KR20040004683A - 배향된 고정-편광-축 편광 빔분할기를 가진 디지털 이미지프로젝터 - Google Patents

Abstract

디지털 이미지 프로젝터(500; 400)는 조명-광 소스 램프(504; 404) 및 백색-스펙트럼 조명 빔(509; 409)를 형성하기 위한 조명 빔 형성 광학기구(506, 510, 526; 406, 410, 426, 466), 조명 빔(509; 409)을 컬러-성분 서브빔(542R, 542G, 542B)으로 분리하기 위한 컬러-밴드-분리 광학기구(530, 530'; 436)을 포함한다. 디지털 이미지 프로젝터(500; 400)는, 컬러-성분 이미지 인코딩된-편광 서브빔을 형성하기 위하여 선편광 서브빔을 반사적으로 조절하기 위한 반사형 액정 디스플레이 편광 조절기와 같은 반사형 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기 메커니즘(580; 440R, 440G, 440B) 및 이미지 인코딩된-편광 서브빔에서 분리된 컬러 이미지를 프로젝팅하기 위한 프로젝션 렌즈 광학기구(590; 490)도 역시 포함한다. 디지털 이미지 프로젝터(500; 400)는 이미지-인코딩된-편광 서브빔으로부터 컬러 이미지를 분리하기 위한 와이어-그리드 편광 빔분할기와 같은 플레이트-지지 표면 실장 고정 편광축 편광 빔분할기(570; 470)을 더 포함하며, 여기서 편광 빔분할기(570; 470)의 편광자 지지 플레이트(572; 472)는 프로젝터(500; 400)의 광학 시스템의 조명-소스 측과 마주본다.

Description

배향된 고정-편광-축 편광 빔분할기를 가진 디지털 이미지 프로젝터{DIGITAL IMAGE PROJECTOR WITH ORIENTED FIXED-POLARIZATION-AXIS POLARIZING BEAMSPLITTER}

디지털 이미지 프로젝터는, 이미지를 인코딩하고 있는 디지털 신호로부터 생성된 컬러 이미지를 회의실 프레젠테이션 등을 위해 반사형 디스플레이 스크린의 전면 상으로 프로젝팅하거나 또는 후위-프로젝션 디스플레이 모니터나 프로젝션 텔레비전의 반투명 확산 스크린의 후면상으로 프로젝팅하는데 널리 사용되고 있다.

반사형 액정 편광 조절기를 채용하는 종래의 디지털-이미지 프로젝터는 치우(Chiu) 등에 부여된 미국특허번호 제5,777,789호에 개시된다. 이 '789 특허의 프로젝터는 메탈-할라이드 아크램프를 해당 프로젝터의 비편광 "백색"광의 소스로서 구비한다. 아크램프에서 나온 광선은 조명 광학기구를 통해 전달되는데, 이 조명 광학기구는 해당 프로젝터에서 채용되어 있는 액정 편광 조절기의 편광-조절기 면에 대하여 일반적으로 균일한 공간적 강도를 가진 일반적으로 평행한 백색 가시광 조명 빔을 형성하도록 동작한다. 이 비편광 조명 빔은 편광 빔분할기 입방체로향해지는데, '789 특허에 따른 편광 빔분할기 입방체는 가시광선 스펙트럼의 파장 범위에 걸쳐 그리고 빔의 발산각(angular divergence) 범위에 걸쳐 사용되도록 설계되어 있다. 편광 빔분할기 입방체는 비편광 빔을 실질적으로 - 그러나, 종래와 같이, 완전하지 않게 - 편광된 두개의 광선 빔으로 분할하는데, 상기 두 빔의 각각의 편광은 실질적으로 직교한다. '789 특허의 디지털-이미지 프로젝터의 편광 빔분할기 입방체에서 이렇게 생성된 두 광선 빔 중 하나는 실질적으로 편광된 소스 빔으로서 사용되고 편광 빔분할기 입방체로부터 컬러 분리/결합 프리즘 조립체 내로 향해진다. 컬러 분리/결합 프리즘 조립체는 세 개의 프리즘으로 구성되는데, 이 프리즘의 면들 중 몇몇은 상기 실질적으로 편광된 소스 빔의 백색 가시광으로부터 적색, 청색, 녹색 광선 성분을 순차적으로 분리시키고 또 각각의 실질적으로 편광된 컬러-성분 광선 빔을 - '789 특허에서 "광밸브(light valve)"라고 지칭되는 - 대응하는 반사형 액정 편광 조절기 상으로 향하게 하기 위한 2색성 코팅(dichroic coatings)을 가지고 있다.

