KR20020021158A - 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템 - Google Patents

Abstract

이미지 영상 시스템은 시스템에서 편광자와 분석자의 역할을 같이 하는 와이어 그리드 편광 광선 분할기(40)를 갖는다. 광원(20)은 하나의 편광을 반사하고 나머지를 투과하는 광선 분할기(14)로 향하는 광선을 발생시킨다. 액정 어레이(26)는 반사 혹은 투과광선 중 하나에 배열된다. 어레이는 광선의 편광을 변조하고, 그 위의 이미지 정보를 인코딩하며 변조된 광선을 광선 분할기로 되돌린다. 광선 분할기는 인코딩된 이미지가 스크린(25)에 투과 혹은 반사되도록 또다시 하나의 편광을 반사하고 나머지를 투과한다. 와이어 그리드 편광 광선 분할기는 광선 광원 및 변조광선에 대해 여러 가지의 각도로 향할 수 있고, 상대적으로 발산광을 수용한다.

Description

편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템{IMAGE PROJECTION SYSTEM WITH A POLARIZING BEAM SPLITTER}

편광된 빛은 액정표시기(LCD) 같은 특정한 곳에 필요하다. 이러한 표시장치는 통상적으로 광원, 빛을 모으고 촛점을 맞추기 위한 광학 요소, 하나의 빛 편광을 액정 어레이에 투과시키기 위한 편광자, 빛 편광의 이미지 정보를 인코딩 하기 위해 빛편광을 다루는 액정 어레이, 편광을 유지하거나 변화시키기 위해 어레이의 각각의 픽셀 어드레스를 지정하는 수단, 선택된 픽셀로부터 원치 않는 빛을 거부하기 위한 제 2 편광자, 이미지의 초점이 맞추어지는 스크린으로 구성된다.

단일 편광 광선 분할기(PBS) 제 1 편광자와 제 2 편광자(분석자) 모두를 다룰 수 있도록 사용될 수 있다. 실리콘 액정(LCOS) 빛 밸브처럼 만약 액정 어레이가반사성을 갖는다면, 선택된 픽셀의 편광을 변형하여 이미지를 인코딩 한 다음 편광자로부터 나온 광선을 다시 편광자로 직접 되돌려 반사시킬 수가 있다. 이러한 시스템은 다카나시(Takanashi 미국 특허 5,239,322)에 의해 공지되었다. 그 개념은 프리즈와 골드(Fritz and Gold)(미국 특허 5,513,023)에 의해 공지되었다. 이러한 비슷한 접근은 광학 설계 및 성능에 중요한 이점을 제공한다. 그러나 어떠한 경우도 종래의 편광 광선 분할기의 결함으로 인해 현실화되지는 못했다. 영상 액정 표시기에서 종래의 편광 광선 분할기를 사용하는 단점은 이미지가 밝지 않고, 대비가 좋지 않고 비균일한 색 평형 혹은 비균일한 밀도(광원뿔(light cone)에 대해 비균일한 성능으로 인해)를 갖는다. 또한 많은 편광 광선 분할기는 과도한 열 때문에 수명이 짧고 가격도 비싸다.

이러한 이미지 영상 시스템의 상업적으로 성공하기 위해서는 종래의 음극선관(CRT) 텔레비전이 제공하는 이미지보다 더 나은 이미지를 제공해야 하는데, 종래의 CRT 기술보다 더 비쌀 것이기 때문이다. 그러므로 이미지 영상 시스템은 (1) 적당한 색 혹은 색 균형을 갖는 밝은 이미지를 제공하고, (2) 좋은 이미지 대비를 갖으며, (3) 가능한한 비싸지 않아야 한다. 개선된 편광 광선 분할기(PBS)는 이러한 목적을 달성하기 위한 중요한 부분인데, 상기 PBS가 디스플레이 시스템의 포텐셜을 결정하는 제한요소이기 때문이다.

디스플레이 성능에 중요하게 영향을 끼치는 PBS의 특성은 (1) 편광자가 기능을 할 수 있는 구경 혹은 f-넘버, (2) PBS 사용과 관련된 에너지 손실 혹은 흡수, (3) PBS의 내구성이다. 광학적으로 구경 혹은 f-넘버는 PBS가 바람직한 수준의 성능을 나타내고 유지할 수 있는 광원뿔의 각도를 나타낸다. 넓은 원뿔, 혹은 작은 f-넘버가 바람직한데, 넓은 원뿔은 광원으로부터 좀더 많은 빛을 모을 수 있도록 하여, 더 큰 에너지 효율을 나타내고 시스템을 소형화할 수 있기 때문이다.

PBS의 사용과 관련된 에너지 손실 및 흡수는 광학 장치에서 좀더 많은 빛이 손실되고 스크린에 투영될 수 있는 빛이 적기 때문에 시스템의 밝기에 영향을 준다. 또한 편광자에 의해 흡수되는 빛 에너지의 양은 자체 내구성에 영향을 주는데 특히 광학 시스템을 통과하는 빛이 ㎠ 당 와트의 차원으로 강한 이미지 영상 시스템에서 그렇다. 이러한 강한 빛은 편광판 박판 같은 공통 편광자를 쉽게 손상시킨다. 실제로 내구성 문제는 이러한 분야에 사용될 수 있는 편광자를 제한시킨다.

내구성은 작고 가벼운 영상 시스템이 만들어질 수 있기 때문에 중요하며, 또한 값이 싸고 좀더 내구성이 있는 제품이 만들어져야 하기 때문에 중요하다. 그러나 이러한 목적을 이루기 위해, 빛의 강도는 더 높아야 하며, PBS에 스트레스를 많이 주어 수명을 단축시킨다.

종래 PBS 장치의 문제성 있는 단점은 디스플레이에 있어서 중요한 성능 요소인 변환 효율이 나쁘다는 것이다. 변환 효율은 광원이 요구하는 전력이 사람이 볼 수 있는 패널 혹은 스크린에 얼만큼의 빛의 강도 출력을 전송하는지를 나타내는 양이다. 이것은 광원에 의해 요구되는 전력으로 나뉘는 스크린의 총 광출력의 비율로 표현된다. 고비율이 여러 가지 이유로 바람직하다. 예를 들어 낮은 변환 효율은 수반하는 큰 전력 공급기, 과잉 열, 큰 용기와 캐비넷 등등과 함께 더 밝은 광원을 필요로 할 것이다. 또한 낮은 변환 효율은 영상 시스템의 가격을 상승시킨다.

낮은 변환 효율의 근본 원인은 광학 시스템의 f-넘버과 직접적으로 관련된 나쁜 광학 효율 때문이다. f-넘버가 다른 동일한 시스템에 대하여 1/2인 시스템은 광원으로부터 빛을 모으는데 네 배 효율의 퍼텐셜을 갖는다. 그러므로 작은 포텐셜의 f-넘버(큰 구경)를 제공하여 광원으로부터 좀더 효율적으로 빛을 모을 수 있도록 하는 개선된 편광 광선 분할기(PBS)를 제공하여, lumens/watt로 측정되는 변환 효율을 증가시킨다.

종래의 편광 광선 분할기가 영상 시스템에 광선 분할기로 사용될 때 변환 효율에 대해서 나쁜 성능을 갖는 몇 가지의 이유가 있다. 첫째로, 빛이 특정한 각도(혹은 적어도 주입사각에 대한 각도의 좁은 원뿔 내에서)로 분할기에 부딪히지 않으면 현재의 광선 분할기는 제대로 작동하지 않는다. 이러한 각도로부터 주광선이 편향되는 것은 여러 종류의 편광 광선 분할기의 강도, 편광의 순도, 및(혹은) 색 밸런스를 저하시킨다. 이것은 액정 어레이로부터 반사된 광선뿐만 아니라 광원으로부터 나온 광선에 적용된다. 이러한 주각도는 PBS의 설계 및 구성뿐만 아니라 이러한 다양한 광선 분할기에 사용된 편광 장치의 물리적 특성에 좌우된다. 현재 존재하는 편광 광선 분할기는 전자기 스펙트럼의 가시영역의 주 편광 각도보다 훨씬 벗어난 각도에서는 효율적으로 작동할 수 없다. 이러한 제한은 가능성 있는 광학 설계와 상업적으로 가능한 디스플레이 설계를 불가능하게 한다.

주광선이 두 개의 편광을 분리하기 위해 가장 좋은 각도로 편광자에 부딪히더라도 다른 광선은 상기 각도에서 벗어난 각도로는 분기될 수 없거나 가시특성은 저하될 것이다. 편광자에 부딪히는 빛은 통상적인 광원으로부터 방출되는 빛을 효과적으로 사용하기 위해 강하게 수렴하거나 발산해야 하기 때문에 이것은 심각한 결점이다. 이것은 보통 광학 시스템에서 f-넘버로 표현된다. 단일 렌즈에서 f-넘버는 초점 거리의 구경비이다. 일반적으로 광학 요소에 대해서 f-넘버는 다음과 같이 정의된다.

F/#=1/(2nsinθ)

여기서 n은 광학 요소가 있는 내부 공간의 굴절율이며, θ는 반 원뿔 각도이다. F-넘버가 작을수록, 렌즈에 모이는 복사속Φ_c이 커지며, 밝은 이미지를 나타내는데 장치는 좀더 큰 효율을 나타낼 것이다. 복사속은 (F/#)^-2으로 증가한다. 광학 트레인(train)에서 가장 큰 F/#를 갖는 광학 요소는 자체 광학 효율에서 제한 요소가 될 것이다. 종래의 편광자를 사용하는 디스플레이에 대해서 제한요소는 거의 항상 편광자이며, 따라서 PBS는 변환 효율을 제한한다. 현재 존재하는 것보다 작은 F/#를 갖는 형식의 PBS를 개발하는 것이 유리하다.

