強く依存するからである。最適化は、無関係のタイムサンプルの数を最小にする ことに焦点を合わせるので、適正可視遮断（ブロッキング）に必要なＦＳＲを最 小化することが最初のステップである。最小のＦＳＲにおいては、加法混合原色 の帯域に隣接した次数は、可視領域に近接してあるが、内側ではない。隣接する オーダが可視領域の外側に位置するので、隣接する次数の帯域のすそ（バンドテ イル）は可視領域へ広がっている場合があり、波形(リプル：ripples)が可視領 域に現れる可能性がある。 最小のサンプリングインターバルが規定されると、残っているのは、インパル スの数および振幅の決定である。これらは単純に、最大の数が切り捨てられる系 のフーリエ係数(Fourier coefficients)とすることができる。し かしながら、 方形ウインドウ関数(rectangular window function)で切り捨てることは、性能 を低下させる通過帯域リプル(pass-band ripple)および遮断帯域サイドローブ(s top-band side-lobes)を生成する。この代わりには、第１に、適切なテーパウイ ンドウ関数(tapered window function)によってインパルス応答関数を掛けるこ とである。これらの多くは、ハミング(Hamming)、ハンニング(Hanning)、ブラッ クマン(Blackman)およびカイザー(Kaiser)ウィンドウを含む信号処理として知ら れている。この結果は、ウインドウ処理された(windowed)(切り捨てられた(trun cated))フーリエ級数であり、これはネットワーク合成プログラムにインプット される。インパルス応答のより最適な選択のため、振動数サンプリング(frequen cy-sampling)または等波形(equiripple)設計近似などの繰り返し(iterative)設 計手順を用いることもできる。インパルス応答が決定されると、リターダ／偏光 子の配向が、ネットワーク合成技術を用いて選択される。 ネットワーク合成技術(Harris et al．(1964)，J．Opt．Soc．Am．54:1267，A mmann et al．(1966)，J．Opt．Soc．Am．56：1746，and Ammann(1966)，J．Opt ．Soc．Am．56:943 を参照)は、Ｎ枚のリターダの配向および出口偏光子を決定 して、所望の振幅の（Ｎ＋１）のパルスを得るための手順である。ＰＲＳ構成は 有限のインパルス応答を生成するので、検光子によって生ずる透過スペクトルは 、時間領域(time-domain)パルスの振幅および偏光子の配向に大きく依存する。 補色原色のカラー偏光子として使用するのに適する可能性のある多くの透過関数 を生成することができる。さらに、ネットワーク合成技術は、同一のスペクトル プロフィルを有するフィルタを得るために多段構造を生成するということはよく 知られていることである。製作する上で最も簡便な設計はこのセットから選択す ることができる。したがって、ここで得られる特定の設計は、加法混合原色およ び減法混合原色の帯域を分離することのできるＰＲＳ設計のサブセットであるこ とが認識されるであろう。 最適のプロフィルのために配向が選択されると、設計パラメータは標準のミュ ラー(Mueller)行列技術を用いて分析され、それは特定のリターダ材料のため分 散フィッティング(dispersion fit)を含む。次いで、リターダンスを選択し、 特定の材料に対する各原色における最適なカラー飽和度を与えるようにする。Ｐ ＲＳ計の評価基準は、飽和度、色相、およびスループットの考慮に基づく。如何 なるＰＲＳ設計においても、密接な関係にある加法混合原色スペクトルおよび減 法混合原色スペクトルの両方に、これらのパラメータがどのように影響を与える かに関心を持たなければならない。飽和度と色相とは、ＣＩＥ色度図を用いて評 価される。特定のフィルタ出力によって生ずる色の質は、一連の重なり積分の計 算により特徴付けることができ、この重なり積分は、特定のフィルタ状態の透過 関数、光源のパワースペクトル、およびＣＩＥカラー整合関数を含む。 １９３１色度図における各出力カラーを示すは以下の計算から得られる。 ここで、αはフィルタ（ＲＧＢ）の状態を示すインデックスである。項は重なり 積分によって算出される。 である。Ｐs(λ)は光源の電力スペクトル(power spectrum)であり、Ｔ（λ，α ）は、α状態のフィルタの透過関数である。 飽和原色は、所望の原色帯域で透過される光源パワーの原色帯域外に透過され る光源パワーとの比の最大化によって生ずる。ＰＲＳ設計はしばしば光源の特性 に整合され、最適化は全く明確であるはずである。一般に、６０００Ｋ黒体等の 真の白色光源は、ＣＲＴ蛍光体等の分布光源(distributed source)より、フィル タ性能により大きな要求を出す。事実、後者は、受動フィルタによって効果的に 予め調整された白色光源とみなすことができる。受動フィルタは、原色帯域外に 存在する帯域を除去して飽和度を増大させるために、いつも挿入されるというこ とは、よく知られている。 特定原色は、光源のかなり限定されたスペクトル帯域に及んでいる。したがっ て、理想的なＰＲＳは、この全体の帯域が挿入損失なく通過することを許容し、 その上、残存光を遮断するための高光学濃度(optical density)を生成する。こ れは、遮断帯域での一連の分布ハイコントラストゼロに加えて、非常に急勾配の 遷移スロープ(transisiton slope)を意味する。理想的なＰＲＳ構成は原則的に 製造することができるが、しばしば極端に多くのリターダフィルムを有する。基 本的な設計の複雑さは、インパルス応答を与える、所望の透過スペクトルのフー リエコンテントを単純に考慮することによって評価される。実際には、得ること ができる遷移スロープおよびサイドローブ振幅／配置は、制限された構成要素数 で飽和度を最も最適化するように慎重に選択されなければならない。 飽和度および色相は、加重したパワー比の測定なので、それらは、構成の絶対 透過について、特定のことは示さない。可調整フィルタの用途は、しばしば低挿 入損失を要求するので、したがって、スループットは最適化の分岐点になる。最 大パワー透過は光源の完全な透過または最大脱飽和(desaturation)に対して起こ るので、基本的に、これらは争いがある。現実には、最初に各原色帯域に対する カットオフ波長を選択しなけらばならない。次いで、帯域内透過(in-band trans mission)最大にするのが適当であり、これは高飽和度および高スループットに適 合した必要条件を形成する。 飽和度およびスループットに影響を与えるフィルタパラメータについて、以下 で簡潔に説明する。加法混合原色スペクトルのゼロは、減法混合原色スペクトル のピークおよび逆(vice-versa)を表すけれども、スペクトルを加法混合の三原色 の用語で説明することに注意してほしい。 ピーク透過率：これは高効率偏光子、低損失リターダ、および原色帯域におけ る偏光に関する損失を最小限にする設計を用いることによって、最大限にされる 。ＰＲＳ設計にとって、偏光子による吸収は、典型的には主光源(dominant source)の損失である。しかしながら、漂白(bleaching)偏光子に対する従来技術 で知られている方法を、ゼロコントラスト(null contrast)を増大したスループ ットと交換するために使用することができる。フレネル損失を最小限にするため に露出した偏光子表面をＡＲコーティングするなどの実際の検討は、グレア(gla re)および挿入損失を低減させる。 解像度：スループットの観点から、解像度を十分に低減されて、原色帯域中の ピーク透過率を維持しなければならない。飽和度の観点から、通過帯域の解像度 を所望の原色帯域だけ隔離するに十分でなければならない。急勾配の遷移スロー プ（または通過帯域での複数のピーク）に加えて、十分に低い解像度を形成する 設計が好ましい。 遷移帯域スロープ：これは、原色のピーク透過率と最初の隣接するゼロとの間 のバンド幅（１０％〜９０％）によって規定される。 ゼロ透過率：ゼロコントラスト(null contrast)は基本的には偏光子消光比に よって決定されるが、また、スタックフィルムのリターダンスおよびアラインメ ントによるものである。さらに散乱のための滅偏光(depolarization)は重要でな いと思われている。実施には、１００：１ ピーク／ゼロコントラストは難なく 達成可能であり、それは飽和色を達成するために必要とされるそれをかなり超え ている。 ゼロの数およびそれらの配置：ゼロの数およびそれらのスペクトル配置は、ス タック設計および構成要素のリターダンスに依存する。帯域外パワースペクトル 極大(out-of-band power spectral maxima)にゼロを計略的に配置するのが有利 である。 サイドローブ振幅：サイドローブ振幅は、特定のスタック設計に依存し、最小 限であるべきである。帯域外パワースペクトル極大から隔離してサイドローブ極 大を配置するのが有利である。サイドローブ振幅を低減するために透過関数をア ポダイジング(apodizing)技術は、しばし位相遅れの積層数を増大させることな く、性能を向上するために用いることができる。 青／赤漏れ（リーク）：これは、自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）または透過 関数の周期性に関係する。近接した次数は、可視の外または光源発光(sourceemi ssion)から隔離して、原色帯域の脱飽和(desaturation)を避けるようにすべきで ある。 光源特性：光源特性および特別の性能の必要条件は、設計最適化の重要な局面 である。これは、原色帯域発光の中心波長、原色帯域発光（バンド幅）内のパワ ー分布、原色帯域外の光源発光を含む。偏光子材料は、必要であればフィルタ設 計を補償することができる波長感応性透過（二色偏光子(dichroic polarizer)は 、典型的には青で透過性がよくない）を有する場合がある。 ＰＲＳ材料 中性偏光手段に適した材料は、二色偏光子等の吸収に基づく偏光と、複屈折偏 光子、積層板(pile-of-plate)偏光子、コレステリック(cholesteric)液晶、また はマイクロプリズム等の偏光剪断(shearing)に基づくそれとの間を区別する構成 を含む。後者は、色を分離または混合する受動構成を実現するために必要である 。何れのクラスは、偏光スィッチに組み込まれる能動システムで用いることがで きる。 偏光剪断構成は通常、大きな透過性があるが、しばしば、高価でかさばる(bul ky)。二色偏光子材料は安価で、且つポラロイド(Polaroid)、ニットー(Nitto)よ びサンリツ(Sanritzu)によるものなど広範囲に入手可能である。これらの材料は 、中性度、ピーク透過率、および消光比(extinction ratio)において変化する。 一般的には可視全体の透過率を最大にするのが有利であるので、中性透過性およ び適度の消光(extinction)を有する材料が望ましい。上述したように、過度の色 コントラストは、漂白(bleaching)二色偏光子材料による透過性の増大に代える ことができる。カラー偏光子は、特定の原色が非偏光(unpolarized)スタックに よって通過するはずであるケースに使用することができる。