'789 특허의 디지털-이미지 프로젝터의 3개의 편광 조절기 각각은 하나의 반사형 편광-조절기 면이 컬러 분리/결합 프리즘 조립체에서 나오는 하나의 대응하는 실질적으로 편광된 컬러-성분 광선 빔에 관련하여 정해져 있는 성분-빔 광 경로에 대해 수직으로 되도록 배치된다. 일반적으로, 반사형 편광 조절기는, 원하는 복합 컬러 이미지의 하나의 성분 컬러 이미지를 인코딩하고 있는 편광 조절기에 인가된 신호에 따라 편광-조절기 면에 걸쳐 픽셀단위를 기초로 해당 빔의 광선의 편광을 선택적으로 회전시킴으로써 대응하는 컬러-성분 광선 빔의 편광을 공간적으로 조절하기 위해 사용된다. 구체적으로, 하나의 주어진 컬러로 조명되어질 프로젝팅된 이미지의 각각의 픽셀에 있어서, 해당 컬러의 상기 실질적으로 편광된 컬러-성분 광선 빔의 편광은 프로젝팅된 이미지내의 해당 픽셀의 위치에 대응하는 편광-조절기 면 상의 위치에서 반사형 액정 편광 조절기에 의해 회전된다. 이렇게 조명된 픽셀은 "명(밝은)(light)" 픽셀이라고 지칭된다. 반대로, 하나의 주어진 컬러로 조명되지 않을 상기 프로젝팅된 이미지의 픽셀 각각에 있어서는, 해당 컬러의 상기 실질적으로 편광된 컬러-성분 광선 빔은 프로젝팅된 이미지의 해당 픽셀의 위치에 대응하는 편광-조절기 면 상의 위치에서 반사형 액정 편광 조절기에 의해 명목상으로 변하지 않은 빔 편광을 가지고 반사된다. 이렇게 비-조명된 픽셀은 "암(어두운)(dark)" 픽셀이라고 지칭된다. 최소한으로 조명된 어두운 픽셀의 강도에 대한 최대한으로 조명된 밝은 픽셀의 강도의 비율에 의해 콘트라스트비(contrast ratio)가 정의되는데, 이 콘트라스트비는 디지털-이미지 프로젝터에 있어서 장점을 나타내는 중요한 숫자이다. 일반적으로, 임의의 프로젝터에 있어서 명-암 콘트라스트비가 높으면 높을수록 해당 프로젝터에 의해 생성된 이미지는 시청자에 의해 더욱 명료하게 구별될 수 있다.

'789 특허의 디지털-이미지 프로젝터의 액정 편광 조절기에 의해 이렇게 공간적으로 선택적으로 편광 조절된 상기 컬러-성분 광선 빔은, 편광 조절기의 반사형 편광-조절기 면에서, 해당 컬러 분할/결합 프리즘 조립체를 통과하는 대응하는 성분-빔 광경로를 따라 실질적으로 뒤로 반사된다. 3 개의 반사된 컬러 성분 광선 빔 각각은 프리즘 조립체를 통과하여 각자의 원래 경로를 따라 되돌아가서 나머지두 개의 컬러 성분 광선 빔과 재결합하여 단일의 복합 공간 선택 편광-조절된 광선 빔을 형성한다. 이 복합 광선 빔은 컬러 분할/결합 프리즘 조립체로부터 나와 편광 빔분할기 입방체로 들어간다. 편광 빔분할기 입방체는 이 복합 광선 빔을 밝은 픽셀들로 이루어진 복합 컬러 이미지를 운반하는 명목상으로 편광-조절된 명-픽셀 성분 빔 및 어두운 픽셀들로 이루어진 컬러-네거티브 이미지를 운반하는 명목상으로 비-편광-조절된 암-픽셀 성분으로 분할한다. 암-픽셀 성분 빔의 편광이 반사형 액정 조절기에 의해 명목상으로 변하지 않았기 때문에, 이 암-픽셀 성분 빔은 적어도 이상적으로는 조명의 소스였던 아크램프를 다시 향하여 프로젝터를 통과하는 광경로를 되돌아간다. 편광-조절된 명-픽셀 성분 빔은 편광 빔분할기로부터 '789 특허의 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈로 향해지는데, 이 프로젝션 렌즈는 원하는 복합 컬러 이미지를 프로젝션 스크린 상에 프로젝팅하는데 사용된다.