작은 F/#를 갖는 종래의 편광자가 존재하지 않음으로 인해서, 설계자는 통상적으로 변환 효율의 문제를 작고 밝은 광원만을 언급하였다. 이러한 공급원으로써 통상적으로 아크(arc) 램프가 있지만, 무겁고, 부피가 크고 작동 중에 냉각이 필요한 가격이 비싼 전력 공급원을 필요로 한다. 냉각 팬은 원치 않는 노이즈와 진동을 발생시킨다. 이러한 특성은 영상기기의 사용과 비슷한 디스플레이에 이롭지 못하다. 작은 F/#를 갖는 PBS는 낮은 전력의 조용한 종래의 광원으로부터 빛을 효율적으로 모으도록 한다.

종래의 편광 광선 분할기의 주요 단점은 이미지의 대비가 나빠지는 낮은 소광도이다. 소광도는 바람직한 편광의 편광자를 통해 전송된 빛과 바람직하지 않는 편광의 거부된 빛의 비율이다. 효율적인 디스플레이에서, 상기 비율은 PBS를 통과하는 빛의 전체 원뿔에 대해서 최소값을 유지해야 한다. 그러므로 높은 대비의 이미지를 나타내는 높은 소광 비율을 갖는 편광 광선 분할기를 제공하는 것이 바람직하다.

종래의 편광 광선 분할기의 세 번째 단점은 가시 스펙트럼에 대해 비균일성 응답 혹은 나쁜 색 충실도이다. 결과적으로 밝은 색의 빛이 편광 광선 분할기의 약한 부분에 맞추어지기 위해 버려져야 함에 따라 영상 디스플레이 시스템의 비효율성을 가져오는 좋지 않는 색 밸런스가 발생한다. 그러므로 좀더 나은 효율과 함께 좋은 색 밸런스를 갖는 이미지를 제공하고(혹은 좋은 색 충실도), 가시 스펙트럼에 대한 균일한 응답성을 갖는 개선된 편광 광선 분할기를 제공하는 것이 바람직하다. 광선 분할기는 투영된 색을 왜곡시키는 것보다 색지움이 되어야 하며, 이미지의 민감성과 명도를 저하시키기 때문에 편광 사이에서 혼선이 있어서는 않된다. 이러한 특성은 편광자의 모든 부분과, 편광자에서 발생하는 모든 빛의 입사각에 적용되어야 한다. 섬광석 모양이라는 표현은 횡단면, 입체각, 편광된 빛에서 파장의 상대적 강도 분포를 설명하기 위해 만들어진(R.C. Jones. Jour. Optical Soc. Amer. 39. 1058, 1949) 표현이다. 편광자와 분석자의 열학을 하는 PBS는 큰 구경의 빛 광선에서도 반사와 투과에 대해 섬광석 모양이어야 한다.

종래의 편광 광선 분할기의 네 번째 단점은 좋지 않은 내구성이다. 많은 종래의 편광 광선 분할기는 과도한 열과 광화학 반응으로 인해 성능이 저하된다. 그러므로 악화되는 징조없이 수천시간 동안 강한 광속(photon flux)을 견딜 수 있는 개성된 편광 광선 분할기를 제공하는 것이 바람직하다. 또한 경제적으로 큰 크기의 구성을 따르는 편광 광선 분할기를 제공하는 것이 바람직하다.

이러한 필요성을 충족시키기 위해 영상 시스템에 실제로 사용하기 위해 몇가지의 편광자에 대한 표준이 마련되었다. 동일한 광선 분할 장치에 넓은 구경 및 높은 충실도의 편광을 일체화시키기 위한 많은 시도가 있었다. 얇은 막 간섭 필터는 분석자로 사용되는 편광 광선 분할기를 만들기 위해 자주 언급된 형식의 편광자이다. 멕네일리(MacNeille)는 넓은 스펙트럼 범위(미국 특허 2,403,731)에 대해 효율적인 편광자를 공지한 첫 번째 사람이다. 입사각에 대해서 대각선으로 맞추어진 얇은 막 다중층으로 구성되는데, 통상적으로 유리 큐브(cube) 내에 있고, 박판 편광자에 비교하여 무겁고 부피가 크다. 또한 보통 45°인 단일 입사각으로 설계되어야 하며, 만약 빛이 2°와 같이 적에 상기 입사각과 다른 각으로 입사된다면 성능은 좋지않다. 다름 사람들은 설계를 개선시켰다( 예를 들어, J. Mouchart, J. begel, E.Duba, Applied optics 28, 2847-2853, 1989; L. Li and J. A. Dobrowolski, Applied Optics 13, 2221-2225, 1996). 모두다 구경이 증가되면 파장 범위를 많이 줄여야 한다는 필요성을 알아냈다. 이것은 빛이 편광 광선 분할기에 도달하기 전에 적합한 색 대역으로 빛을 분할시키는 광학 설계인 특정한 설계(미국 특허 5,658,060 및 5,798,819)로 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로 광선 분할기를 필요로 하고 그 구경을 넓히기 위해 스펙트럼 대역폭을 축소시키는 것이 가능하지만,추가적인 구성요소와 복잡성이 가격을 상승시키고, 부피를 크게하며, 시스템의 무게를 무겁게 한다.

또한 이러한 개선된 광선 분할기 큐브는 현재 시장에 나와 있으며, 잘 알려진 Balzers와 OCLI 같은 제조업자들로부터 판매되고 있다. 통상적으로 2년 전에 비하여 매우 발전한 f/2.5-f2.8의 F/#를 제공한다. 하지만 광학 영상 시스템의 다른 중요한 구성요소에 미치는 F/1.2-F/2.0의 범위와는 아직 거리가 있다. 이러한 F-넘버에 도달하는 것은 요소 4 만큼 많이 시스템의 효율을 개선시키는 포텐셜을 갖는다. 또한 영상 디스플레이 엔지니어로 하여금 작아진 크기, 무게, 낮은 가격 등등의 다른 목적을 이루기 위해 이전에 불가능했던 설계를 가능하게 한다.

주로 레이더 같은 가시 광학장치와 거리가 먼 기술에서 와이어 그리드(wire grid)는 긴 파장 레이더파를 성공적으로 편광시키도록 사용되었다. 이러한 와이어 그리드 편광자는 반사기로 사용되었다. 이것은 또한 주로 전송 편광자 요소로 사용되는 적외선(IR)의 광학 구성요소로 잘 알려져 있다.

설명되지는 않았지만 스펙트럼 가시영역의 디스플레이 사용에서 와이어 그리드 편광자의 사용 가능성을 가정하였다. 예를 들어, 그린버그(Grinberg, 미국 특허 4,688,897)는 와이어 그리드 편광자를 액정 표시기에 대한 반사기와 전극(하지만 동시에 분석자로는 사용되지 않는)의 역할을 한다. 가상 이미지 디스플레이(미국 특허 5,383,053참조)를 개선시키기 위해 이색성 편광자에 와이어 그리드 편광자의 사용 가능성을 제시하였다. 그러나 그리드 편광자의 대비나 소광에 대한 필요성은 명백하게 제외되었고, 그리드는 기본적으로 편광 민감성 빛 스티어링 장치로 사용된다. 분석자나 편광자 모두의 역할을 하지 않는다(특허 5,383,053). 만약 그 중 하나의 가능했다면 대역폭 편광 큐브 광선 분할기가 그러한 목적으로 사용되었었다고 하는 것이 명백하다. 그러나 이러한 기술은 수용각에 대해 너무 제한되어 있고 심지어 기능적으로도 그러며 엄청나게 비싸서 제외되었다.

또 다른 특허(미국 특허 4,679,910)는 IR 카메라나 다른 IR 장치의 시험을 위해 설계된 이미지 시스템의 그리드 편광자의 사용을 공지한다. 이러한 경우, 상기 응용은 긴 적외선 파장에 대한 광선 분할기를 필요로 하는데, 그리드 편광자만이 실제적인 해결책이다. 상기 특허는 넓은 구경에 대한 필요성을 언급하거나 가시영역에 대한 사용을 제한하지 않는다. 효율적인 변환에 대한 필요성도 대역폭 성능에 대한 필요성도 언급하지 않는다.

다른 특허들은 또한 스펙트럼의 적외선 영역의 와이어 그리드 편광자를 공지한다(예를 들어 미국 특허, 4,512,479, 4,743,093, 5,177,635) 상기 언급된 인용된 예외를 제외하고 IR 스펙트럼의 편광자의 투과성능 만을 강조한다.

이러한 참조사항들은 와이어 그리드 어레이가 통상적으로 편광자 기능을 수년간 해왔다는 것을 설명한다. 그럼에도 불구하고, 이미지 영상 시스템에 대한 개발이 이루어지지 않았다. 와이어 그리드 편광자가 가시 스펙트럼에 적용되지 않았다는 한가지 가능한 이유는 제조상의 어려움 때문이다. 미국 특허 4,514,479는 포토레지스트의 홀로그래픽 노출 방법과 그 다음에 적외선 영역에 근접한 와이어 그리드 편광자를 만들기 위해 이온 밀(mill)에서 에칭하는 방법을 소개한다. 미국 특허 5,122,907에서 작고 긴 타원형 금속이 타원형 금속의 종축을 어느 정도의 각도로 정렬시키도록 뻗친 투명 매트릭스에 삽입되었다. 투과된 빛이 편광 된다 할지라도, 장치는 반사를 제대로 하지 않는다. 또한 타원형 입자가 전자기 스펙트럼의 가시영역에서 사용될 만큼 충분히 작게 만들어지지 않았다. 따라서 실제적인 사용은 통상적으로 IR 스펙트럼의 좀더 긴 파장에 제한된다.