パターン偏光子は、 ＰＲＳを画素化(pixelate)するのに使用することができる。 ＰＲＳスタックで好適に用いられるリターデーション材料は、次のものを具備 する：オプティカルクラリティ(optical clarity)が高いこと、一定のリターダ ンス、設計必要条件に十分な範囲のリターダンス（これは、誘導複屈折(induced birefringence)の範囲および厚さの実際的な範囲に依存する）、耐環境性、お よび多くの場合における広領域で安価であること。 波長スタックは、成形複屈折(form-birefringence)デバイスの層、液晶高分子 フィルム、延伸(stretched)高分子リターダシート、または結晶リターダを用い て構成することができる。現在、成形複屈折デバイスは実際的な理由により低い リターダンスに限定される。これらはエッチングまたはデポジットの何れかによ り光を回折しないが、直交状態の間に位相ずれ(phase shift)を付与する高解像 度の周期性構造を、ホログラフィクに(holographically)に記録される。現在、 複屈折の成形を用いて、マルチ・次数(multi-order)低損失可視リターダを製造 するのは困難である。 液晶高分子フィルム、特にUV架橋性の高分子ネマティック直線リターダは、リ ターダスタックを形成する可能性がある。しかしながら、重合したときに、ガラ ス状のリターダフィルムを形成する材料は、まだ、商業上入手可能ではない。材 料は、非常に高い複屈折を有することができるので、潜在的に魅力ある特色は、 薄い高次(high-order)リターダを形成できることである。これにより、安価で単 一基板上への多層膜の製造を許容される。 比較的低い分解能の色生成のために最も好ましい材料は、現在、延伸高分子フ ィルムである。これらの材料は独特の複屈折分散特性を有する種々の材料を用い て、任意のリターダンス（０〜２，０００ｎｍ）で入手可能である。大面積のシ ートを安価に入手することができ、透明アパーチャ(clear aperture)フィルタを 形成可能である。ｚ延伸(z-stretched)高分子(Nitto NRZ)の特性は、小さなリタ ーダンスで広い視角を許容する。これはＰＲＳを直視する用途において好ましい ものである。ＰＲＳを形成するのに有用な高分子材料は、ポリビニルアルコール 、ポリカーボネート、マイラー(mylar)、ポリプロピレン、ポリスチレン、トリ アセテート（トリブチルアセテート）およびポリメチルメタクリレートを含むが 、これに限定されない。 水晶、マイカ、および方解石等の従来の結晶性リターダ材料は、高分子フィル ムに適したものより、より高分解能が要求される用途に好適である。また、それ らは、低波面歪み、および／または高パワーハンドリング条件を必要とする用途 にも有用である。それらは、高分子リターダよりより高価であり、特に低リター ダンスが要求される場合に、広範囲を与えない。 ＰＲＳスタック設計の重要な面は、リターデーションの波長依存性である。リ ターデーションは波長に逆比例するので、それは波長の消光に依存する変化の割 合である。さらに、ほとんどの材料のリターデーションは、潜在的に複屈折分散 に依存する。リターデーションの変化の割合は、下記式で与えられる。 ここで、Δｎは複屈折である。材料複屈折性の分散は、二項目で評価される。ま た、興味のある大部分の複屈折材料について、複屈折スペクトルのスロープは負 であり、さらに、より短い波長で、リターダンスの変化割合が増大する。その結 果、青の中のスペクトルは、赤のそれより、よりを「圧縮(compressed)」されて いる。この理由によって、最適な設計は、特定の加法混合原色帯域に依存してか なり変化するはずでる。 ここで報告したＰＲＳ設計に用いられる材料は、ウー(Wu)による複屈折分散関 係式(Wu(1986)，Phys．Rev．A 33:1270)によって設計される： ここで、Γ0はゼロ次(zero-order)リターダンスであり、ｍはリターダ次数であ り、λ0は設計波長であり、λ*は、測定によって得られる平均ＵＶ共振(mean UV resonance)を意味する。これは、推測が、偏光子との間で45度だけ配向したリ ターダ材料の測定スペクトルに一致するまで、λ*を調整することによってなさ れる。上述した２つの方程式を用いると、複屈折の分散は、下記式で近似される 。 これは、分散の割合が、一般に負であることを立証する。 リターダンスの波長依存性は、偏光スイッチ等の理想的な色消し構造、および カラー偏光子等の色構成と密接な関係を有する。先に示したように、中心波長の 配置は、可視の中に得られる衝撃比(duty ratio)に対して十分な影響を有する。 周波数領域における対照的衝撃比(symmetric duty ratio)を有する設計は、波長 領域に中央波長依存衝撃比(center wavelength dependent duty ratio)を有す る。このような設計は、Ｂ／Ｙカラー偏光子に対してより大きな衝撃比およびＲ ／Ｃカラー偏光子に対してより小さい衝撃比を有する。 典型的に、可視全体において色消しとしての動作を与えるつもりの構造の設計 波長は、青の方へ偏っている。典型的な設計では、５５０ｎｍ設計波長（可視の 中央）を用いるよりむしろ、上述の影響を補償するために、より短い波長、一般 的に、ＦＬＣ偏光スイッチを５００ｎｍを用いる。 実質的には、特定の光源特性、材料分光、および所望の出力スペクトルを条件 として、ＰＲＳカラー偏光子の数が無制限の設計がある。また、理想のスペクト ルプロフィルを近似するいかなるＦＩＲフィルタも、本質的には、ここで示す技 術を用いて生成することができると認識される。ネットワーク合成技術を用いて 生成された２〜３の特別な設計の実施例をここに示す。第一の実施例は、多重通 過帯域極大(multiple pass-band maxima)、狭遷移帯域幅(narrow transition ba ndwidth)および多重阻止帯域ゼロ(maltiplr stop-band null)をもたらす、対称 的な方形プロフィル(symmetric square profile)の分解(decomposition)に基づ くものである。第二の実施例は、ソルク(Solc)フィルタに基づくものであり、そ れは同一の厚さのリターダを用いた通過帯域設計の他の特別なケースである。第 三の実施例は、分割素子フィルタ(spilit-element filter)であり、複合(comple x)インパルス応答を用いたカラー偏光子の例である。 方形プロフィルＰＲＳ 上述したように、有用なＰＲＳカラー偏光子を示す、多くのインパルス応答関 数がある。飽和色を生成するための一般の条件は、急勾配の遷移スロープ、低サ イドローブ振幅、および加法混合原色スペクトル（ＡＰＳ）を減法混合原色スペ クトル（ＳＰＳ）から適切に分離するため効果的なフィネス（鮮鋭度）である。 例えば、例示的な一般目的のカラー偏光子設計は、スクエア透過スペクトルのフ ーリエ分解に基づくものである。このような設計は、方形波に対するフーリエ級 数、インパルス応答振幅の係数、および適正なウィンドウ関数による切り捨て(t runcation)を形成することによって実現することができる。これに代わ る技術は、インパルス応答関数の振幅に到達するための反復数値法(interative numerical methods)を用いることである。例えば、固定された数のリターダが与 えられれば、特定の極大通過帯域および阻止帯域波形(stop-band ripple)を得る ために、遷移帯域幅を調整することができる。また、この代わりに、遷移帯域幅 を固定し、波形振幅を可変にすることを許容することである。 インパルス応答の６つのサンプルを用いた最適化ＰＲＳの具体的な実施例を、 図３に示す。このカラー偏光子は、偏光子１０と、リターダ８１〜８５を具備す る。この偏光子は固定した波形振幅、具体的には、阻止帯域における１％の透過 極大と、通過帯域において１％より小さい損失極大とを与えるように設計された 。サンプリングは、周波数スペクトルの衝撃比(duty-ratio)が対称（５０：５０ ）となるように行う。この最適化の係数に基づいて、リターダの配向をネットワ ーク合成技術を用いて生成した。ある解答は、図３に示すように、同一の厚さを 有する５枚のフィルムからなり、ここでは２組が同一の配向を有している。した がって、このスタックは、同一のリターダの５シート、または２つのリターダン スを有する３シートの何れかを用いて製作することができる。後者の場合、リタ ーダ８２および８３は、２Γのリターダンスと、−１５度の配向を有する単一の リターダによって置換され、リターダ８４および８５は、２Γのリターダンスと １０度の配向を有する単一のリターダによって置換される。 図３の設計は、単一リターダによって与えられた、２つの同一のフィネスに対 する、対称プロフィルに基づくものであるが、優れたカラー飽和度が得られた。 これは部分的には、フィネスの定義、すなわち、ＦＳＲに対するＦＷＨＭの比が 、透過スロープを適切に考慮に入れていないためである。さらに、リターデーシ ョンの波長に対する非直線的依存性と原色帯域中央波長の選択とに起因する。例 えば、ポリカーボネートの分散に基づく設計は、効果的な３つのフィネスを有す る青／黄色のカラー偏光子を得る。これと比較して、同一の対称的なプロフィル 設計を用いた赤／シアンを生成する仕事は、より困難である。というのは、リタ ーデーション特性は効果的なフィネスを増大するよりむしろ低減するように働く ためである。 図４のモデル（計算された）スペクトルは、それぞれ６００ｎｍで一全波長の リターダンスを有する５つのポリカーボネートリターダシートを用いた図３のカ ラー偏光子に基づくものである。図４は、青の加法混合原色スペクトルおよび補 色の黄色の減法混合原色スペクトルの透過率を示す。スペクトル特性の要約は以 下の通りである： 極大（１００％）：４１７ｎｍ、４４０ｎｍ、４６８ｎｍ ゼロ（０％）：５４６ｎｍ、６００ｎｍ、６７０ｎｍ サイドローブ振幅：＜１．０％ ＦＷＨＭ：１０３ｎｍ（４００ｎｍ〜５０３ｎｍ） 効果的なフィネス：３ 図４に示すように、方形波プロフィルのネットワーク合成分析を用いて設計さ れた偏光子の加法混合原色スペクトルは、それ自体、近似の方形波である。多重 通過帯域極大と阻止帯域ゼロは、近似の方形波スペクトルの顕著な特徴である。 多重極大および極小は、通過帯域および阻止帯域プロフィルを平らにする。また 、シャープな透過帯域スロープは、近似方形波スペクトルの特性である。図４に おいて、帯域スロープは、約４５ｎｍである。本発明の近似方形波スペクトルに おいて、好適な帯域スロープは、７０ｎｍより小さい。各加法混合原色に対して 、５０ｎｍより小さい、場合によっては、４０ｎｍより小さい帯域スロープを有 するフィルタを、ネットワーク合成技術によって設計することができる。 図５ａおよび図５ｂは、図４のモデルとほぼ完全に一致している、カラー偏光 子の測定した実際のスペクトルを示す。スタックは、補色の加法混合原色（図５ ｂ）および減法混合原色（図５ａ）を示す、平行および交差偏光子の間で測定さ れた。透過率は、光源特性およびスタックのみの透過率を与えるフレネル(Fresn el)損失に対して正規化される。全ての偏光干渉損失に沿った、フィルムと粘着 剤層の吸収／干渉(interferometric)損失は、およそ２％であることを示してい る。