반사형 편광 조절기에 기초하고 있는 종래의 디지털-이미지 프로젝터에 있어서 어려움이 발생하는 이유는, 이러한 프로젝터에서 통상적으로 지금까지의 사용되는 유형의 종래의 맥닐형(MacNeille-type) 다중층 유전막 편광 빔분할기는 일반적으로 편광 빔분할기에 충돌하는 두 개의 광선을, 만약 이 두 개의 광선의 편광 빔분할기에 대한 입사 방향이 다른 경우에는, 편광 성질에 대하여 서로 다르게 처리한다는 것 때문이다. 종래의 디지털-이미지 프로젝터의 편광 빔분할기에 충돌하는 광선 빔은 통상적으로 여러 각도에 걸쳐 변화하는 빔분할기에 대한 입사 각도를 가지는 광선 빔으로 이루어져 있는데, 이것은 종래의 디지털-이미지 프로젝터가, 경제적으로 적당한 광원으로부터 적절하게 밝게 프로젝팅된 이미지를 위하여 충분한조명 강도를 얻기 위하여, 통상적으로 0.1 또는 더 큰 정도의 개구수(numerical aperture)를 가지는 조명 빔을 채용하기 때문이다. 로젠블루스(A.E.Rosenbluth) 등의 IBM 연구개발 저널(IBM Journal of Reserch and Development), 제42권, 359-386면(1998 5월/7월)을 참고하라. 공기중을 통과하는 개구수 0.1인 원뿔 광선 빔은 약 ±6°의 각도에 대응한다. 도 1 내지 도 3과 관련하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 빔분할기 및 연관된 반사형 편광 조절기에 대하여 정의되어 있는 주축 방향과 다른 방향들로 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기에 충돌하는 광선은, 프로젝팅된 이미지의 암-픽셀 영역 상으로 광선의 누출을 발생시킨다. 결과적으로, 개구수 0.1 내외의 빔을 채용하는 종래의 디지털 이미지 프로젝터에서 조명 빔의 동공 주위에서의 광선의 방향 변동은 일반적으로 명-암 콘트라스트비를, 모두 주축의 방향에 대응하는 동일한 최적의 입사각에서 편광 빔분할기를 때리는 평행 광선으로 이루어진 아무튼 완벽하게 콜리메이팅된 빔을 채용할 수 있는 이론적인 프로젝터에 대해 기대되는 명-암 콘트라스트비에 상대적으로, 전반적으로 감소시킨다.

이제 도 1을 참조하면, 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기(2)는 제 1 빔분할기 프리즘(4), 제 2 빔분할기 프리즘(6), 및 제 1 프리즘(4)과 제 2 프리즘(6)의 빗변면(hypotenuse face)들 사이에 위치되는 다중층 유전 편광막(8)으로 형성된다. 제 1 프리즘(4)과 제 2 프리즘(6)은 광학 유리로 만들어진다. 다중층 유전 편광막(8)을 이루는 유전물질층들은 도1에 도시되어 있지 않다. 다중층 편광막(8)을 이루는 층들의 두께 및 굴절지수 그리고 빔분할기 프리즘(4,6)의 광학 유리의 굴절지수는, 최적의 편광각 θ에서 다중층 막(8)으로 입사되는 비편광된 광선(10)이 다중층 물질 내로 들어가고 소위 "브루스터각(Brewster's angle)"에서 서로 다른 굴절지수의 층들 사이의 연속적인 경계면들을 때리도록, 선택된다.