또 다른 종래의 편광자는 각도 증기증착(미국 특허 4,456,515)을 스치게 하여 좀더 얇은 선을 만들어낸다. 불행하게도, 상기 선들은 가시광과의 상호작용이 약한 작은 횡단면을 갖아서, 광학 효율이 이미지 제조에 사용되기에 좋지 않다. 이러한 종래의 여러 가지 노력에서, 이 장치는 무작위 형상으로 간격을 두고 있는 와이어를 갖는다. 이러한 무작위성은 가까이 이격된 요소들의 영역은 투과를 잘 못하고, 넓게 이격된 영역은 반사율이 좋지 않기 때문에 성능을 저하시킨다. 만약 무작위성이 생겨서 두 가지 경우가 발생한다면 편광(소광) 결과 정도는 최고치보다 낮게 된다.

완벽한(완벽에 가까운) 편광을 위해서, 회절을 잘 적용하기 위한 수학이 개발되었다. 반대로 무작위 와이어에 대해서(모두 동일한 방향을 갖더라도) 산란 이론은 가장 좋은 설명을 제공한다. 단일 중공 와이어로부터 산란되는 것이(H. C. Van de Hulst, Light Scattering by Small Particle, Dover, 1981) 공지되었다. 현 무작위 와이어 그리드는 기질에 삽입되었다. 와이어의 위치가 약간 무작위일 뿐만 아니라 직경도 그렇다. 산란광의 위상이 무작위일 것이라는 것은 자명하며, 반사는 좋은 반사성을 나타내지 않을 것이며, 투과는 높은 공간 혹은 이미지 충실도를 유지하지 않을 것이다. 빛 광선의 저하는 좋은 해상도와 고정보 밀도 이미지를 투과시키는데 사용되지 못하도록 한다.

어떠한 종래의 기술에서도 와이어의 순차 어레이가 섬광석 모양의 PBS로써 적어도 편광자와 분석자로서 기능을 할 때 요구되는 각도에서 전체 가시영역에 대해 작동할 수 있거나 작동 하도록 만들어져야 한다는 언급은 없다. 사실상 이러한 작동에 요구되는 좁고 높으며 균일하게 이격된 와이어를 만드는 어려움은 많이 논의 되었다(Zeiter, et. al. Applied Optics, 38, 11pp, 2177-2181(1999), Schnabel, et. al., Optical Engineering 38, 2pp. 220-226(1999). 그러므로 이미지 투영에 관한 종래의 기술이 디스플레이 장치의 부분으로써 섬광석 모양의 PBS를 사용하는 것에 대한 언급이 없는 것이 이상할 일이 아니다.

타마다와 마쯔모토(Tamada and Matsmoto, 미국 특허 5,748,368)는 가시 스펙트럼 영역 및 적외선 모두에서 작동하는 와이어 그리드 편광자를 공지한다. 그러나 크고 넓게 이격된 와이어는 가시영역에서 뜻하지 않은 단파장에서 공명과 편광을 만들 것이라는 개념에 기초를 두고 있다. 불행하게도 이러한 장치는 전체 가시 스펙트럼에 대해서가 아니라 가시파장의 좁은 대역에 대해서면 작동한다는 것이다. 그러므로 완전한 색으로 이미지를 만드는데 사용하는 것이 적합하지 않다. 또한 이러한 장치는 이미지 디스플레이에 대해 유용하지 않은데, 편광자는 이미지 영상 시스템에 대해서 무색이어야 하기 때문이다.

와이어 그리드 편광자가 간과되었던 이유는 종래의 와이어 그리드 편광자의 성능이 입사 빛 광선의 각도가 커짐에 따라 저하될 것이라는(G. R. Bird and M. Parrish, Jr.,"The Wire Grid as a Near-infrared Polarizer."J. opt. Soc. Am.,50. pp.886-891, 1960); the Handbook of optics, Michael Bass, Volume II, P.3-34, McGraw-Hill,1995) 생각 때문이다. 스펙트럼의 가시영역에서 35°이상의 입사각에서 작동이 잘 된다는 설계 결과는 어디에도 없을 뿐만 아니라, 아무도 이러한 입사각의 제한에 원인을 나타내는 중요한 설계 인자를 밝힌 사람이 없다. 이러한 인식된 설계 제한은 성공적인 광선 분할기는 투과 및 반사를 동시에 하기에 적합한 성능을 요구할 것이라는 인식을 할 때 더 중요하게 될 것이다.

이러한 중요한 점은 강조되기에 충분하다. IR 및 가시 스펙트럼에서 와이어그리드 편광자에 대한 특허나 현존하는 문헌은 반사 특성이 아닌 투과편광에 사용되는 것으로만 그 초점에 맞추어져 있다. 와이어 그리드 편광자는 몇 십년간 기술 문헌에 공지되고 시도되어 왔으며, 1960년대부터 매우 널리 퍼지게 되었다. 이러한 분야에서 광대한 연구에도 불구하고 반사 편광으로써 와이어 그리드 편광자의 사용과 그러한 제품에 대한 자세한 논의가 거의 없었으며, 이미지 장치에 사용되는 섬광석 모양의 편광 광선 분할기에 필요한 투과 및 반사 편광자로써 동시에 사용하는 것에 대한 문헌도 없다. 이러한 문헌들의 부족한 연구로부터 관련된 조사자는 대역폭 가시광선 분할기로써 와이어 그리드 편광자를 사용하는 가능성은 분명하지 않거나 그러한 응용분야에서 실제적으로 사용되지 않는다는 결론을 내렸다.

전술된 종래의 편광자가 오직 가능한 유일한 것이었기 때문에 다카나시(Takanashi, 미국 특허 5,239,322)가 그의 영상장치를 부적격한 결과 외에 다른 것과 실행되도록 축소키기는 것은 불가능했다. 어떠한 편광자도 주로 스펙트럼의 가시영역에 대한 무색성, 넓은 수용각, 원하는 빛 편광의 투과 및 편광에서낮은 손실, 좋은 소광비율 같은 다카나시 발명에 요구되는 성능이 제공된 것은 없다.

투과 및 반사 특성의 특별한 성능이 요구되는 이미지 디스플레이 시스템의 몇 가지 중요한 특징이 있다. 영사기에 대해서 P-편광 투과 및 s-편광 반사(R_ST_P) 제품은 광원이 스크린에 효율적으로 놓인다면 커야 한다. 반면에, 스크린에 높은 정보 밀도를 발생시키기 위해 필요한 대비와 해상도에 대해서, 반대 곱(R_PT_S)은 매우 작아야(P-편광 빛의 반사에 의해 증가되는 s-편광 빛의 투과는 작다)한다는 것이 중요하다.

또다른 중요한 특징은 넓은 수용각이다. 수용각은 빛이 공급원으로부터 모이면 커져서, 변환 효율은 최대가 된다. 20°가 큰 반각도의 광원뿔(수렴 혹은 발산의 경우에서)이 수용되는 것이 바람직하다.

큰 각도로 넓은 광원뿔을 수용하고 잘 작동하는 능력의 중요성은 이미지 시스템의 광학 설계는 더 이상 제한되지 않는다는 것이다. 종래의 광원이 사용될 수 있으며, 낮은 가격, 냉각 작동, 작은 크기, 가벼운 무게의 이점을 갖게 된다. 넓은 각도 범위는 설계자로 하여금 디스플레이의 작동 및 크기를 개선시킬 수 있는 알맞은 위치에 다른 광학 요소를 위치시킬 수 있도록 한다.

또 다른 중요한 특징은 크기와 무게이다. 종래 기술은 유리 큐브의 사용을 필요로 했다. 상기 큐브는 시스템에 어떠한 필요성을 강요하게 되고 단점을 갖는다. 상기 요구사항은 큰 유리 부품의 열부하를 감당할 필요가 있고 추가 비용을 발생시키는 긴장 복굴절성 없는 높은 질의 재료를 필요로하는 것 등등이다. 또한 큐브의 늘어난 무게와 부피도 어려운 점이다. 그러므로 광선 분할기는 부피를 많이 차지하지 않고 무게가 많이 나가지 않는 것이 바람직하다.

또 다른 중요한 특징은 견고성이다. 현재의 광원은 빛이 들어온 직후 편광자에 높은 열 변화를 발생시킨다. 이것은 편광 사이에 혼선을 가져오는 열 복굴절성을 야기시킬 수 있다. 또한 강한 빛에 오랫동안 노출되어 재료의 특성(통상적으로 광산화로부터 노랗게 됨)을 변화시킨다. 그러므로 광선 분할기는 광원으로부터 방출된 강하고 높은 온도를 견딜 수 있어야 한다.

또 다른 중요한 특성은 광 입사원뿔에 대한 광선 분할기의 균일한 소광(혹은 대비) 성능이다. 맥네일리(MacNeille) 형식의 얇은 필름 적층 편광자는 P-편광 빛에 반대하는 s-편광 빛의 바사의 차이로 빛을 편광시킨다. s와 p-편광의 형태가 편광자에 입사하는 광원뿔 내에서 방향을 바꾸는 빛광선의 입사평면에 좌우됨에 따라, 맥네일리 형식 편광자는 전체 원뿔에 대해서 동일하게 작동하지 않는다. 맥네일리 편광자의 이러한 약점은 잘 알려져 있다. 광원뿔의 각크기를 제한하고 추가 광학 구성요소를 사용을 통해 광학 시스템의 다른 곳을 보상하여 영상 시스템 설계에 할당될 필요가 있다. 이러한 맥네일리 프리즘의 근본적인 약점은 가격상승, 현 영상 시스템의 복잡성, 광선 분할기의 광학 효율 혹은 F-넘버에 제한을 가함으로써 시스템의 성능을 제한하는 것이다.

다른 중요한 특징은 배열이 쉽다는 것이다. 제품 가격 및 유지는 조립체 기준에 직접적인 영향을 받는다. 가격은 낮은 공차의 배열을 필요로 하지 않는 구성요소와 함께 많이 낮아질 수 있다.