これらの図は、所定の帯域全体の高ピーク透過率、非常に低いサイドローブ 、高コントラスト、および狭い透過帯域幅を立証する。 また、赤／シアンカラー偏光子は、ネットワーク合成技術によって設計され た。上述のように、ネットワーク合成は、所定のインパルス応答関数に対する、 一つより多いリターダスタック設計を生成する。第１表は、それぞれ五つのリタ ーダを具備する、４つのリターダスタックを示し、同一の透過スペクトルを生成 する。５つのリターダスタックに対する加法混合原色スペクトルは、図６のカー ブ（ａ）に示す。表２は、それぞれ７つのリターダを有する９つの異なるリター ダスタックを示し、これは、図６のカーブ（ｂ）に示す、同一の透過スペクトル を生成する。７層のリターダスタックは、５層のリターダスタックより多い、２ つ以上のインパルス応答のサンプルを有することに注目してほしい；カーブ（ｂ ）カーブ（ａ）より、さらに大きい通過帯域極大と阻止帯域ゼロを有し、且つよ り急勾配の通過帯域スロープを有する。 表２の設計４のカラー偏光子は、設計波長６４３ｎｍについて構成され、加法 混合原色帯域透過率が測定された（図７）。リターダ１は入射偏光子に対して、 ほぼ平行であり、組立装置から削除した。測定され透過率を、光源特性およびフ レネル損失に対して正規化した(normalized)。測定スペクトル（図７）は設計ス ペクトル（図６ｂ）と非常によく一致している。注目すべきは、近接する透過帯 域のテイルが可視スペクトルの青の端部に表れることである。これはフィルタの 自由スペクトルレンジを増大することによって除去することができる。 ソルク(Solc)によるＰＲＳカラー偏光子 ソルク(Solc)によるＰＲＳデバイスもまた、多層均一膜厚リターダを用いる。 折り返し(folded)ソルク(Solc)デバイスの場合、扇状装置のフィルムは、入射偏 光子から配向を直交する配向に「回す(wind)」が、二つの独特の配向のみが必要 となる。自動システムでは、フィルムは偏光子に対して如何なる方向でも設ける ことができるので、これは問題とはならない。 示されているソルク(Solc)ＰＲＳ実施例は、周期性シンク関数(sinc function )ロフィルを具備する。通過帯域は、一連のザイドローブによって分離された近 接次数を有する単一ピークからなる。他の構成がアポダイズされた(apodized)ス ペクトルを生成することができるけれども、高サイドローブ振幅 は、級数の急な切り捨て(truncation)によるものである。固定されたサンプリン グ速度（またはリターダの厚さ）に基づいて、インパルス応答のスパンが増大す るにつれて、通過帯域幅が狭くなる。一般に、リターダ次数は、所望の自由スペ クトルレンジを達成するために選択され、フィルタのフィネスはリターデーショ ンフィルムの数Ｎ比例する。 ソルク(Solc)ＰＲＳには、折り返し(folded)および扇形通過帯域構成に基づい て、２つバージョンがある。ＰＲＳ構成は、後続に一連の少なくとも二つのリタ ーデーションフィルムを有する単一入射中性偏光子からなる。フィルムの配向は 、ソルク(Solc)設計方程式に基づいて決定される。折り返し(folded)バージョン に対しては、リターダは多重次数半波長リターダである。この場合においては、 減法混合原色帯域は、入射偏光子に対して平行に出射し、また加法混合原色帯域 は直交する方向に偏光される。リターダの配向は、入射に対して、振動角、α＝ π／４Ｎに従うサインで変換する。 扇形(fan)フィルタの場合においては、リターダは多重次数全波長プレートで ある。リターダ配向は扇形を形成し、入射偏光子に対して、角度α、３α、５α ...（２Ｎ−１）αに従って分布する。このＰＲＳの設計を用いて、加法混合原 色帯域は、入射偏光子に対して平行に出射し、また減法混合原色は入射に対して 直交した偏光となる。 リターダ配向はソルク(Solc)設計方程式に正確に適合させることを条件として 、加法混合原色中央波長において理論的に１００％の透過率が保証される。Ｒ／ Ｃ、Ｇ／ＭおよびＢ／Ｙ ＰＲＳ構成の例は、折り返しおよび扇形の両方のバー ジョンで設計された。分散のない材料は、リターダ次数において、最高の条件の 範囲を提供すると想定される。透過スペクトルの要約は、表３，表４、および表 ５に示した。各表のパラメータは図８の代表スペクトルで示されている。図８ｂ のスペクトルは大部分について、３つの通過帯域を示しているが、本発明の加法 混合原色スペクトルは、可視スペクトル領域においてただ一つの通過帯域を有す る。ソルク(Solc)赤／シアン ２〜４のリターダを用いた折り返し(folded)および扇形Ｒ／Ｃカラー偏光子を 考察した。もっとも、加法リターダを解像度を増大するため用いることができる 。全波長リターダを有する扇形タイプは、最適なＦＳＲを生成する。ゼロ次半波 長リターダを有する折り返し(folded)タイプは、過度のＦＳＲを有し、十分な解 像度のために加法リターダを必要とする。第１次数半波長リターダを有する折り 返しバージョンは、青のリークを示した。一波長のリターダンスを有する扇形バ ージョンおよび１．５波長のリターダンスを有する扇形バージョンの要約は、表 ３に示す。図９は、具体的なＲ／Ｃ構成（設計５）を示し、これは１５度の振動 角度に従って配向した３つのリターダを有する扇形設計である。透過関数は、低 いサイドローブレベルおよび全く急勾配の遷移帯域スロープを示す。したがって 、高い透過率は、シアン平行偏光スペクトルの全体に亘って維持される。さらに 、赤におけるリターダンスのゆっくりとした変化は、１００ｎｍＦＷＨＭを許容 する。ソルク(Solc)緑／マゼンタ いくつかの折り返しおよび扇形バージョンは、許容できるＧ／Ｍスペクトルを 生成することを知見した。再度、２〜４のリターダを有する設計を考察した。最 小リターダンスは、１．５波長であり、これは、４つのリターダを使用したとき に中程度の解像度を与えるものであった。可視における対照のブロッキングによ り、３つの波長と大きいリターダンスが容認された。それ自体では、３６ｎｍか ら１００ｎｍ超えるまでの範囲の解像度が実現可能なものであった。図１０は、 表４の設計５を用いた具体的なＧ／Ｍカラー偏光子を示す。この設計は、高い解 像度と低いサイドローブ振幅が特徴である。ソルク(Solc)青／黄色 表５の一覧データは、再度２〜４のリターダを用いての、１．５および２．０ 波長のリターダンスを有する折り返しおよび扇形バージョンを示す。表５の設計 ２のモデルスペクトルを図１１に示す。この分析の結果は、各加法リターダを用 いてフィネスを増加させた通過帯域ＰＲＳ設計は、より長い波長（Ｒ／Ｃ）でよ り適当であることを示している。これは、赤と比較して、青でのリターダンスの 急な変化が、容認できない高い通過帯域解像度になるためである。この場合、よ り高い解像度への押し上げは、より狭い遷移帯域幅になるので、よりよい飽和度 を追求する目的で、フィネスを増大させる設計を用いた場合には、青においては 交換条件がある。すなわち、広い遷移帯域幅は青と緑の帯域を適切に分離しない が、一方、狭い遷移帯域幅が、加法混合原色のスループットを低減する（このた め、減法混合原色は脱飽和する）。方形プロフィル実施例で示すとおり、この問 題は、低いフィネスを維持しながら、狭い遷移帯域幅を生成する設計を用いるこ とによって解決される。 分割素子ＰＲＳ 分割素子(spilit-element)フィルタは、複合インパルス応答関数に基づく設計 実施例であり、すなわち、色リターダと同様に色消しを含む。分割素子フィルタ は、その全体を参照としてここに組み込まれる、１９９４年７月１２日に出願さ れた米国特許出願第08/275,006号に詳しく説明されている。分割素子フィルタに おいて、色消しリターダンスシフトが、二状態ライオット(Lyot)フィルタのスペ クトルを生成するために、分割素子および中央素子に必要とされる。複合インパ ルス応答を許容する設計は、本発明のカラー偏光子における付加的設計オプショ ンに意味する。しかしながら、それらは一般的に各素子へゼロ次リターダンスの 付加を要求するため、ＰＲＳを実行するために、いくつかのリターディション値 を必要とすることができる。これは同一の厚さのリターダを使用することのでき る理想的なインパルス応答に基づく設計と対比される。各原色についての具体的 な考察に加えて、分割素子ＰＲＳカラー偏光子のための基本設計考察を以下で述 べる。 分割素子ＰＲＳカラー偏光子の一般的な設計は、二状態ライオット(Lyot)PIF に類似するところから着手する。二状態ライオット(Lyot)フィルタ（図１２ａ） 。二状態ライオット(lyot)フィルタは、リターダ板５０および６０ と結合している、３つの平行中性偏光子４０，４１および42を必須とする。リタ ーダは、２：１の厚さ比を有し、π／４で配向している。ライオット(Lyot)溝成 がカラー偏光子として機能できない（二状態の必須条件による）が、分割素子フ ィルタに類似した通過帯域スペクトルを供給し、有益な開始点になる。図１２ｂ 〜図１２ｃに示すように、分割素子フィルタはライオット(lyot)フィルタのより 厚い素子（６０）を分割し、半分（６１および６２を中央リターダ（５１または ５２）の何れかの側に、直交した（図１２ｂ）または平行の（図１２ｃ）光学軸 の何れかで配置することによって構成される。中央リターダは、入射偏光子１０ の軸に対して平行または直交して配向される。ライオット(Lyot)フィルタの中間 の偏光子は除去される。通過帯域出射のため、出射偏光子３５は一般に、入射偏 光子と直交する。正確なライオット(Lyot)スペクトルを達成するため、純粋な（ 色消し）π／２リターダンスを、分割素子６１および６２に付加しなければなら ないことに注目してほしい。同様に、直交する分割素子の場合において、色消し πリターダンスを、中央リターダ５１に付加しなければならない。これは平行リ ターダデバイスの中央リターダ５２には要求されない。 図１３ａは、リターダンスが、設計波長で、それぞれ、ｍ次および２ｍ次で表 されるライオット(Lyot)フィルタによって生成されたスペクトルを示す。透過ス ペクトルは下記で与えられる。 T(λ)= cos2(Γ/2)cos2(Γ) ここで、Γは、低次リターダのリターダンスに依存する波長であり、 Δｎはリターダ材料の分散複屈折であり、λ0は設計波長である。平行偏光子状 態は、コサイン方形スペクトルを生成するので、ライオット(Lyot)フィルタのピ ーク／ゼロ波長は全く同じに整列する。すなわち、両方の波長板(waveplates)が ピーク透過波長で全波長のリターダであり、阻止帯域において、低次状態の半 波長リターダンスが、高次状態の全波長のリターダンスと同時に起こる。これは 図１３ａに示すように、等振幅サイドローブを生成する。 分割素子ＰＲＳは、図１２ｂ〜図１２ｃの偏光子１０およびリターダスタック ２０を具備する。リターダスタックは、リターダ６１，５１および６２ａ、また はリターダ６１，５２および６２ｂの何れかを具備する。本発明の分割素子カラ ー偏光子においては、減法混合原色スペクトルは、入射偏光子の軸に沿って透過 され、加法混合原色帯域は、直交する軸に沿って透過される。ライオット(Lyot) フィルタのように、分割素子ＰＲＳは、各ピークが３つのゼロによって分離され ている、周期的サイン方形透過関数を生成する。これは加法混合原色スペクトル を表す。逆のスペクトルに対しては、これは、均一の透過性を有する３つの波長 の極大が、減法混合原色帯域に広がることを意味する。加法混合原色帯域の高い ピーク透過率を維持する能力は、減法混合原色スペクトルが阻止される程度を決 定する。 分割素子ＰＲＳカラー偏光子に対して、２つの設計オプションがある：図１２ ｂおよび図１２ｃに示すように、直交分割素子および平行分割素子である。分割 素子の総リターダンスがΓSEとすると、中央素子リターダンスはΓCとなる。直 交リターダ構成において、ｘ軸に沿った透過関数は下記で与えられる。 T(λ)= sin2(ΓSE/2)sin2(ΓC/2) これは、ライオット(Lyot)スペクトルを同一に生成するために、色消しの半波長 リターダンス（各分割素子に対して１／４波長）が必要があることを数学的に示 している。下記で示される平行分割素子透過関数は、 T(λ)= sin2(ΓSE/2)cos2(ΓC/2) 分割素子リターダンスにおける半波長シフトを必要とする。このように、分割素 子リターダは一般に、図１３ｂおよび図１３ｃに示すように、ピーク透過の波長 でｍ次半波長プレートである。図１３はラベル付けされた透過帯域オーダの規則 (convention)を示す。ｎ次の中央リターダは、それぞれ、分割素子が直交かまた は平行かに依存して、設計波長で半波長プレートまたは全波長プレートの何れか である。中央素子リターダンスは、平行および直交分割素子に対して異なるので 、それぞれによって生成される透過スペクトルは独特である。 カラー偏光子を組み立てる場合、素子に色消し１／４波長または半波長リター ダンスを付与するのは、実際的ではなく、必要性もない。幸運にも、ゼロ次リタ ーダンスを、必要に応じて分割素子および中央素子に単に付加することによって 、適切なカラー飽和度が達成される。ゼロ次リターダンスの使用は、同時に、均 衡のとれたサイドローブレベルに加えて、透過波長の理想的な効率を達成するこ とを予め除外する。実際には、リターダンスのわずかな調整は、飽和度とスルー プットとの調和をとるために付加される。さしあたりこれを無視すると、分割素 子ＰＲＳスペクトルは、図１３ｂおよび図１３ｃに示すように、ライオット様(L yot-like)ペクトルにかなり近くなる。 本発明のＰＲＳカラー偏光子において、分割素子リターダンスの合計は、ゼロ 次リターダンスの範囲内で、中央素子リターダンスに対して２：１の割合である 。これは、ほとんど同一の厚さのリターダが、スタックの各素子に使用されるこ とを許容する。ライオット(Lyot)フィルタと同様に、分割素子はフィルタの解像 度を決定し、一方、薄い（中央）素子はスペクトル周期、または自由スペクトル レンジ（ＦＳＲ）を決定する。本発明のカラー偏光子において、各分割素子リタ ーダと中央リターダとの間の、設計波長でのリターダンスの絶対的な相違は、１ ／４波長、すなわち、下記式で示される。 ｜ΓSE/2-ΓC｜= 1/4 波長 これは、分割素子カラー偏光子の解像度が阻止帯域幅と結合していることを示す 。 リターダンスの下限は、中央素子がほとんど重大なフィルタリング動作を実行 しないのためのものである。ゼロ次半波長と同様に中央素子リターダンスは、有 用なカラー偏光子、特に分散材料のためのものを提供することができる。カラー 偏光子の最大解像度には、ＦＳＲがもはや原色間で効果的な分解能（ディスクリ ミネーション）を適切に供給しない場合に至る。このように、中央リターダ次数 の上限(ceiling)は、「最高条件(best-case)」、または分散のない材料に基づい て決定することができる。この上限は、各原色の中央での分割素子カラー偏光子 設計を要約して表６〜表８に示す。 何れの設計においても、分割素子リターダンスは、透過ピークにおいて、ｍth 半波長である。平行分割素子に対しては、中央リターダはｎth次全波長リターダ であり、かつ直交分割素子に対しては、中央リターダは、ｎth次半波長リターダ である。一般に、分割素子ステージは、（ｍ＋３／２）および（ｍ−１／２）波 長のリターダンスで近接する極大を生成し、それは、中央ステージによって生成 されるゼロに、ほとんど一致する。平行分割素子に対しては、これは、それぞれ 、リターダンスが（ｎ＋１／２）および（ｎ−１／２）波長で生じる。直交分割 素子に対しては、これは、それぞれ、リターダンスが（ｎ＋１）および（ｎ）波 長で生じる。各ピーク間の２つの付加的なゼロは、分割素子の全波長リターダン ス、（ｍ−１）、ｍ、（ｍ＋１）、（ｍ＋２）に一致する。 要求されるゼロ次リターダンスの色度は、原色のピーク透過と、阻止の均一性 （サイドローブ振幅のバランス）との間に妥協を生成することができる。これは 図１３ｂおよび図１３ｃを考察することによって最良に示される。図１３は、色 消しリターダを有する理想的分割素子リターダについての極大およびゼロを示し 、図１３ｂでは、色消しリターダを分割素子リターダに付加し、図１３ｃでは、 中央リターダに付加したものである。ゼロ次リターダが色消しリターダの代わり に用いられる場合、極大およびゼロの相対的な位置はシフトする。直交分割素子 に対しては、（ｍ＋１／２）および（ｎ＋１／２）波長のリターダンスが生じた 場合には、同一の波長では、（ｍ＋３／２）および（ｎ＋１）波長のリターダン スも、（ｍ−１／２）およびｎ波長のリターダンスも生じることはできず、逆も 同じである。平行分割素子に対しては、（ｍ＋１／２）およびｎ波長のリターダ ンスが生じた場合には、同一の波長では、（ｍ＋３／２）および（ｎ＋１／２） 波長のリターダンスも、（ｍ−１／２）および（ｎ−１／２）波長のリターダン スも生じることができず、逆も同じである。 これらのフィルタにおいて、サイドローブ振幅の割合は、中央および分割素子 の間の残差リターダンス(residual retardance)の兆候（サイン）のみに依存す る。すなわち、下記式の場合である。 (ΓSE/2-ΓC)= -1/4 T1>T2 および (ΓSE/2-ΓC)= +1/4 T1<T2 ここで、Ｔ1およびＴ2は、図８に示すとおり、サイドローブの振幅である。一般 に、対称的なサイドローブは同一の振幅、Ｔ1＝Ｔ-1およびＴ2＝Ｔ-2を有する。 所望の相対的なサイドローブ振幅は、光源原色帯域に関係するゼロのスペクトル 配置に依存する。ゼロ波長は、解像度および材料の複屈折分散に依存する。 必要に応じて、サイドローブバランスを改善するために、ゼロ次リターダンス の色度を補償するために２つの方法がある。一つの方法は、中央および分割素子 の相対設計波長をシフトすることであり、これは、相対リターダンスをシフトす ることと同等である。これは、非対称の阻止条件（緑に対立するものとして、青 または赤）がある場合に、最も好適である。２つめの方法は、リターダンスにお ける相違を補償するため、異なる複屈折分散を有する材料を使用することである 。例えば、残差リターダンスが負の場合、分割素子のために、より分散する材料 が使用されるべきである。残差リターダンスが陽の場合、中央リターダに、より 分散する材料を使用されるべきである。 サイドローブ振幅のアンバランスは、多くの実施例において有益であることに 言及されるべきである。いくつかの設計において、光源スペクトルにより適合し た阻止特性を達成するため、サイドローブ振幅がさらにアンバランスであること が望ましい。このような場合について、具体的なカラー偏光子設計に関してさら に説明する。 分割素子カラー偏光子によって生成されたスペクトルは図８の代表するスペク トルを用いてまとめる。一般に、加法混合原色スペクトル（ＡＰＳ）は、中央波 長λ0および解像度ＦＷＨＭ＝（λR−λB）における、ピーク透過率Ｔ0を有する 通過帯域によって表される。これと対比して、減法混合原色スペクトル （ＳＰＳ）、逆は、ノッチ(notch)によって表される。ノッチに近接した高い透 過率の相対広域帯域は、補色の減法混合原色に一致する。 中央通過帯域に近接して、より高く、より低次であり、これは、それぞれ、青 ／赤のリークの発生を避けるために、可視外（または可視光源発光から離して） に配置されなければならない。これらの次数による光透過はＡＰＳを脱飽和する 。換言するなら、スタック設計を平易にすることに関して、次数間のスパンは飽 和カラーを生成する最小帯域幅とすべきである。 特別な設計によって、各極大は、一連のゼロおよびサイドローブにより分離さ れる。ゼロ波長の配置は、図８に示される。ＡＰＳのゼロは、ＳＰＳのピークに 一致するので、臨界ゼロ波長を有する光源スペクトルに整合させるために注意を 払わなければならない。Ｔ1(＝Ｔ-1)およびＴ2(＝Ｔ-2)で表される、サイドロー ブの振幅を最小値にするのが望ましい。分割素子 赤／シアン Ｒ／Ｃ分割素子カラー偏光子は、単一リターダを超えて、飽和度およびスルー プットにおいて著しい改善が行われた。阻止帯域において、一つのゼロ（単一リ ターダ）から３つという多くのゼロへの増加は、高い赤透過率および優れた飽和 度の両方を供給する。青／緑に比較してリターダンスの変化が緩やかな赤におい てにもかかわらず、分散性の材料を用いた、青／緑での広域阻止と同様に、急勾 配な遷移スロープが達成可能である。リターダンスの選択は、複屈折分散、ピー ク透過波長、および最も近い（緑）ゼロ波長に、最も大きく依存する。しかしな がら、赤／緑遷移帯域のスロープは、より高次から青のリークによって最終的に 制限される。 表６〜表８は、分散のない材料について、リターダンスの上限（青リークは影 響ない）を示している第６表は、９つの赤／シアン設計を示し、そのうちの５つ は、直交分割素子を有する。直交分割素子設計は、半波長中央リターダンスと同 一視できる。低リターダンス分割素子は、緑での許容阻止(acceptable blocking )を可能とするために、より長い中央設計波長を有する。高リターダンス分割素 子は、青リークを最小にするため、より短い中央設計波長を有する。サ イドローブ振幅を減少するため、中央素子および分割素子の設計波長間の比較的 大きな差違を、低リターダンス設計に使用した。示されるとおり、これは、ピー ク透過率を減少するという悪影響を及ぼす。次数が増大するにつれて、設計波長 における差違は、より大きいピーク透過を与えて、減少させることができる。全 ての実施例において、いくつかの設計波長の差違はサイドローブ振幅をバランス とるために使用される。低リターダンスに対して、少なくとも一つの（広げられ た）ゼロが存在し、極大リターダンスで多くても３つのゼロが存在する。特定の 中央および分割素子リターダンスに対する設計波長の差違は、単一設計波長を用 いたリターダンスにおける差違と同等に説明することができる。サイドローブと ゼロを適応するためにリターダンスを調整する場合、リターダンスの変化は一般 にπ／４より小さい。 図１４は、表６の設計４を用いたＲ／Ｃカラー偏光子の加法混合原色スペクト ルを示す。図１５は、実際のＲ／Ｃ分割素子カラー偏光子減法混合原色スペクト ル（図１５ａ）および加法混合原色スペクトル（図１５ｂ）の測定透過率を示す 。スタックは、ＮＲＦリターダフィルムおよびニットー(Nitto)G1225偏光フィル ムで製造した、直交分割素子を用いた単一分割素子設計である。分割素子 緑／マゼンタ 対称阻止必須条件のため、最高の単一リターダ設計がＧ／Ｍフィルタであるが 、分割素子設計を用いることにより、さらに重要な改善が実現される。単一リタ ーダ手法において、特に、分散性の材料を用いた場合、緑の帯域の解像度の増大 は、青拒絶(rejected)帯域を過度に狭くする。