그러므로 비싸지 않는 밝은 이미지와 좋은 이미지 대비를 제공할 수 있는 이미지 영상 시스템을 개발하는 것이 유익하다. 또한 발산 빛을 사용할 수 있고(혹은 작은 F/#값을 갖음), 빛 에너지를 효율적으로 사용하거나 높은 변환 효율을 사용할 수 있는 내구성이 있는 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 개발하는 것이 유익하다. 높은 소광비율, 가시 스펙트럼에 대한 균일한 응답, 섬광석 모양의 좋은 색 충실도, 열변화도에 강하고 튼튼한 편광 광선 분할기를 갖는 이미 영상 시스템을 개발하는 것도 유익하다. 또한 전체 입사광 원뿔의 각도에 대해서 효율적으로 s-편광 빛을 반사시키고 p-편광 빛을 투과시키는 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 개발하는 것이 유익이다. 또한 가볍고 소형인 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 개발하는 것이 이점이 있다. 또한 배열하기 위한 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 개발하는 것이 유익하다. 단일 영상 장치에 이러한 특징을 모두 조합하는 것은 현 기술 상태에 현저한 진보를 나타낸다.

본 발명은 이미지 영상 시스템과 관련되는데, 상기 이미지 영상 시스템은 하나의 빛 선형 편광을 반사하여 다른 곳으로 투과하는 편광 광선 분할기를 포함하는 가시 스펙트럼 내에서 작동한다. 좀더 자세히 말해서 본 발명은 가볍고 소형인 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템 같은 것과 관련되는데, 상기 분할기는 통상적으로 하나의 빛 편광을 통과시키거나 투과시키고 다른 편광을 반사시키기 위해 광원의 전자기장파와 상호 작용하는 여러개의 길게 생긴 반사요소로 구성된다.

도 1a는 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기를 사용하는 본 발명의 이미지 영상 시스템의 선호되는 실시예의 일반적인 작동을 도시하는 도식도;

도 1b는 다른 구조로 된 본 발명의 이미지 영상 시스템을 도시하는 도식도;

도 2a는 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선호되는 실시예의 s 및 p 편광에 대한 파장과 투과율 사이의 관계를 나타내는 그래픽;

도 2b는 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선호되는 실시예의 s 및 p 편광에 대한 파장 및 반사율 사이의 관계를 나타내는 그래픽;

도 2c는 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선호되는 실시예의 파장, 효율 및 투과 소광도 사이의 관계를 나타내는 그래픽;

도 3은 입사각 함수로써 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선호되는 실시예의 성능을 나타내는 그래픽;

도 4a는 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선택적인 실시예의 성능에 대한 이론적 처리량을 도시하는 그래픽;

도 4b는 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선택적인 실시예의 성능에 대한 이론적인 소광도를 도시하는 그래픽;

도 5a는 본 발명의 이미지 영상 시스템의 선택적인 실시예의 일반적인 작동을 도시하는 도식도;

도 5b는 다른 구조의 본 발명의 이미지 영상 시스템을 나타내는 도식도;

도 6은 본 발명의 이미지 영상 시스템의 선택적인 실시예의 일반적인 작동을 도시하는 도식도;

도 7은 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 사시도;

도 8은 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 횡단면도;

* 부호 설명 *

10......이미지 영상 시스템 14......광선 분할기

20......공급원 25......디스플레이 스크린

26......액정 어레이

그러므로 본 발명의 목적은 비싸지 않고 좋은 이미지 대비를 제공하는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

빛 에너지를 효율적으로 사용하고 좋은 변환 효율을 갖으며 내구성이 있는 발산광(혹은 작은 F/#를 갖음)을 사용하는 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 소광비율, 가시 스펙트럼에 대한 균일한 응답, 섬광석 모양의 좋은 색 충실도, 열 변화에 강하고 튼튼한 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 아무 각도에서나 투과되고 반사된 편광 광선을 선택적으로 직접 향하게 할 수 있는 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 아무 입사각에서 광원 광선에 대해 위치하여 적합하게 작동하는 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광원뿔 내의 모든 각도에 대해서 효과적으로 s-편광 빛을 반사키시고 p-편광 빛을 투과시키지만, 비슷하게 p-편광 빛을 반사시키고 s-편광 빛을 투과시키는 기능도 하는 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가볍고, 소형이며, 튼튼하고 배열하기에 쉬한 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적과 이점은 와이어 그리드 편광자인 편광 광선 분할기를 갖는 이미지 영상 시스템에 인지된다. 와이어 그리드 편광 관선 분할기는 통상적으로 얇고 긴 요소의 평행한 배열로 되어 있다. 통상적으로 요소들을 통해 하나의 빛 편광을 투과시키고 요소들로부터 하나의 다른 편광을 반사시키기 위해 광원 광선의 전자기파와 상호 작용하도록 상기 배열이 구성되고 요소의 크기가 결정된다. 입사광선의 방향과 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 평면에 수직을 이루는편광을 갖는 빛은 투과되고 투과된 빛을 형성한다. 입사광선의 방향과 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 평면에 평행한 편광을 갖는 빛 혹은 반대 편광은 반사되고 반사된 빛을 형성한다.

시스템은 대부분 편광되지 않은 가시광선을 발생시키는 광원을 포함한다. 편광 광선 분할기는 빛 광선의 광원에 인접하여 위치한다. 또한 시스템은 반사 액정 어레이를 포함한다. 상기 어레이는 반사 혹은 전송 광선 둘 중 하나의 편광 광선 분할기에 근접하여 위치한다. 상기 어레이는 광선의 편광을 변조하고 변조된 광선을 만든다. 어레이는 광선 분할기에 변조된 광선을 다시 보내도록 되어 있다. 광선 분할기의 요소 배열은 다시 하나의 편광을 투과시키고 다른 편광을 반사시키기 위해 변조된 광선의 전자기파와 상호 작용한다. 그러므로 변조된 광선의 반사영역은 투과영역이 제 2 투과 광선을 형성할 때 제 2 반사 광선을 형성한다. 상기 어레이는 변조된 광선 위의 이미지 정보를 인코딩 하기 위해 광선의 편광을 변화시킨다. 광선 분할기는 변조된 편광을 변조되지 않은 광선으로부터 분리시켜 스크린에 나타날 수 있는 이미지를 만들게 된다.

스크린은 제 2 반사 혹은 제 2 투과 광선에 배열되어 있다. 만약 어레이가 반사 광선에 배열된다면, 스크린은 두 번째 투과 광선에 배열된다. 만약 어레이가 투과 광선에 배열된다면, 스크린은 제 2 반사 광선에 배열된다.

종래 기술의 무겁고 부피가 큰 광선 분할기와는 달리 본 발명의 광선 분할기는 거의 평면 박판이다. 상기 광선 분할기는 또한 효율적이며 시스템의 높은 빛효율을 제공한다.

본 발명의 한가지 관점에 따르면 광선 분할기는 약 0에서 80도 사이의 입사각에서 변조된 광선 및 빛 광선 쪽으로 향할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면 12에서 25도 사이의 반각을 갖는 유용한 발산 원뿔을 갖는다. 광선 분할기는 약 1.2에서 2.5 사이의 f-넘버로 사용된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면 빛 분할기는 s-편광 반사광 및 p-편광 투과광(R_ST_P)의 발생으로 형성되는 적어도 50%의 변환 효율을 갖는다. 또한 s-편광 투과광 및 p-편광 반사광은 5% 이하이다. 또한 변조된 광선의 투과광의 백분율과 반사광의 백분율은 약 67% 이상이다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면 시스템은 광원과 광선 분할기 사이에 배열된 예비-편광자 및(혹은) 광선 분할기와 스크린 사이에 배열된 후-편광자를 포함할 수 있다.

본 발명의 이러한 또는 다른 목적, 특징, 이점과 선택적인 관점은 첨부된 도면과 함께 자세한 설명으로 당해업자들에게 명백해질 것이다.

참고로 첨부된 도면에는 본 발명의 다양한 요소에 번호가 매겨져 있으며, 본 발명은 당해업자들이 발명을 사용하고 만들 수 있도록 논의될 것이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이미지 영상 시스템에 대한 디스플레이 광학 트레인은 (10)으로 표시된다. 이미지 영상 시스템(10)은 일반적으로 (14)로 표시되는 광선 분할기로써 와이어 그리드 편광자를 갖는다. 외이어 그리드 편광 광선 분할기(14)(WGP-PBS)는 효과적으로 공급원(20)으로부터 하나의 편광 빛을 반사 액정(26)에 반사시키고 디스플레이 스크린(25)에 반대 편광의 반사된 빛을 효율적으로 투과한다.

적합한 광학 효율을 위해, WGP-PBS(14)는 광원(20)으로부터 바람직한 편광의 높은 반사율(R_S)을 가져야 하며, 액정 어레이(26)로부터 반대 편광의 높은 투과율(T_P)을 가져야 한다. 변환효율은 상기 두 사항,R_ST_P의 곱에 비례하여, 한 부분의 부족한 부분은 다른 부분을 개선시켜 어느 정도의 범위까지 보상될 수가 있다.

본 발명에서 와이어 그리드 편광 광선 분할기(14)의 예는 스펙트럼의 가시영역에 대한 디스플레이 장치에서 본 발명의 WGP-PBS(14)를 편광자와 분석자로 사용하는 이점을 공지하는 특성을 나타낸다. 더 나은 개선을 위한 이론적인 계산은 더 좋은 편광 광선 분할기가 가능함을 나타낸다.