これは加法混合原色帯域の脱飽和 、および減法混合原色帯域、特に青のスループット損失を示す。換言すると、分 割素子緑帯域の解像度の増大は、減法混合原色帯域を有する２つの原色のそれぞ れの帯域幅を広げる。分割素子の極大間の広い阻止帯域幅のため、緑解像度での 広いレンジを得ることができる。分割素子が、単一リターダを用いて可能なスペ クトル（２つまたはそれより少ない可視ゼロ）より良くないスペクトルを提供す る際に、結局、低解像度限界(limit)が生じる。高解像度限界(limit)は、中央ス テージＦＳＲが不十分で青のリークを容認する際に生ずる。これらの範囲内で、 リターダ次数のレンジ、または解像度は、複屈折分散に大きく依存する。 青での３つの波長ゼロおよび赤での３つと同じだけの波長ゼロが、緑をマゼン タから分離するために得ることができる。一般に（分散のない材料について）、 最大解像度は、より高次極大による青のリークが原色を脱飽和し始めるときであ る。非分散性(non-dispersive)材料を用いた、合計１２の設計を、表７に示して いる。設計波長λ0＝５４５ｎｍが、任意に選択された。全実施例において、分 割素子および中央ステージの設計波長は、同一で、１００％の理論的ピーク透過 率を与える。他の潜在的な損失からリターダスタックの効果を区別するため、理 想的な中性偏光子を想定した。 表７は、１２の分割素子設計の特性を示す。非分散材料を用いて、低解像度限 界(limit)は、分割素子リターダンスが２．５波長より小さくなるように見える 。この解像度を用いると、一つ（全波長中央リターダ）、または二つ（１．５波 長中央リターダ）の青のゼロを伴って、単一の赤のゼロが存在する。高解像度限 界は、６．５波長の分割素子リターダンスでは、青の次数が約４２０ｎｍのとこ ろに生じる。ここには合計５つのゼロが存在し、最後の赤のゼロは、設計波長よ りわずかに低い７００ｎｍより下に現れるであろう。解像度の対応する範囲は、 ２．５波長の分割素子リターダンスに対して１０４ｎｍ ＦＷＨＭであり、 ６．５波長の分割素子リターダンスに対しては、３８ｎｍ ＦＷＨＭである。 図１６に基づいて作った設計６は、具体的な分割素子Ｇ／Ｍカラー偏光子であ る。スペクトルは適度の解像度（７０ｎｍ ＦＷＨＭ）および良好に位置したゼ ロを有する。２つの青のゼロは、赤において十分に存在する単一のゼロを、効果 的に阻止すること許容する。また、隣接するサイドローブ振幅は、適度に低い（ ３．４％）。 分散性の材料が使用されると、著しく相違するスペクトルが得られる。複屈折 分散は、青および赤の帯域の阻止帯域幅間のアンバランスを形成する。例えば、 １．５波長の分割素子リターダンスのみを用いたポリカーボネートＰＲＳは、赤 のゼロを与えないが、２つの青のゼロを生成する。一つの赤のゼロが最初に生じ るところの低解像度限界は、２．５波長の分割素子リターダンスに一致する。高 解像度限界は、おおよそ４．５波長で生じ、そこでは青の次数が４１８ｎｍで現 れる。解像度での対応する範囲は、２．５波長の分割素子リターダンスに対して ８２ｎｍであり、４．５波長の分割素子リターダンスに対して４５ｎｍである。 図１７は、平行検光子を用いた設計４に基づく、緑／マゼンタカラー偏光子の 測定透過率を示す。分割素子は、ＮＲＦリターデーションフィルムとニットー(N itto)G1225偏光子とを用いて組み立てた。非分散材料を用いた設計４より、解像 度がかなり高いことに注目してほしい（図１６）。減法混合原色スペクトルのス ループットは、加法混合原色スペクトルのサイドローブ振幅と密接に結びついて いる。サイドローブの相対振幅は、分割素子および中央リターダの相対位相遅れ に依存する。分割素子リターダンスが、中央リターダンスの２倍より小さい場合 、通過帯域に直接隣接するサイドローブは、残りの２つより小さい。分割素子リ ターダンスが、中央リターダンスの２倍より大きい場合、通過帯域に直接隣接す るサイドローブは、残りの２つと比較して抑圧されている。相対リターダンスに おける最終的な選択が光源特性に依存するが、これは最も有望な魅力的な設計で ある。分割素子 青／黄色 高品質の青／黄色分割素子カラー偏光子の作製における試みは、緑および赤で の十分な阻止を供給しながら、広い青透過帯域を得ることである。Ｒ／Ｃカラー 偏光子の場合において、通過帯域の最も急勾配の遷移スロープは、赤および緑の 原色の間を現れる。これは、広い赤透過および効果的な緑阻止という望ましい結 果を与える。換言すると、Ｂ／Ｙカラー偏光子は、青および緑帯域の間に最も浅 い遷移スロープを有する。従って、緑および青の原色の適切な分離を供給する場 合、青帯域の解像度は過大になる。逆に、これは黄色の飽和度の低下(degradati on)示す。この状態は大きい複屈折分光を有する材料にとってはかなりよくない 。実施例は、二重分割素子(double-split-element)の利益が最も実感できるもの 示している。 二重分割素子リターダスタックは、中央リターダ、内側の一対の分割素子リタ ーダ、および外側の一対の分割素子リターダを具備する。内側分割素子リターダ は、互いに平行または直交とすることができ、これは外側分割素子リターダも同 様である。以下の実施においては、分割素子リターダの両方の組は、直交してい る。 ８つの分割素子Ｂ／Ｙ設計は、表８に示すように、単一の二重分割素子に加え て、非分散材料について考察した。設計３は、許容できる低解像度（ＦＷＨＭ＝ ７８ｎｍ）、低サイドローブ振幅、および５５０ｎｍでの最初のゼロを生成した 。設計１および２は、広い遷移帯域を有するが、緑のゼロを生成することはでき なかった。設計３は、より狭い遷移帯域に加えて、設計４よりわずかに低い解像 度という利点を有するが、赤におけるサイドローブ振幅がかなり大きい。設計５ 〜８は許容できるが、青の帯域幅はますます狭くなっている。このような設計は 、かなり限定された青のパワースペクトルを有する光源スペクトルに対して最も 好適である。図１８は、設計４に対する加法混合および減法混合原色スペクトル を示す。 二重分割素子は、より短い波長でのリターダンスの増大に対する補償を提供す る。設計は、青から緑への狭い遷移帯域幅を有する、広い青の通過帯域を許容す るため、青において緩やかに変化する透過関数を許容する。基本のアプローチ は、青での通過帯域よりむしろ、緑でのノッチを有する急勾配の青−緑遷移スロ ープを生成することである。これは、青−緑遷移スロープと過大な青の解像度と の間のトレードオフ（交換条件）を排除する。部分的には複屈折分散のために、 ノッチの解像度が増大するにつれ、青の帯域は狭くされるよりむしろ拡開される 。事実、二重分割素子は一般に、直交分割素子を有する単一の分割素子によって 生成されたノッチ透過関数を含んでいる。二重分割素子を用いると、ノッチスペ クトルは、直交または平行の偏光子間の単一リターダに対する透過関数によって 、さらに調整される。これは、青を透過し、赤を拒絶するという、低解像度透過 関数である。この結果は、広い青透過関数および効果的な緑−赤阻止となる。 表８の設計９は、中央位相リターダに加えて、外側および内側分割素子リター ダを与える。この分割素子が、Ｇ／Ｍ分割素子（表７参照）の設計５の減法混合 （マゼンタ）原色スペクトルを生成することに注目してほしい。次いで、赤は、 直交偏光子間の第１次数の青の半波長リターダの透過関数によって拒絶される。 この結果、所望の９７ｎｍ ＦＷＨＭ、カットオフ波長４９６ｎｍ、および５５ ０ｎｍの第１のゼロとなる。図１９は非分散材料を用いて本設計の透過関数を示 す。 図２０は、サンリツ(Sanritzu)LLC2-5518SF 偏光子上に、ニットー(Nittto)NR F ポリカーボネートリターデーションフィルムのスタックを用いて組み立てた、 Ｂ／Ｙ二重分割素子の測定減法混合原色スペクトルを示す。このスペクトルは、 偏光子の特性により、赤より緑の透過が小さいことを示す。前後表面によるフレ ネル(Fresnel)損失が存在し、赤における８９％透過の可能性を示している。図 で見られるとおり、青の透過がかなり低い。青ノッチの帯域幅での低下は、リタ ーデーションフィルムの分散に起因する。 ＰＲＳ使用システム受動カラーセパレータおよびコンバイナ ＰＲＳがカラー偏光スプリッタを用いて形成された塩合、相反するカラーセパ レータおよびコンバイナが形成される。図２１は、２つのＰＲＳスタック２０お よび２１、中性偏光子１０、および２つの偏光スプリッタ３０および３１を用い た三色セパレータを示す。白色光は、Ｂ／ＹおよびＲ／Ｃスタックを用いて、偏 光加法混合原色帯域に変換される。同様に、光源７０，７１および７２がそれぞ れ放射する加法混合原色の光は、第22図の構成を用いて、単一の白色直線偏光状 態に結合することができる。二色シャッタ ＰＲＳは相補的であるので、Ｒ／Ｃ、Ｇ／Ｍ、またはＢ／Ｙの間の変調(modul ation)を提供するのに好適である。カラーシャッタは、ＰＲＳ構造を、静的検光 子以前の偏光スイッチである、スイッチャブル（可切替）偏光子などの能動偏光 セパレータと結合することにより形成される。２色スイッチのブロック図を図２ ３ａに示す。カラー偏光子は、中性偏光子１０およびリターダスタック２０を具 備する。偏光セパレータは、偏光スイッチ９０および検光子１５を具備する。 ＰＲＳと共に使用されるスイッチャブル偏光子は、理想的には、０度および９ ０度配向の間の変調を行うことができる、中性偏光子の機能を具備する。ゲスト ホストダイクロイック４５度チルトＦＬＣ偏光子、または２つの偏光子オンデマ ンド構造(polarizer-on-demand structure)は、この機能を有する。代わるもの として、中性偏光子より以前の偏光切替素子は何れも、効果的なスイッチャブル 偏光子である。一般に、好適なスイッチは、ゼロ次リターダンス（ほぼ色消し） による半波長変調、低電圧および電力消費、広い視野、低挿入損失、ミリセカン ド〜サブミリセカンド切替、および低コストで広開口へのスケーリングを達成す るものである。 ネマティック液晶切替手段は、均質(homogeneous)、π−セル、ツイスト、ス ーパーツイストデバイス配置を含む。また、プッシュ−プルセルなどの切替機能 を改善するための複合（コンパウンド）素子もまた、好適である。スメクティッ ク液晶スイッチは、ＳｍＡ*(常誘電体(paraelectric))、ＳｍＣ*、歪らせん強誘 電体(distored helix ferroelectric)、反強誘電体 (antiferroelectric)、およびアキラル強誘電体(achiral ferroelectric)デバイ スから製造することができる。ＳｍＡ*、ＳｍＣ*は、均一に整列させ、または表 面を安定させることができる。具体的な強誘電体液晶切替手段は、０およびπ／ ４の間で配向で切り替わる、均一に整列した２２．５度チルトＳｍＣ*半波長デ バイスである。スイッチは、ＬＣ材料に限定されず、真の電気光学効果デバイス 、圧電性（ピエゾ電気の）または電気機械式スイッチを含んでもよい。これらは 偏光または偏光回転子（ローテータ）をもたらすリターダとなることができる。 ゼロ次半波長スイッチの欠点は、色度に起因して、可視（４００〜７００ｎｍ ）の全体に亘って有効なスイッチングを行うことができないことである。より色 消しの偏光スイッチングを行う複合素子、特に一つの能動デバイスだけを条件と するものは、性能を著しく改善する。２つの低チルト強誘電体液晶（ＦＬＣ）ス イッチの組み合わせは、強化された変調を提供し、また、より色消しの偏光スイ ッチングを製造する。色消し回転子は、一つの電界極性(field polarity)で、セ ルの光学軸が直交し、逆の電界の適用で軸が反対方向に傾斜するという配置で形 成される。しかしながら、ステージ毎に２つのセルが必要であり、費用、複雑さ 、および透過率の低下が増大する。 より好ましいアプローチは、色消しスイッチングを達成するため、単一の能動 素子を受動リターダと組み合わせることである。このような構成は、１つまたは ２つの半波長リターデーションフィルムをＦＬＣ半波長リターダと組み合わせる ことによって形成することができ、複合色消しスイッチを生成する。色消し半波 長偏光スイッチは、その全体を参照するためにここに組み込まれる、１９９５年 ４月７に出願された米国特許出願第08/419,593号に説明されている。色消し半波 長スイッチの一実施形態は、図２４に示される。スイッチ９０は、ＦＬＣ半波プ レート９２を具備し、ＦＬＣ半波プレート９２は、５π／１２と８π／１２との 間で切替え可能な配向を有し、π／１２で配向している能動半波長板９３および ９４の間に配置されている。スイッチ９０の複合リターダンスは、半波長であり 、複合配向は、０およびπ／４の間で切り替わる。換言すると、３つの素子は共 に、０およびπ／４の間で切替え可能な単一の回転可能半波長板と同様になる が、色消しリターデーションを有している。静的偏光子１５と組み合わせた偏光 スイッチ９０は、スイッチャブル偏光子として機能する。複合配向が０のとき、 偏光はスイッチによって変調されず、ｘ−偏光が透過される。合成配向がπ／４ のとき、ｙ−偏光は反転してｘ−偏光になって透過される。色消し半波長偏光ス イッチは、対称構造であり、透過および反射の両方で色消しスイッチングを許容 する。また、一般に、これらのスイッチは、可視カラー変化variation)を生成す ることができる能動素子のリターダンスにおける空間的変化(variation)に対す る補償を与える。 図２４は、分割素子スタック２０を有するＦＬＣ複合色消し偏光スイッチ９０ を使用した二色シャッタの配置を示す。分割素子スタックは、中央リターダ５１ および分割素子リターダ６１および６２ａを具備する。 上述した二色スイッチは、加法混合原色および補色の減法混合原色の間を切り 替える。変調されたデバイスは、２つの加法混合原色の間で、または２つの減法 混合原色の間で切り替えることができる。２つの加法混合原色間での切替のため 、カラー偏光子は、減法混合原色出射を有する２つの加法混合原色の一つを阻止 する受動フィルタと組み合わせる。この阻止は、色素タイプ、多層スタック、ま たは偶数のＰＩＦ光学フィルタなどの任意の受動フィルタを用いることにより達 成することができる。入射偏光子の後に配置される、適当に配向された多色カラ ー偏光子は、阻止フィルタとして機能することができる。阻止フィルタは、能動 スイッチの前、後、または内部に配置することができる。表９には、２つの加法 混合原色の出射を供給する、能動フィルタおよび阻止フィルタの組み合わせを記 載する。 ２つの減法混合原色を供給するため、２つの減法混合原色に共通である加法混 合原色を非偏光または非検光のままとする。これを達成するため、図２３のスイ ッチの偏光子１０および／または偏光子１５を、中性の偏光子の代わりに多色カ ラー偏光子とする。多色偏光子は特定の波長帯域においてのみ偏光子として機能 する。例えば、青色偏光子は、赤および緑の光を偏光させるが、青を非偏光のま まとする。この特性を有するカラー偏光子は何れも使用することができる。偏光 子１０に多色偏光子が配置されると、一般の加法混合原色は入射の際に偏光さ れない。したがって、この光はリターダスタックまたは偏光スイッチによって影 響を受けず、両方の切替状態で透過される。偏光子１５に多色偏光子が配置され ると、青の光は入射の際に偏光され、リターダスタックおよび偏光スイッチによ って操作されるが、それにもかかわらず、切替状態の両方において透過される。 なぜなら、その光は出射偏光子によって検光されないからである。両方の偏光子 １０および１５を多色カラー偏光子とすることができ、一般の加法混合原色が非 偏光で通過するのを許容する。スタックは、残りの２つの加法混合原色を直交す る方向に偏光するように設計されなければならない。表１０に挙げるように、２ つの補色のカラー偏光子に基づいて、各スタックに対して２つの選択肢がある。 例えば、シアン／マゼンタシャッタを提供するためには、一般の加法混合原色は 青で、多色カラー偏光子も青である。残りの２つの加法混合原色は赤および緑で あり、これらは赤／シアンスタックまたは緑／マゼンタスタックの何れかによっ て、直交する方向に偏光することができる。フルカラーシャッタ ２つのＰＲＳカラーシャッタが多段にすると(cascaded)、フルカラースイッチ ングを実現することができる。図２３ｂは、４つの出射帯域を提供する、２ステ ージ構成のブロック図を示し、４つのうち３つは加法混合原色（ＲＧＢ）で４つ めがオフ状態である。フルカラーシャッタは、第１のスイッチャブル偏光子（９ ０および１５）を有する第１のカラー偏光子（１０および２０）を具備し、これ は第２のカラー偏光子（１１および２１）および第２のスイッチャブル偏光子（ ９１および１５）が多段に結合されている。注目する点は、特定のステージを通 過する伝搬方向が重要ではないことである。従って、何れのステージも透過スペ クトルに変化を与えることなく逆に交換できることである。例えば、素子９０お よび２０が交換可能である。 Ｒ／Ｃ、Ｇ／Ｍ、およびＢ／Ｙ ＰＲＳカラー偏 光子の如何なる組み合わせも、三原色を生成するのために使用することができる 。加法飽和度が交互のステージでの阻止によって得られるが、２つの原色は、カ ラー偏光子の加法混合原色として直接生成される。３番目の色は、２つの減法混 合原色スペクトルの結果物として生成される。４番目の色、オフ状態は、 ２つの加法混合原色スペクトルの結果物を示す。ＰＲＳの優れたカラーコントラ ストのため、４番目の状態は、ハイコントラスト、オフ状態とすることができる 。これは、遷移帯域が重ならないことを保証するため、加法混合原色、赤および 青のうち最も広く分離された２つを用いることにより、最適に達成される。赤お よび青の原色は、それぞれ、Ｒ／ＣおよびＢ／ＹのＰＲＳ構成によって提供され る。さらに、オフ状態のコントラストは、偏光子を９０度だけ変調または効果的 に変調する能動ユニットに対して最適化される。 好適な実施形態においては、色消し複合偏光スイッチが使用される。改善され た色飽和度に加えて、最高の光学濃度オフ状態が、色消し偏光スイッチの使用に より得られる。図２５は色消し偏光スイッチ９０および９１を使用した２ステー ジシャッタの一実施形態である。このフィルタは、一方のステージには、Ｂ／Ｙ の二重分割素子カラー偏光子を有し、他方のステージには、Ｒ／Ｃの単一分割素 子カラー偏光子を有する。 方形波プロフィルを用いたネットワーク合成によって設計された２ステージカ ラーシャッタを図２６に示す。リターダは、リターダンスを有し、上部に記載さ れた設計波長および下部に記載された配向を有する箱として示す。２つの配向の 間を回転するＦＬＣ偏光子の場合は、２つの配向の間にカンマを入れて分離して いる。リターダスタック２０および２１は、それぞれ、Ｂ／ＹおよびＲ／Ｃカラ ーを有し、ネットワーク合成方形プロフィル設計に基づいている。個々のカラー 偏光子スペクトルは、それぞれ図５および図７に示した。スタックは、Ｂ／Ｙス タックに対して６００ｎｍの設計波長を、Ｒ／Ｃスタックに対して６４３ｎｍ設 計波長を有する、ニットー(Nitto)NRZポリカーボネートリターダで構成した。偏 光子１０，１５および１１は、ＡＲコーティングを有するニットー(Nitto)G1225 DU偏光子である。偏光スイッチ９０および９１は、ニットー(Nitto)NRF５００ｎ ｍ半波長リターデーションフィルムと組み合わせた５００ｎｍ半波長ＦＬＣセル で構成した。 図２６の設計の実験的に測定した出射スペクトルを、図２７に、（ａ）青、（ ｂ）および（ｃ）緑の加法混合原色として示す。オフ状態は、図２７ｄに示す。 飽和度およびスループットは、全ての３原色に対して優れている。損失は、 ほとんど全てが、偏光子１０，１５および１１に帰する。これらのスペクトルは 、偏光した入射光で測定した。というのは、非偏光の入射光では透過率が半分で あるためである。透過率を２で割った後、三原色通過帯域のピーク透過率は、平 均で約４０％となった。これは商業的に入手可能なフルカラーシャッタより約３ 倍良好である。カラーディスプレイおよびカメラ カラースイッチングフィルタは、カラービデオシステムを製作するためのビデ オカメルまたはビデオディスプレイを製造するために、種々の構成と組み合わせ ることができる。このようなシステムは、黒および白だけのカメラまたはディス プレイを用いて、カラーオペレーションを達成することができるという利点を有 する。したがって、シャドウマスクおよびＲＧＢ蛍光体トライアッド（三つ組） を有する３ビームＣＲＴｓが必要でなくなり、ビデオカメラおよびＬＣディスプ レイにおけるＲＧＢカラードットもまた同様である。本発明のシステムはまだ、 さらに従来のシステムと同様に多くの異なる色が存在し、または感じられる。す なわち、全ての色が構成成分の混合物からなるベクトルとして構成できるので、 フィルタの三原色帯域を限定する色空間領域に含まれる色は何れも、生成し、感 じることができる。 図２８ａは、撮像光学素子(imaging optics)１１０およびレシーバ１２０を具 備するモノクロカメラと組み合わせた、本発明のカラーフィルタ１００を使用し た多重スペクトルデジタルカメラを示す。撮像光学素子は、カラーフィルタの前 方または後方の何れにも配置することができる。フィルタは、２色またはフルカ ラーシャッタの何れであってもよい。フルカラーフィルタは、フィールドシーケ ンシャルフルカラーカメラを提供するのに使用することができる。 カラーディスプレイシステムを、図２８ｂ〜図２８ｄに示す。これらは、モノ クロディスプレイと組み合わせたフィルタ１００を具備する。モノクロディスプ レイは、電子放射(emissive)ディスプレイでも、または変調(modulator)ディス プレイであってもよい。電子放射ディスプレイ１３０（図２８ｂ）は、例えば、 白色光を放射する蛍光体または蛍光体混合物を有する単一電子ビームＣＲＴとす ることができる。電子放射ディスプレイの他の例としては、能動マトリックスエ レクトロルミネサンス（ＡＭＥＬ）ディスプレイ、および電界放射(field emiss ion)デバイス（ＦＥＤ）を挙げることができる。図２８ｃの透過モード変調ディ スプレイ(transmission-mode modulator display)は、バックライト光源１３１ を有するマルチピクセルシャッタアレイを使用している。シャッタアレイは、ア ナログでもバイナリスイッチングでもよく、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ ）とすることもできる。高いデータ転送速度のモノクロームＬＣＤｓは、高速ネ マティック、ＤＨＦ、または例えばＳｍＣ*またはＳｍＡ*などの強誘電体液晶材 料を使用することができる。図２８ｄの反射モード変調器は、周囲光およびレフ レクタ１４０と組み合わせたシャッタアレイを使用する。