도 2a, 2b에 대해서 WGP-PBS의 s 및 p 편광에 각각에 대해서 측정된 투과율및 반사율을 나타낸다. 도 2c에서 WGP-PBS의 효율은 투과율 및 반사율의 곱으로 나타낸다. 또한 소광도가 도 2c에 도시되었다. 도 2a-2c에서 WGP-PBS는 입사각 30°, 45°, 60°에서 p-편광을 투과하고, s-편광을 반사하도록 되어 있다. 프로젝터 같은 이미지 영상 시스템에 대해서, 만일 광원이 스크린에 효과적으로 놓여있다면 반사된 s-편광 및 투과된 s-편광(R_ST_P)의 곱은 커야한다. 반면에, 스크린 위에 높은 정보 밀도를 이루기 위해서 필요한 해상도에 대해서 반대 곱(R_PT_S)은 작다는 것은 중요하다(p-편광 빛의 반사에 의해 더해진 s-편광 빛의 투과는 작아야 한다). 도면으로부터 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기는 레일리 공명 혹은 다른 현상에 의한 저하없이 전체 스펙트럼에 대한 이러한 표준에 들어맞는다.

또 다른 중요한 특징은 넓은 입사각이다. 만약 공급원으로부터 빛이 모아져서 변환 효율이 최대라면 커야한다. 도 3에 대해서, 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 성능은 45°도 기울어져 있는 광학축 주위에 중심을 잡고 있는 광원뿔의 여러 부분에 대해서 도시되었다. 도 3에서 첫 번째 참조 각은 입사평면에서의 각인 반면에, 두 번째 참조 각은 입사평면에 대한 수직면에서의 각이다. 본 발명의 WGP-PBS는 약 12에서 25°사이의 반각을 갖는(수렴 혹은 발산 둘 중의 하나에서) 광원뿔을 수용할 수 있다.

도 4a-4c에 대해서, 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 선택적인 실시예에서 대한 이론적인 계산은 넓은 광원뿔 및(혹은) 다른 개선이 가능함을 나타낸다. 도 4a 및 4b는 130nm으로 줄어진 주기 p를 갖는 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 이론적 처리량 및 소광도를 각각 도시한다. 또한 그리드 높이 혹은 두께는 130nm; 선 간격 비율은 0.48; 기질 요홈 깊이는 50nm이고 기질은 BK7 유리이다. 도 4a에서 처리량은 도 2에 도시된 처리량 보다 가깝게 묶여진다. 도 4b에서 소광도는 도 2c와 비교해 볼 때 현저히 증가되었다.

도 4c는 추가로 감소된 주기 p를 갖는 와이어 그리드 편광 광선 분할기의 또 다른 선택적인 실시예의 이론적인 소광도를 도시한다. 파장은 420nm이고 입사각은 30°이다. 소광도는 주기 p가 감소함에 따라 두드러지게 증가한다.

전술된 바와 같이 큰 각도에서 문제없이 작동할 WGP-PBS와 함께 큰 광원뿔을 수용하는 능력의 중요성은 PBS가 더 이상 이미지 시스템의 광학 설계를 제한하지 않는 것이다. 그러므로 낮은 가격, 저온 작동, 작은 크기, 가벼운 무게의 이점과 함께 종래의 광원이 사용될 수 있다. WGP-PBS가 잘 작동하는 각도의 넓은 범위는 설계자로 하여금 디스플레이의 작동 및 크기를 개선시키기 위해 다른 광학 요소를 적당한 위치에 놓을 수 있도록 한다. 도 1b와 도 1c에 대해서, 본 발명의 PBS의 넓은 각도 범위로 제공되는 설계의 융통성이 도시되었다. 도 1b에 도시된 바와 같이 광원(20)과 어레이(26)는 서로 가깝게 놓일 수 있는데, 이 둘은 PBS(14)에 대해서 비교적 작은 입사각을 갖는다. 이러한 구성은 시스템(10)의 구성요소를 작게 설계하는데 유리하다. 선택적으로 도 1에 도시된 바와 같이 광원(20) 및 어레이(26)는 떨어져서 놓일 수 있는데 이들은 비교적 큰 입사각을 갖는다. 양쪽의 경우에 있어서 입사각은 통상적으로 종래의 광원 분할기에 의해 요구되는 45°로부터 현저하게 변한다.

와이어 그리드의 다른 특징은 디스플레이 유닛에 대한 이점을 제공한다. 종래의 기술은 유리 큐브를 사용한다. 상기 큐브는 시스템에 무리를 준다. 시스템에 대한 이러한 요구는 비용을 추가로 발생시키고 무게가 무거우며 큐브 자체의 부피를 크게하는 크기가 큰 유리의 열부하를 다루고, 긴장 복굴절없는 높은 질의 재료를 필요로 하는 것 등등을 포함한다. 본 발명의 WGP-PBS는 부피를 많이 차지하지 않고 무게가 가벼운 분할 혹은 패턴이 된 얇은 필름이다. 칼라필터 같은 다른 광학 요소들과 일체화될 수 있어서, 영상 시스템의 무게 부피를 줄일 수가 있다.

본 발명의 WGP-PBS는 또한 매우 튼튼하다. 현재 광원은 빛이 들어온 후에 즉각적으로 편광자에 매우 높은 열 변화도를 발생시킨다. 편광 사이에서 혼선을 일으키는 열 및 긴장 복굴절이 발생할 수 있다. 다중층 편광자를 얇은 조각으로 갈라지게 할 수 있거나 큐브 광선 분할기의 접합부분을 분리시킬 수 있다. 또한 강한 빛에 장시간 노출시키는 것은 재료의 특성이 바뀌게 한다(통상적으로 광산화로부터 노랗게 된다). 그러나 와이어 그리드 편광 광선 분할기는 유리에 잘 부착되거나 다른 기질 재료에 잘 부착되는 화학적으로 비활성 금속으로 만들어져 있다. 광원으로부터 강하게 방출되는 긴 주기 뿐만 아니라 높은 온도를 견할 수 있다.

본 발명의 WGP-PBS는 또한 쉽게 배열할 수 있다. 광원을 액정 어레이로 향하게 하도록 조절이 필요한 단일 부품이다. 평평한 반사경에 사용되는 동일한 단순 절차이다. WGP 표면에 대해서 직각인 회전각에 대해서 또다른 조절 파라미터가 이다. 이러한 조절은 WGP가 자체 분석자로 기능을 하고 배열을 벗어날 수 없기 때문에 중요하지 않다. 만약 광학 트레인에 다른 편광 요소가 있다면, WGP-PBS는 자체편광에 대해서 방향이 맞춰져야 하지만, 약간 벗어진 배열은 중요하지 않는데, 말러스 법칙(Malus' law)에 의하면 각도 변화는 만약 편광 축이 평행(혹은 수직)에 가까워진다면, 편광자에 의해 투과되는 강도에 약간의 차이를 발생시킨다.

종래의 편광자와 경쟁을 하기 위해서는 R_ST_P곱은 약 50% 이상이어야 한다. 이것은 만약 WGP-PBS가 종래의 편광 광선 분할기보다 광원으로부터 더 많은 빛을 모을 수 있었다면 낮은 추정치가 실제값이 됨을 나타낸다. 50%의 추정치는 현대의 맥네일리 큐브 빔 광선 분할기인 가장 좋은 종래의 광선 분할기가 최대 약 f/2.5의 f/#를 나타낼 수 있다는 가정으로부터 나온 것이다. 두 배나 빠르고 빛을 두배나 모을 수 있었던 광학 시스템은 상기 값의 1/인 f/# 혹은 광학 이미지 영상 시스템에서 적합한 f/#인 f/1.8을 갖는다. 두 배나 빨라서 광원으로부터 빛을 두배나 모을 수 있는 시스템은 동일한 영상 시스템 성능을 나타내는 종래의 큐브 광선 분할기에 대한 R_ST_P곱에서 2의 감소를 보상한다. 실제로 WGP-PBS가 잠재적으로 f/1.2(4의 증가) 아래로 사용되기 때문에, 이러한 겉으로 보기에 낮은 제한이 여전히 밝은 이미지를 만들어낼 수 있다.

다른 중요한 성능 인자는 어두운 픽셀에 대한 빛의 강도의 비율로 정의되는 이미지의 대비이다. WGP-PBS의 중요한 이점 중 한가지는 멕네일리 프리즘 같은 종래 기술의 큐브 광선 분할기에 비교하여 합성 입사각에 대한 개선된 대비이다. 멕네일리 프리즘의 물리적 현상은 특정한 각도에서 s 대 p-편광의 반사율의 이점을 취하여 빛을 편광시킨다. s와 p-편광은 입사평면에 대해 형성되기 때문에, 광원뿔에서 특정한 광선에 대한 효율적인 s 및 p-편광은 광원뿔 내의 여러 가지 광선이 고려됨에 따라 광학축을 따르는 광선에 대해서 회전한다. 이러한 작용의 결과는 편광 광선 분할기를 통과하는 광원뿔 내에서 특정한 각도 범위에 대한 편광자의 소광도가 현저히 줄어들어 원뿔에 대한 평균 대비를 감소시키는 잘 알려진 합성 각도의문제이다.

반면에 WGP-PBS는 이러한 문제를 충분히 피하는 빛의 편광을 이루기 위해서 다른 물리적 장치는 사용한다. 이러한 다른 작용은 편광이 광원뿔의 특정한 광선에 대한 입사평면에 관계없이 공간에서 동일한 방향을 갖는 광선 분할기의 와이어 그리드에 의해 영향을 받는 사실 때문이다. 그러므로 특정한 광선에 대한 입사평면은 멕네일리 프리즘 혹은 WGP에 입사할 때 동일하지만, 편광 효과는 멕네일리 프리즘의 경우에서의 입사평면에만 의존하는데, WGP의 합성 각도의 성능이 큐브 광선 분할기에 의해 제공되는 것에 대해 매우 개선되었다는 것을 의미한다.

WGP-PBS의 기능이 입사평면에 대해 독립적이라는 것은 WGP-PBS가 사실상 아무 방향으로나 향해있는 요소 혹은 와이어와 함께 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명의 선호되는 실시예는 빛이 하나의 각도에서 WGP-PBS에 부딪히도록 편광자가 기울어진 축에 대해 평행한 방향을 하고 있는 요소를 갖는다. 이러한 특정한 방향은 기질로부터의 표면 반사율 편광효과가 그리드로부터의 편광 효과에 추가될 수 있도록 하기 때문에 선호된다. 그러나 그리드 요소를 회전시켜 WGP-PBS의 기울어진 축에 수직하도록 하여서 특정한 입사각 범위에 대해서 p-편광을 반사시키고 s-편광을 투과시키기 위한 기능을(일반적으로 전술된 것과 완전히 반대인) 하는WGP를 만드는 것이 가능하다. 비슷하게 그리드 요소는 WGP-PBS를 얻기 위해 기울어진 축에 대한 임의의 각도에 놓일 수 있는데, 상기 WGP-PBS는 광선의 파면에 상기 임의의 각으로 투영하여 배열된 편광으로 빛을 반사하고 투과하는 기능을 한다. 그러므로 P-편광을 반사하고 s-편광을 투과하거나 혹은 임의의 각도로 향하고 있는 편광으로 빛을 투과 및 반사하는 것이 본 발명 내에 포함되었다.

WGP-PBS의 합성 각도 성능의 이점은 전체 광원뿔에 대해 좀더 균일한 대비를 제공하며, WGP가 매우 작은 f-넘버에 적합한 이유 중의 하나이다. 그러나 물론 이미지 대비에 영향을 주는 유일한 인자는 아니다. 이미지 대비는 바람직한 편광이 적게 누출되어 넓은 범위까지 적용되지만, 이러한 경우 T_SR_P곱은 중요한 파라미터가 아니다. 왜냐하면 광선 분할기와 첫 번째로 만난 후에 두 번째로 만나기 전의 순서에 놓여 있는 이미지 발생 어레이는 또한 이미지 대비 발생에 관련되기 때문에다. 그러므로 최종 시스템 대비는 편광자의 소광도 뿐만 아니라 빛 밸브 성능에 좌우될 것이다. 그러나 요구되는 광선 분할기 성능에 대한 낮은 범위는 빛 밸브 성능이 본질적으로 무한한 대비를 갖는다는 가정을 할 수 있을 만큼 충분하다는 것을 가정하여 결정될 수 있다. 이러한 경우 시스템 대비는 광선 분할기 성능에 완전히위존할 것이다.

도 1a에 대해서 빛 분할기(14)로 수행되는 두 개자의 다른 기능이 있다. 첫 번째는 빛이 액정 어레이(26) 혹은 다른 적합한 이미지 발생 장치에 부딪히기 전에 편광된 빛을 준비하는 것이다. 여기서 요구되는 것은 빛 밸브에 의해 만들어진 빛광선의 편광의 변화는 최종 이미지가 원하는 수준의 성능에 도달하도록 적합하게 분석되고 검출될 수 있게 빛이 충분히 편광되는 것이다. 비슷하게 광선 분할기(14)는 바람직한 시스템 대비 성능이 얻어질 수 있도록 빛 밸브에 의해 광선 분할기로 다시 되돌려 지는 빛을 분석하기에 충분한 성능을 가져야 한다.

이러한 낮은 범위는 꽤 쉽게 결정될 수 있다. 사용상 그리고 이미지 품질의 이유로 10:1(밝은 픽셀 대 인접한 어두운 픽셀) 이하의 대비를 갖는 이미지는 많이 사용될 것이라는 것은 확실하지 않다. 이러한 디스플레이는 조밀한 텍스트에 대해서는 유용하지 않다. 만약 10:1의 최소 디스플레이 시스템 대비가 가정된다면, 빛의 입사광은 바람직하지 않는 편광 상태에 대해서 바람직한 편광 상태의 빛에 대해 적어도 10배를 갖는 것이 필요하다. 편광자 성능에 관하여 10:1의 소광도 혹은 단순히 10 정도를 갖는 것으로 설명된다.

이미지를 분석할 광선 분할기(14)와 마주치는 두 번째는 바람직하지 않는 상태의 대부분의 빛을 제거하는 동안 우편광 상태의 빛을 통과할 수 있어야 한다. 또한 위에서 가정하여 빛 광선은 편광상태에서 인코딩된 이미지를 갖으며 상기 광선은 10:1 비율을 갖는 것을 가정하여, 광선 분할기는 10:1의 시스템 대비의 목적에 부합하도록 10:1비율을 유지하는 것이 바람직하다. 다시말해, 우편광에 대해 10만큼의 원치 않은 편광 빛을 감소시키는 것이 바람직하다. 이것은 또다시 광선 분할기의 분석 기능에 대해서 10:1의 최소 소광 성능을 이끈다.

만약 광선 분할기의 편광자 및 분석자의 양 기능 혹은 둘 중 하나가 높은 소광성능을 갖는다면 높은 시스템 대비가 분명히 생길 것이다. 광선 분할기의 분석자기능 및 편광자 기능의 성능은 이미지 영상 시스템이 적합하게 작동할 수 있게 매칭되도록 요구되지 않는다. 광선 분할기의 편광자 및 분석자 성능에 대한 상단 범위는 결정하기에 더욱 어렵지만, 약 20,000 이상에서의 소광도는 실제적으로 필요하지 않다. 좋은 품질의 영화 영상 시스템은 통상적으로 약 1000이상의 이미지 대비를 갖지 않으며, 인간의 눈이 수천의 범위를 갖는 대비와 10,000에 대한 대비를 갖는 이미지 사이를 확실히 구별할 수 있다고 생각하지는 않는다. 수천의 대비를 갖는 이미지를 만들기 위한 필요성이 주어지고, 이것을 할 수 있는 빛 밸브가 존재한다고 가정하여, 10,000-20,000 범위의 광선 분할기 소광도의 상단 범위는 충분할 것이다.

와이어 그리드 광선 분할기의 최소 및 최대 범위 설계는 유익하지만, 전술된 와이어 그리드 광선 분할기의 증명된 이론적인 성능으로부터 확실한 바와 같이, 이루어질 수 있는 것보다 더 낫다. 이러한 정보에 따라서, 도 2a-2c에 도시된 바와 같이 선호되는 실시예는 R_ST_P≥65%를 갖고, R_P혹은 T_S혹은 둘다는 ≥67% 이상이다. 선호되는 실시예는 광 분할기를 통과하거나 투과되도록 광선 분할기에 빛을 되돌리는 어레이와 함께 반사광이 이미지 발생 어레이를 향하는 모드에서 와이어 그리드 편광 광선 분할기를 사용한다. 이러한 선호되는 실시예는 도 1a에 도시되었다.

선택적으로 도 5a의 이미지 디스플레이 시스템(60)에 도시된 바와 같이 와이어 그리드 편광 광선 분할기(14)는 광원(20)으로 반사 액정 어레이(26)로 빛을 효과적으로 투과하고, 그런다음 디스플레이 스크린(25)에 대해 반대 편광의 반사된빛을 반사시킬 수 있다. 이미지 영상 시스템(60)의 두 번째 실시예는 도 1a에 도시된 선호되는 실시예의 것과 비슷한데, 광선 분할기(14)는 광원이 광 분할기(14)를 통과하거나 투과하여 이미지 발생 어레이(26)로 향하고, 그런다음 광선 분할기에 의해 반사되고 스크린(25) 위에 디스플레이 되기 전에 분석되는 광선 분할기(14)로 다시 반사되는 방법이 사용되는 것을 예외로 한다.

또한 도 5b 및 도 5c에 대해서 본 발명에서 PBS의 넓은 범위의 각도로 제공되는 설계의 융통성이 도시되었다. 도 5b에 도시된 바와 같이 어레이(26) 및 스크린(25)은 서로 가까이 위치할 수가 있는데, PBS(14)에 대해서 비교적 작은 입사각을 갖는다. 선택적으로 도 5c에 도시된 바와 같이, 어레이(26) 및 스크린(25)은 서로 떨어져 있고, 비교적 큰 입사각을 갖는다.

도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 영상 시스템(80)의 세 번째 실시예는 원하는 수준의 시스템 성능을 이루도록 보조할 수 있는 선택적인 시스템 설계를 제공한다. 이 세 번째 실시예는 필요한 시스템 대비 성능을 이루기 위해 편광 및 분석 기능의 소광도를 증가시키기 위해 와이어 그리드 편광 광선 분할기와 연속되어 작동하는 하나 이상의 추가적인 투과 혹은 반사 편광자를 포함한다. 추가된 편광자에 대한 또 다른 이유는 시스템 효율을 높이기 위해 편광 회복 기법을 구현하는 것이다. 예비 편광자(82)는 광원(20)과 WGP-PBS(14) 사이의 광원 광선에 정렬된다. 후편광자 혹은 클린업(clean-up) 편광자(84)는 변조된 광선 혹은 어레이(26)로부터 반사된 광선, 어리에(26)와 스크린(25) 사이, 혹은 WGP-PBS(14)와 스크린(25) 사이에 정렬된다. 세 번째 실시예 또한 와이어 그리드 광선 분할기의 넓은 광원뿔과 내구성의 이점 그리고 전술된 다른 이점을 구현한다.

도면에 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 시스템은 또한 빛 수집 렌즈(90)와 투영 렌즈(92)를 사용할 수 있다.

도 7, 8에서 본 발명의 와이어 그리드 편광 광선 분할기(14)가 더 자세히 도시된다. 편광 광선 분할기는 또한 공동 출원된 미국 출원 09/390,833(1999년 9월 7일에 출원)에 참조로 인용된 "편광 광선 분할기(Polarizing Beam Splitter)"라는 제목으로 더 자세히 공지된다.