反射モードでは光はカ ラーフィルタを通った２つの受動を生成するので、対称カラーフィルタの半分を 、フィルタ１００として使用することができる。レフレクタは、モノクロームデ ィスプレイを提供し、分離シャッタアレイの必要のないデジタルミラーデバイス １４１とすることができる。 フルカラーディスプレイには、３原色のフィールドシーケンシャルディスプレ イを使用する。フィールドシーケエンシャルカラーディスプレイシステムに満足 な画像(appearance)を持たせるために、三原色の画像は、視覚がそれらを全色に 融合するに十分な速度で存在しなければならない。したがって、単一ディスプレ イフィールドシーケンシャルシステムは、ちらつきを防止するため、９０Ｈｚの 最低フレーム速度が必要になる。同様に、フィールドシークエンシャルフルカラ ーカメラは、ビデオ速度でのカラー像を得るために９０Ｈｚのフレーミングを必 要とする。フィールドシーケンシャルディスプレイは、シャッタアレイと同期し て、フィルタを切り替えて連続で三原色状態を通過させる電子駆動手段を必要と する。このような電子工学の設計および組立の技術は当業界でよく知られている 。 シャッタアレイおよびカメラリシーバは画素化（ピクセル化）された(pixelat ed)デバイスである。カラーフィルタ１００の偏光スイッチもまた、画素化する ことができる。この一つの用途は、カメラまたはディスプレイが、所望のフレー ミング速度で全てのフレームを記録または表示するのに十分に速い応答 時間を有していない場合のためである。この場合、カラーフィルタは、セグメン ト化して、一つのセグメントが記録または表示している間に、他のセグメントが 次の色に連続して移動することができるようにすることができる。必要であれば 、受動ＰＲＳ光子自体は、画素化することができる。 ＰＲＳデバイスは、カラーおよび中性偏光子の間に挿入される多重ディスプレ イ(multiple display)を使用する減法混合ディスプレイシステムに使用すること ができる。このようなシステムは、それぞれ特定の原色帯域で動作する、多段の (a cascade of)ディスプレイを用いてフルカラーを生成する。このように、フル カラーは、ビデオ速度白黒ディスプレイを用いて生成することができる。 本発明のＰＲＳカラー偏光子は、上述の特別の実施形態を示している。これら の実施形態は設計考察およびカラー偏光子の性能を立証するものであり、発明の 範囲および趣旨を限定するものではない。構成の十分な説明、設計方法、および 最適化考察は、本発明のカラー偏光子の際限のない変更を当業者に実際に組み立 てることを可能にするために、示されたものある。同様に、カラーシャッタを、 当業者に知られている多数の偏光スイッチおよび液晶偏光スイッチのうちの数個 を用いて説明した。本発明のカラーフィルタを応用して、ディスプレイおよびレ コーダをピクセル化したものをここに示している。本発明のカラー偏光子および カラーフィルタの他の用途と同様に、多くのディスプレイおよびレコーダの多く のより具体的な実施例が、当業者に明確に理解されるであろう。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．補色カラー偏光子であって、 第１の直線偏光子と； ２つまたはそれ以上のリターダを有し、前記偏光子に対して連続して配置され る第１のリターダスタックとを具備し、 前記リターダの数N 、前記リターダのリターダンスおよび配向が、第１の加法 混合原色スペクトルが第１の偏光軸に沿って透過され、且つ補色の第１の減法混 合原色スペクトルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようにようになっ ていることを特徴とするカラー偏光子。 ２．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記リターダの次数が、前記加法 混合原色スペクトルが可視スペクトル領域に単一通過帯域を含むに十分に広いこ とを特徴とするカラー偏光子。 ３．請求項２に記載のカラー偏光子において、前記リターダの次数が、可視スペ クトル領域で前記単一通過帯域を与える極小であるよう選択されることを特徴と するカラー偏光子。 ４．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記リターダの数、前記リターダ のリターダンスおよび配向が、前記第１の加法混合原色スペクトルが略方形波で あるようになっていることを特徴とするカラー偏光子。 ５．請求項４に記載のカラー偏光子において、前記略方形波が、一つを超える通 過帯域極大および一つを超える阻止帯域極小を含んでいることを特徴とするカラ ー偏光子。 ６．請求項５に記載のカラー偏光子において、前記略方形波の遷移帯域スロープ が、７０ｎｍより小さいことを特徴とするカラー偏光子。 ７．請求項５に記載のカラー偏光子において、前記遷移帯域スロープが、５０ｎ ｍより小さいことを特徴とするカラー偏光子。 ８．請求項５に記載のカラー偏光子において、前記略方形波が、２つを超える通 過帯域極大および２つを超える阻止帯域極小を含むことを特徴とするカラー偏光 子。 ９．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記リターダの数、前記リターダ のリターダンスおよび配向が、ソルク(Solc)設計に基づくことを特徴とするカラ ー偏光子。 １０．請求項９に記載のカラー偏光子において、前記リターダが半波長リターダ であり、前記リターダの配向が、α＝π／４Ｎの、＋αおよび−αの間のサイン で変換することを特徴とするカラー偏光子。 １１．請求項１０に記載のカラー偏光子において、前記リターダが、多次数半波 長リターダであることを特徴とするカラー偏光子。 １２．請求項９に記載のカラー偏光子において、前記リターダは全波長リターダ であり、前記リターダの配向が、α＝π／４Ｎで、α、３α、５α、...(２Ｎ− １)αであることを特徴とするカラー偏光子。 １３．請求項１２に記載のカラー偏光子において、前記リターダが、多次数全波 長リターダであることを特徴とするカラー偏光子。 １４．請求項９に記載のカラー偏光子において、Ｎが、２と４を含めてその間で あることを特徴とするカラー偏光子。 １５．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記リターダが、同一のリター ダンスを有することを特徴とするカラー偏光子。 １６．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記リターダの数、前記リター ダのリターダンスおよび配向が、分割素子設計に基づくことを特徴とするカラー 偏光子。 １７．請求項１６に記載のカラー偏光子において、Ｎ＝３であることを特徴とす るカラー偏光子。 １８．請求項１７に記載のカラー偏光子において、第１のリターダが、±π／４ の配向を有し、第２のリターダが、０またはπ／２の配向を有し、および第３の リターダが、±π／４の配向を有することを特徴とするカラー偏光子。 １９．請求項１８に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、前記 第３のリターダに対して直交して配向していることを特徴とするカラー偏光子。 ２０．請求項１９に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、Γ1 ＋π／２のリターダンス、前記第２のリターダが、Γ2＋πのリターダンス、お よび前記第３のリターダが、Γ1＋π／２のリターダンスを有し、Γ1は、おおよ そΓ2に等しいことを特徴とするカラー偏光子。 ２１．請求項１９に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、Γ1 ＋π／２のリターダンス、前記第２のリターダが、Γ2＋πのリターダンス、お よび前記第３のリターダが、Γ1＋π／２のリターダンスを有し、０＜｜Γ1−Γ2 ｜＜π／４であることを特徴とするカラー偏光子。 ２２．請求項１８に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、前記 第３のリターダに対して平行に配向していることを特徴とするカラー偏光子。 ２３．請求項２２に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、Γ1 ＋π／２のリターダンス、前記第２のリターダが、Γ2のリターダンス、および 前記第３のリターダが、Γ1＋π／２のリターダンスを有し、Γ1は、おおよそΓ2 と等しいことを特徴とするカラー偏光子。 ２４．請求項２２に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、Γ1 ＋π／２のリターダンス、前記第２のリターダが、Γ2のリターダンス、前記第 ３のリターダが、Γ1＋π／２のリターダンスを有し、０＜｜Γ1−Γ2｜＜π／ ４であることを特徴とするカラー偏光子。 ２５．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記リターダの数、前記リター ダのリターダンスおよび配向が、二重分割素子設計に基づくことを特徴とするカ ラー偏光子。 ２６．請求項２５に記載のカラー偏光子において、Ｎ＝５であることを特徴とす るカラー偏光子。 ２７．請求項２６に記載のカラー偏光子において、第１のリターダが、±π／４ の配向を有し、第２のリターダが、０またはπ／２の配向を有し、第３のリター ダが、±π／４の配向を有し、第４リターダが、０またはπ／２の配向を有し、 および第５のリターダが、±π／４の配向を有することを特徴とするカラー偏光 子。 ２８．請求項２７に記載のカラー偏光子において、前記第１のリターダが、前記 第４のリターダに対して直交して配向し、前記第２のリターダが、前記第４のリ ターダに対して直交して配向していることを特徴とするカラー偏光子。 ２９．請求項２８に記載のカラー偏光子において、前記第１および第５のリター ダが、それぞれΓ1／２＋π／２のリターダンを有し、前記２および前記第４の リターダが、それぞれΓ1＋π／２のリターダンスを有し、前記第３のリターダ が、Γ2＋πのリターダンスを有し、０＜｜Γ1−Γ2｜＜π／８であることを特 徴とするカラー偏光子。 ３０．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記第１の加法混合原色スペク トルの極大での非偏光の光のスループットが、３５％より大きいことを特徴とす るカラー偏光子。 ３１．請求項３０に記載のカラー偏光子において、前記スループットが、４０％ より大きいことを特徴とするカラー偏光子。 ３２．請求項１に記載のカラー偏光子を具備し、さらに前記カラー偏光子に連続 して配置された阻止フィルタを具備することを特徴とするカラー偏光子。 ３３．請求項３２に記載のカラー偏光子において、前記阻止フィルタが、第２の 加法混合原色スペクトルを阻止し、前記第２の加法混合原色スペクトルは、第３ の加法混合原色スペクトルと組み合わされて前記第１の減法混合の原色スペクト ルを構成し、これにより、前記第１の加法混合原色スペクトルが、前記第１の偏 光軸に沿って透過され、前記第３の加法混合原色スペクトルが、前記第２の偏光 軸に沿って透過されることを特徴とするカラー偏光子。 ３４．