공동 출원에 공지된 바와 같이, 편광 광선 분할기(14)는 그리드(30) 혹은 평행 어레이, 기질(40)에 배열된 전도성 요소를 갖는다. 광원(20)에 의해 발생된 광원 광선(13)은 전도성 요소에 대해 선호적으로 직각인 입사평면과 함께 법선으로부터 Θ각의 광학축을 갖는 편광 광선 분할기(14)에 입사된다. 선택적인 실시예는 전도성 요소 평면에 대한 각Θ의 입사평면을 약 45°의 Θ로 놓는다. 또한 또다른 선택적인 실시예는 입사평면을 전도성 요소에 평행하게 놓는다. 편광 광선 분할기(14)는 이러한 광선(130)을 반사 구성요소(14)와 투과 구성요소(150)로 나눈다. s 및 p-편광에 대한 표준 형태를 사용하여 s-편광을 갖는 빛은 입사평면에 직각인 편광 벡터를 가지므로 전도성 요소에 평행하다. 반대로 p-편광을 갖는 빛은 입사평면에 대해 평행인 편광 벡터를 가지므로 전도성 요소에 대해 직각이다.

이상적으로 편광 광선 분할기(14)는 s-편광된 빛에 대해 완벽한 반사경 역할을 할 것이고, P-편광된 빛에 대해 완전 투명 역할을 할 것이다. 그러나 실제로 대부분의 반사 금속이 입사각의 일부분을 흡수하는 반사경으로 사용되며 WGP가 90%에서 95%만 반사할 것에 대해서 평면 유리는 표면 반사율 때문에 입사광의 100%를 투과하지 않는다.

필요한 수준의 성능을 이루기 위해 그룹으로 최적화되어야 하는 와이어 그리드 광선 분할기(14)의 중요한 물리적 파라미터는 와이어 그리드(30)의 주기 p, 그리드 요소(90)의 높이 혹은 두께 t, 그리드 요소(30)의 폭 w, 그리드 요소 측면의 기울기를 포함한다. 도 8에서 그리드 요소(30)의 일반적으로 횡단면은 직사각형 혹은 사다리꼴이다. 이러한 일반적인 형상은 선호되는 실시예의 편광 광선 분할기(14)의 필요한 특성이지만, 코너(50)의 원형화, 그리드 요소(30)의 기저부에서의 필렛(54) 같은 제조과정에서 작은 변화가 허용된다.

와이어 그리드(30)의 주기 p는 광선 분할기(14)의 이미지 충실도 요구사항을 만족시키도록 필요한 반사율 성능을 이루기 위해 규칙적이어야 한다. 완전히 규칙적이고 균일한 그리드(30)를 갖는 것이 좋은데 반해, 어떠한 경우에서는 이러한 것이 꼭 필수사항이 아닐 수도 있다. 그러나 이미지에서 의미있는 크기(문자 디스플레이에 있어서 하나의 문자의 크기나 이미지의 몇 개의 픽셀 같은)에 대해 10% 이상의 주기 p의 변화는 필요한 성능을 나타내기 위해 필요하다.

또한 그리드 요소(30)의 폭(w), 그리드 요소 높이(t), 측면의 기울기, 혹은 코너의 원형부(50), 필렛(54) 같은 전술된 다른 파라미터들에서 광선 분할기(14)에 대한 알맞은 변형은 디스플레이 성능에 물리적으로 영향을 주지 않고 가능한데, 특히 만약 광선 분할기(14)가 광학 시스템에서 이미지 평면에 있지 않다면 자주 그러한 경우가 될 것이다. 이러한 변형은 무늬, 투과효율 변화, 반사효율, 색의 균일성등등과 같이 완성된 광선 분할기(14)에서 볼 수 있으며, 영상 이미지 시스템에서 특정하게 적용되는 유용한 부분을 또한 제공한다.

이러한 파라미터의 최적화로 인해 만족되어지는 설계의 목적은 가능한 최고의 효율 혹은 처리량을 만들며, 동시에 실제 사용에서 대비에 관한 요구사항을 만족시킨다. 전술된 바와 같이, 편광 광선 분할기(14)의 요구되는 최소 실제 소광도는 10단위이다. 가치있는 결과를 얻기 위해 광선 분할기(14)의 최소 요구 처리량(R_ST_P)는 약 50%인데, 이것은 R_P와 T_S둘다 혹은 둘 중의 하나는 약 67% 이상인 것을 의미한다. 물론 광선 분할기의 처리량 및 소광도의 높은 성능은 가치가 있을 것이며 더 좋은 결과를 제공할 것이다. 이러한 파라미터가 와이어 그리드 광선 분할기의 성능에 어떻게 영향을 미치는지 이해하기 위해서 45°의 입사각과 다른 중요한 각들에 대한 각각의 파라미터에 의해 만들어지는 성능의 변화를 관찰하는 것이 필요하다.

와이어 그리드 광선 분할기(14)의 성능은 주기 p의 함수이다. 와이어 그리드 요소(30)의 주기 p는 당해업자들에게 잘 알려진 바와 같이 넓은 주기의 광선 분하기는 빨강만, 빨강 및 녹색 등등 같은 전체 가시 스펙트럼 보다 적게 디스플레이 되는 시스템에서 유용함에도 불구하고 가시 스펙트럼 전체에 대해서 합리적인 성능을 갖는 광선 분할기(14)를 만들도록 약 0.21㎛이하로 떨어져야 한다.

와이어 그리드 분할기(14)의 성능은 요소의 높이 혹은 두께(t)의 함수이다. 와이어 그리드 높이(t)는 필요한 성능을 제공하기 위해 0.04에서 0.5㎛ 사이여야한다.

와이어 그리드 광선 분할기(14)의 성능은 요소(30)의 주기 비율(w/p)에 대한 폭의 함수이다. 주기(p)에 대한 그리드 요소(30)의 폭(w)은 원하는 성능을 제공하기 위해 약 0.3에서 0.76 사이의 범위 내에서 떨어져야 한다.

와이어 그리드 광선 분할기(14)의 성능은 요소(30)의 측면 기울기의 함수이다. 그리드 요소(30)의 측면 기울기는 필요한 성능을 제공하기 위해 선호적으로 수평으로부터 68도 이상이다.

공지된 실시예는 설명을 위한 것이며, 당해업자들에 의해 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어 그리드 광선 분할기가 필요한 렌즈의 개수, 시스템 무게, 시스템 부피를 줄이거나 다른 바람직한 특성을 이루기 위해 다른 요소들과 통합되거나 조합될 수 있도록 광학 파워를 갖는 기질 위에 와이어 그리드 광선 분할기를 포함할 수 있다. 본 발명에서 이루어진 종래의 기술에 대해서 당해업자들은 설계에 많은 융통성을 갖고 변형을 할 수가 있다. 또한 본 발명은 공지된 실시예에만 국한되지 않지만 첨부된 청구항의 범위 내에서면 제한된다.

Claims (32)

1. 밝고 선명한 이미지를 제공하기 위한 이미지 영상 시스템에서, 상기 시스템은

   가시광선을 발생시키는 광원;

   광선에 대한 각도로 향해있고 광선의 광원 가까이에 위치한 편광 광선 분할기로 구성되는데, 상기 광선 분할기는,

   광선과 함께 빛이 첫 번째 표면을 하나의 각도로 부딪히는 위치에 있는 첫 번째 표면을 갖는 투명 기질,

   기질에 의해 지지되는 얇고 긴 요소의 일반적으로 평행한 배열로 구성되는데, 상기 배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 직각방향의 편광을 갖는 빛이 요소를 통해 투과되어 투과광선을 형성하며, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 평행한 방향에 있는 편광을 포함하는 빛이 요소로부터 반사되어 반사광선을 형성하기 위해 광원의 전자기파와 상호작용하기 알맞은 구성을 하며 알맞은 크기의 요소로 구성되며;

   반사 어레이는 반사 혹은 투과 광선중 하나의 편광 광선 분할기 가까이에 위치하며, 상기 어레이는 이미지 정보를 인코딩 하기 위해 광선의 편광을 바꾸거나 변조된 광선을 만들어 선택적으로 광선의 편광을 변조하며, 상기 어레이는 변조된 광선을 편광 광선 분할기를 다시 되돌리는 방향으로 되어 있고,

   광선 분할기는 변조된 광선에 위치하며 변조된 광선에 대한 각도로 향하고, 광선 분할기의 요소배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 수직 방향인 편광을 갖는 빛을 요소들을 통해 투과하여 두 번째 투과광선을 형성하며, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 평행인 편광을 갖는 요소로부터 빛을 반사시켜 두 번째 반사광선을 형성하고, 변조된 광선으로부터 바뀌지 않은 편광을 분리하기 위해 변조된 광선의 전자기파와 상호작용하며,

   스크린은 두 번째 반사광선이나 인코딩된 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 두 번째 투과광선에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 일반적으로 평면 박판인 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 약 0에서 80도 사이의 입사각에서 변조광선 혹은 광선을 향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 47도 보다 크고 43도 보다 작은 입사각에서 변조된 광선 혹은 광선을 향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 광선은 약 12에서 25° 사이의 반각을 갖는 유용한 발산원뿔을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 약 f/2.5 보다 작은 f/넘버에서 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 소량의 p-편광 투과광선의 및 소량의 s-편광 반사광선의 곱으로 형성되는 최소한 50%의 처리량을 갖으며, s-편광 투과 빛과 p-편광 반사 빛은 모두 5% 이하인 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 소량의 s-편광 투과광선의 및 소량의 p-편광 반사광선의 곱으로 형성되는 최소한 50%의 처리량을 갖으며, p-편광 투과 빛과 s-편광 반사 빛은 모두 5% 이하인 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기는 소량의 반사광 및 소량의 투과광의 곱으로 형성되는 최소한 65%의 광선에 대한 처리량을 갖으며, 반사광의 백분율 혹은 투과광의 백분율은 약 67% 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 광원과 광선 분할기 사이에 배열된 예비-편광자로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 제 1 항에 있어서, 광선 분할기 및 스크린 사이에 배열된 후편광자로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 제 1 항에 있어서, 어레이는 반사광선에 배열되고, 스크린은 두 번째 투과광선에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제 1 항에 있어서, 어레이는 투과광선에 배열되고, 스크린은 두 번째 반사광선에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제 1 항에 있어서, 요소의 배열은 약 0.21 마이크론 이하의 주기를 갖으며,