請求項１に記載のカラー偏光子において、前記第１の直線偏光子が、多色 のカラー偏光子であることを特徴とするカラー偏光子。 ３５．請求項１に記載のカラー偏光子を具備し、さらに、前記第１のリターダス タックの前記第１の直線偏光子とは反対側に配置される第１の偏光セパレータを 具備することを特徴とするカラーフィルタ。 ３６．請求項３５に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１の偏光セパレータ が、前記第１の偏光軸に沿って偏光し且つ前記第１の加法混合スペクトルを有す る第１のビームを、前記第２の偏光軸に沿って偏光し且つ前記第１の減法混合原 色スペクトルを有する第２のビームから分離する、偏光ビームスプリッタである ことを特徴とするカラーフィルタ。 ３７．請求項３６に記載のカラーフィルタにおいて、さらに、前記第２のビーム を受けるために配置された第２のリターダスタックを具備し、前記第２のリター ダスタックが、２つまたはそれ以上のリターダを有し、前記リターダの数、前記 リターダのリターダンスおよび配向が、第２の加法混合原色スペクトルを第１の 偏光軸に沿って透過され且つ第３の加法混合原色スペクトルが第２の直交する偏 光軸に沿って透過されるようになており、前記第３の加法混合原色スペクトルと 組み合わせた前記第２の加法混合原色スペクトルが前記第１の減法混合原色スペ クトルを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ３８．請求項３７に記載のカラーフィルタにおいて、さらに、前記第２のリター ダスタックの前記第１の偏光セパレータから反対側に配置された第２の偏光セパ レータ具備することを特徴とするカラーフィルタ。 ３９．請求項３８に記載のカラーフィルタにおいて、前記第２の偏光セパレータ が、偏光ビームスプリッタであることを特徴とするカラーフィルタ。 ４０．請求項３７に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１の偏光セパレータ が、前記第１の偏光軸に沿って変更され且つ前記第１の加法混合原色スペクトル を有する光の透過と、前記第２の偏光軸に沿って偏光され且つ前記第１の減法混 合の原色スペクトルを有する光の透過との間のスイッチングを行うスイッチャブ ル偏光子であることを特徴とするカラーフィルタ。 ４１．請求項４０に記載のカラーフィルタにおいて、前記スイッチャブル偏光子 が、０またはπ／２で配向した第２の直線偏光子と、前記第１のリターダスタッ クおよび前記第２の直線偏光子の間に配置された第１の偏光スイッチとを具備す ることを特徴とするカラーフィルタ。 ４２．請求項４１に記載のカラーフィルタにおいて、前記第２の直線偏光子が、 多色カラー偏光子であることを特徴とするカラーフィルタ。 ４３．請求項４２に記載のカラーフィルタにおいて、前記多色カラー偏光子が、 前記第１の加法混合原色スペクトルおよび第２の加法混合スペクトルの光を偏光 するが、第３の加法混合原色スペクトルの光は偏光せず、前記第３の加法混合原 色スペクトルと組み合わせた前記２の加法混合原色スペクトルが、前記第１の減 法混合原色スペクトルを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ４４．請求項４１に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１の偏光スイッチが 、ネマティック液晶セルを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ４５．請求項４４に記載のカラーフィルタにおいて、前記ネマティック液晶セル が、均質のネマティックセル、πセル、ツイストネマティックセル、およびスー パーツイストネマティックセルからなる群から選択されることを特徴とするカラ ーフィルタ。 ４６．請求項４４に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１の偏光スイッチが 、２つのネマティック液晶セルを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ４７．請求項４１に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１の偏光スイッチが 、スメクティック液晶セルを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ４８．請求項４７に記載のカラーフィルタにおいて、前記スメクティック液晶セ ルが、均一に整列したＳｍＣ*、均一に整列したＳｍＡ*、表面安定化強誘電体、 歪らせん強誘電体、非強誘電体およびアキラル強誘電体のスメクティック液 晶セルからなる群から選択されることを特徴とするカラーフィルタ。 ４９．請求項４７記載のカラーフィルタにおいて、前記スメクティック液晶セル が、０またはπ／２の第１の配向と±π／４の配向との間を切替可能な配向を有 する、ＳｍＣ*半波長リターダであることを特徴とするカラーフィルタ。 ５０．請求項４７に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１の偏光スイッチが 、色消し複合半波長リターダを具備し、前記色消しリターダが、０またはπ／２ の第１の配向、および±π／４の配向との間を切替可能な複合配向を有すること を特徴とするカラーフィルタ。 ５１．請求項５０に記載のカラーフィルタにおいて、前記色消しリターダが、π ／１２に配向した第１の受動半波長リターダ、π／１２に配向した第２の受動半 波長リターダ、および前記第１および第２の受動リターダの間に配置された液晶 半波長リターダを具備し、５π／１２および８π／１２の間で切替可能な配向を 有することを特徴とするカラーフィルタ。 ５２．請求項５１に記載のカラーフィルタにおいて、前記液晶半波長リターダが 、均一に配列したＳｍＣ*半波長リターダであることを特徴とするカラーフィル タ。 ５３．請求項４１に記載のカラーフィルタにおいて、さらに、０またはπ／２で 配向し且つ前記第２の直線偏光子の前記第１のリターダスタックに対する反対側 に配置された第３の直線偏光子と、２つまたはそれ以上のリターダを有し且つ前 記第２および第３の直線偏光子の間に配置された第２のリターダスタックと、前 記第２および第３の直線偏光子の間に配置された第２の偏光スイッチとを具備す ることを特徴とするカラーフィルタ。 ５４．請求項５３に記載のカラーフィルタにおいて、前記第２のリターダスタッ ク柱の前記リターダの数、当該リターダのリターダンスおよび配向が、前記カラ ーフィルタが赤、緑、青およびオフ状態の透過スペクトルの間で切替え可能であ るようになっていることを特徴とするカラーフィルタ。 ５５．請求項５４に記載のカラーフィルタにおいて、前記第１および第２の偏光 スイッチがそれぞれ、色消し複合半波長リターダを有し、前記色消しリターダが 、０またはπ／２の第１の配向と±π／４の第２の配向との間を切替え可能な複 合配向を有することを特徴とするカラーフィルタ。 ５６．請求項５５に記載のカラーフィルタにおいて、前記色消しリターダはそれ ぞれ、π／１２に配向した第１の受動半波長リターダと、π／１２に配向した第 ２の受動半波長リターダと、前記第１および第２のリターダの間に配置され且つ ５π／１２および８π／１２の間を切替え可能な配向を有するを液晶半波長リタ ーダとを具備することを特徴とするカラーフィルタ。 ５７．請求項４０に記載のカラーフィルタを具備し、さらに、前記カラーフィル タに連続するモノクロームディスプレイを有することを特徴とするカラーディス プレイ。 ５８．請求項５４に記載のカラーフィルタを具備し、さらに、前記カラーフィル タに連続するモノクロームディスプレイを有することを特徴とするカラーディス プレイ。 ５９．請求項５８に記載のカラーディスプレイにおいて、前記モノクロームディ スプレイが、電子放射ディスプレイであることを特徴とするカラーディスプレイ 。 ６０．請求項５９に記載のカラーディスプレイにおいて、前記電子放射ディスプ レイが、ＣＲＴ、ＦＥＤおよびＡＭＥＬディスプレイからなる群から選択される ことを特徴とするカラーディスプレイ。 ６１．請求項５８に記載のカラーディスプレイにおいて、前記モノクロームディ スプレイが、変調ディスプレイであることを特徴とするカラーディスプレイ。 ６２．請求項６１に記載のカラーディスプレイにおいて、前記変調ディスプレイ が、液晶アナログまたはバイナリシャッタのマルチピクセルアレイを有すること を特徴とするカラーディスプレイ。 ６３．請求項５８に記載のカラーディスプレイは、請求項５４のカラーフィルタ のマルチピクセルアレイを有することを特徴とするカラーディスプレイ。 ６４．請求項６１に記載のカラーディスプレイにおいて、前記変調ディスプレイ が、デジタルミラーデバイスのマルチピクセルアレイを有することを特徴とする カラーディスプレイ。 ６５．請求項５８に記載のカラーディスプレイが、さらに、前記カラーフィルタ のフィールドシークエンシャルスイッチングを行う電子スイッチング手段を有す ることを特徴とするカラーディスプレイ。 ６６．請求項５４に記載のカラーフィルタを具備し、さらに、前記カラーフィル タに連続するレシーバを有することを特徴とするデジタルカメラ。 ６７．請求項６６に記載のデジタルカメラにおいて、さらに、前記カラーフィル タのフィールドシークエンシャルスイッチングのための電子スイッチング手段を 有することを特徴とするデジタルカメラ。 ６８．請求項６６に記載のデジタルカメラにおいて、前記レシーバが、多重素子 検出器であることを特徴とするデジタルカメラ。 ６９．第３の加法混合原色の多色カラー偏光子と； ２つまたはそれ以上のリターダを有し且つ前記偏光子に連続して配置される第 １のリターダスタックとを具備し、 前記リターダの数Ｎ、前記リターダのリターダンスおよび配向は、前記第３の 加法混合原色スペクトルと同様に第１の加法混合原色スペクトルが、第１の偏光 軸に沿って透過され且つ前記第３減法混合原色スペクトルと同様に補色の第１の 減法混合原色スペクトルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようになっ ていることを特徴とするカラー偏光子。 ７０．以下のステップからなるプロセスで作製されたカラー偏光子であって、前 記プロセスは、 前記カラー偏光子のため、所望の透過スペクトルプロフィルを特定するステッ プで、前記スペクトルが第１の偏光軸に沿った加法混合原色および第２の直交す る軸に沿った補色の減法混合原色を有するステップと； フーリエ級数により前記プロフィルを近似するステップと； 前記級数をアポダイズするステップと； アポダイズ級数を提供するリターダスタックを決定するためネットワーク合成 を使用するステップと； 直線偏光子および前記リターダスタックを連続して結合することにより前記カ ラー偏光子を組み立てるステップと； を具備することを特徴とするカラー偏光子。 ７１．請求項７０に記載のカラー偏光子において、前記所望のプロフィルが、方 形波であることを特徴とするカラー偏光子。 ７２．請求項７０に記載のカラー偏光子において、前記アポダイズのステップが 、テーパウィンドウ関数による前記フーリエ級数を積算するステップを有するこ とを特徴とするカラー偏光子。
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