    요소는 약 0.04에서 0.5 마이크론 사이의 두께를 갖고,

    요소는 주기의 약 30에서 76%의 사이의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제 1 항에 있어서, 각각의 요소는 기저부로 된 횡단면, 기저부에 대향한 상단부, 반대 외쪽 및 오른쪽 측면을 갖으며, 측면들은 약 68도 보다 큰 기저부에 대한 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 이미지 영상 시스템은,

    약 0.4에서 0.7 마이크론 사이의 파장을 갖는 가시광선을 방출하는 광원;

    광선에 대한 각도를 향하고 광선의 광원에 가까이 위치한 편광 광선 분할기로 구성되는데, 상기 광선 분할기는,

    한 각도에서 표면에 부딪히는 광선을 갖는 광선에 위치한 표면을 갖는 투명 기질,

    상기 기질로 지지되는 얇고 긴 요소의 평행한 배열로 구성되는데, 상기 배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 직각방향의 편광을 갖는 빛이 요소를 통해 투과되어 투과광선을 형성하며, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 평행한 방향에 있는 편광을 포함하는 빛이 요소로부터 반사되어 반사광선을 형성하기 위해 광원의 전자기파와 상호작용하기 알맞은 구성을 하며 알맞은 크기의 요소로 구성되며;

    반사 어레이는 반사광선의 편광 광선 분할기에 가까이 위치하며, 상기 어레이는 이미지 정보를 인코딩하기 위해 반사광선의 편광을 변조시키거나 변조된 광선을 발생하여 반사광선의 편광을 변조하며, 편광 광선 분할기에 변조된 광선을 되돌린는 방향을 하고 있고,

    편광 광선 분할기는 변조된 광선에 위치하고 변조된 광선에 대한 각도를 향하며, 광선 분할기의 요소 배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 수직방향의 편광을 갖는 빛이 요소들을 통해 투과하여 투과광선을 형성하고, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 평행한 편광을 갖는 빛을 요소로부터 반사하고, 변조된 광선으로부터 바뀌지 않은 편광을 분리하기 위해 변조광선의 전자기파와 상호작용하며,

    스크린은 인코딩된 이미지 정보를 디스플레이하기 위한 투과 광선에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 광선 분할기는 약 0에서 80도 사이의 입사각에서 변조광선 혹은 광선을 향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제 16 항에 있어서, 광선은 약 12에서 25° 사이의 반각을 갖는 유용한 발산 원뿔을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
19. 제 16 항에 있어서, 광선 분할기는 약 f/2.5 보다 작은 f/넘버에서 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
20. 제 16 항에 있어서, 광선 분할기는 소량의 반사광 및 소량의 투과광의 곱으로 형성되는 최소한 65%의 광선에 대한 처리량을 갖으며, 소량의 반사광 혹은 소량의 투과광은 약 0.67보다 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
21. 제 16 항에 있어서, 요소의 배열은 약 0.21 마이크론 이하의 주기를 갖으며,

    요소들은 약 0.04와 0.5 마이크론 사이의 두께를 갖고,

    요소들은 주기의 약 30에서 76% 사이의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
22. 이미지 영상 시스템은,

    약 0.4에서 0.7 마이크론 사이의 파장을 갖는 가시광선을 발생시키는 광원;

    광선에 대한 각도를 향하고 광선의 광원에 가까이 위치한 편광 광선 분할기로 구성되는데, 상기 광선 분할기는,

    어느 각도에서 표면에 부딪히는 빛과 함께 광선에 위치한 표면을 갖는 투명 기질,

    상기 기질에 의해 지지되는 얇고 긴 요소의 일반적으로 평행한 배열로 구성되는데, 상기 배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 직각방향의 편광을 갖는 빛이 요소를 통해 투과되어 투과광선을 형성하며, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 평행한 방향에 있는 편광을 포함하는 빛이 요소로부터 반사되기 위해 광원의 전자기파와 상호작용하기 알맞은 구성을 하며 알맞은 크기의 요소로 구성되며;

    반사 어레이는 투과광선의 편광 광선 분할기에 가까이 위치하며, 상기 어레이는 이미지 정보를 인코딩하기 위해 투과광선의 편광을 바꾸거나 변조광선을 발생시켜 투과광선의 편광을 변조하며, 변조광선을 광선 분할기에 되돌리는 방향을 하고 있으며,

    편광 광선 분할기는 변조광선에 대한 각도를 향하고 변조광선에 위치하며, 광선 분할기의 요소 배열은 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 수직방향인 편광을 갖는 빛을 요소를 통해 투과하며, (ii) 입사광선의방향과 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면과 평행한 편광을 갖는 빛을 요소로부터 반사하여 반사광을 형성하며, 변조광선의 바뀌지 않은 편광으로부터 바뀐 편광을 분리하여 변조광선의 이미지 정보를 빼내기 위해 변조광선의 전자기파와 상호작용하고,

    스크린은 변조광선의 빼낸 이미지 정보를 디스플레이 하기 위해 반사광선에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
23. 제 22 항에 있어서, 광선 분할기는 광선을 향하거나 약 0에서 80도 사아의 입사각에서 변조광선을 향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
24. 제 22 항에 있어서, 광선은 약 12에서 25° 사이의 유용한 반각과 함께 발산 원뿔을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
25. 제 22 항에 있어서, 광선 분할기는 약 f/2.5 보다 낮은 f-넘버로 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
26. 제 22 항에 있어서, 광선 분할기는 소량의 반사광 및 소량의 투과광으로 형성되는 최소한 65%의 광선에 대한 처리량을 갖으며, 소량의 반사광 혹은 소량의 투과광은 약 0.67 보다 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
27. 제 22 항에 있어서, 요소의 배열은 약 0.21 마이크론 보다 작은 주기를 갖으며,

    요소들은 약 0.04에서 0.5 마이크론 사이의 두께를 갖고,

    요소들은 주기의 약 30에서 76% 사이의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
28. 이미지를 투영하는 방법은,

    광원을 사용하여 약 0.4에서 0.7 마이크론 사이의 범위에 있는 파장을 갖는 광원 광선을 발생시키고,

    광원 광선에 배열된 편광 광선 분할기를 사용하는 광원 광선의 편광을 분리하고는 것으로 구성되는데, 상기 편광 광선 분할기는,

    얇고 긴 요소의 일반적으로 평행한 배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 직각방향의 편광을 갖는 빛이 요소를 통해 투과되어 투과광선을 형성하며, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 평행한 방향에 있는 편광을 포함하는 빛이 요소로부터 반사되어 반사광선을 형성하기 위해 광원의 전자기파와 상호작용하기 알맞은 구성을 하며 알맞은 크기의 요소로 구성되며;

    계속 해서 상기 방법은,

    투과 혹은 반사 광선에 배열된 어레이를 사용하여 광선의 편광을 선택적으로 바꿔서 변조된 광선을 만들고 투과 혹은 반사광선중 하나를 변조하며,

    변조광선에 배열된 편광 관성 분할기를 사용하여 변조광선의 편광을 분리하는데, 요소들은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 수직방향인 편광을 갖는 빛이 요소들을 통해 투과하며, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 놓은 편광 방향을 갖는 빛이 요소들로부터 반사되어 두 번째 반사광선을 형성하기 위해 변조광선의 전자기파와 상호작용하고,

    스크린에 두 번째 반사광선 혹은 두 번째 투과광선을 디스플레이하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 보이는 이미지를 발생시키기 위한 이미지 디스플레이 시스템은,

    약 0.4에서 0.7 마이크론 사이의 범위에 있는 파장을 갖는 광원 광선을 방출시키기 위한 광원,

    변조광선을 만들고 광원 광선의 적어도 한 부분을 변조하고 수용하는 방향으로 위치해 있는 액정 어레이,

    변조광선의 적어도 한 부분을 디스플레이하고 수용하기 위한 방향으로 위치해 있는 스크린,

    변조광선 및 광원 광선에 배열된 편광 광선 분할기로 구성되는데, 상기 광선 분할기는 약 f/2.5 이하의 f-넘버에 사용되며, 편광 광선 분할기는

    얇고 긴 요소의 통상적으로 평행한 배열은 일반적으로 (i) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 수직방향인 편광을 갖는 빛이 요소들을통해 투과하여 투과광선을 형성하고, (ii) 입사광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 놓이는 편광 방향을 갖는 빛이 요소들로부터 반사되어 반사 광선을 형성하기 위해 광선 광원의 전자기파와 상호작용하고,

    (i) 변조광선의 방향과 적어도하나의 요소를 포함하는 평면에 수직방향인 편광을 갖는 빛이 요소들로부터 투과하여 두 번째 투과 광선을 형성하고, (ii) 변조 광선의 방향 및 적어도 하나의 요소를 포함하는 평면에 놓은 편광 방향을 갖는 빛이 요소들로부터 반사하여 두 번째 반사광선을 형성하기 위해 변조광선의 전자기파와 상호작용하기에 알맞은 크기와 구성을 하고,

    광선 분할기는 약 10에서 80도 사이의 입사각에서 광선 광원을 향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
30. 제 29 항에 있어서, 요소들의 배열은 약 0.21 마이크론 보다 작은 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템,

    요소들은 약 0.04에서 0.5 마이크론 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템,

    요소들은 주기의 약 30에서 76% 사이의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
31. 제 29 항에 있어서, 어레이는 반사광선에 배열되고, 스크린은 두 번째 투과광선에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
32. 제 29 항에 있어서, 어레이는 투과광선에 배열되고, 스크린은 두 번째 반사광선에 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.