브루스터각에서 다른 굴절지수를 갖는 제 2 물질과의 경계에 충돌하는 제 1 물질을 통해 진행하는 비편광된 광선은 부분적으로 이 경계에서 반사되고 부분적으로 제 2 물질 내로 굴절되어 들어간다. 반사된 광선은 본질적으로 완전히 선편광되며, 이 광선의 전기장("E-필드")은 경계에 충돌하는 광선의 진행방향에 의해 정의되는 입사 평면 및 경계에 대한 법선에 대해 수직하게 배향(oriented)된다. 굴절된 광선은 오직 부분적으로만 편광되고, 입사 평면 방향의 E-필드 성분이 입사 평면에 대해 수직한 방향의 E-필드 성분보다 더 강하다. 브루스터각에서 반사에 의한 편광에 관한 논의는 헤치(Eugene Hecht)에 의한 책인 광학(Optics) 제3판, p.342 - 346 (Addison Wesley 사, 1998)에서 발견될 수 있다.

종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기(2)에 있어서, 다중 경계가 다중층 유전 편광막에 제공되어, 브루스터각에서 연속적인 경계를 통과하는 광선의 편광된 광 성분들을 연속적으로 반사시킨다. 다중막에서 층들의 두께는, 여러 경계에서 반사된 편광된 광 성분들이 보강간섭적으로 가산되도록 선택된다. 결과로서, 연속적인 경계를 통과하는 굴절된 광선은 연속적으로 더욱 더 편광되게 되고, E-필드는 입사 평면에 놓인다. 통상적으로, 실질적인 문제로서, 다중층 유전 편광막(8)을 완전히 통과하는 광선(12)이 E-필드가 입사 평면 내에 놓이는 상태에서 효과적으로 완전히 선편광되도록 하는 충분한 갯수의 층들이 선택된다. 반사된 광선(14)은 또한, 위에서 주목한 바와 같이, E-필드가 입사 평면에 대해 수직한 상태에서 역시효과적으로 완전히 선편광된다. 다중층 유전막에 기초하는 종래의 맥닐형 편광 빔분할기의 구성은 맥닐(MacNeille)에게 부여된 미국특허 번호 제2,403,731호 및 산노헤(Sannohe)와 미야타케(Miyatake)에게 부여된 미국특허 번호 제5,453,859호에 개시되어 있다.

다시 도 1을 참조하면, 광선이 선편광된 반사광선과 선편광된 굴절광선으로 최적 분리되는 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기(2) 내의 다중층 유전 편광막(8)에 충돌하는 제 1 빔분할기 프리즘(4)안에서 진행하는 광선의 진행 방향은, 오직 빔분할기 프리즘(4)의 빗변면에서 진행방향과 다중층 유전막의 표면에 대한 법선(18) 사이의 각도에 의해서만 결정된다. 최적 편광각 θ과 법선(18)은 다중층 막(8)에 대하여 최적-편광-각 원뿔(20)을 한정한다. 편광 빔분할기(2)의 다중층 유전막(8)으로의 최적-편광-각 원뿔(20)의 표면을 따라 진행하는 임의의 입사 광선은, 이 유전막의 최적 편광 조건을 만족할 것이며 또한 해당 특정 광선에 대해 정의되는 입사평면 및 법선(18)에 각각 수직 및 평행하게 선편광된 반사 및 굴절 성분 광선들로 분리될 것이다. 통상적으로 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기가 만들어지는 물질은, 최적 편광각 θ가 45°에 가깝도록 하는 굴절지수를 가지도록 선택된다. 이러한 빔분할기를 채용하는 디지털 이미지 프로젝터에서 편광소멸 효과 및 명-암 콘트라스트비의 감소를 가져올 수 있는 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기(2)에 의한 광선 편광의 기하학적 국면이 아래에서 논의된다.

일반적으로, 광학 디바이스를 통과하는 광선은 평면 전자기파라고 생각될 수 있다. 평면 전자기파의 전기장 성분들이 광선의 진행 방향에 대해 수직한 방향을갖는다는 것은 평면 전자기파의 성질이다. 아래에서 논의된 도 1 내지 도 6에 있어서, 광선의 진행방향에 대해 수직으로 돌출되게 도시되어 있는 양방향 화살표들은 광선의 E-필드의 방향을 상징적으로 가리킨다. 광선에서 돌출되어 있는 꽃무늬(rosette) 형태인 여덟개의 양방향 화살표들은 해당 광선이 비편광되어 있다는 것 또는 오직 부분적으로만 편광되어 있다는 것을 가리킨다. 광선에서 돌출되어 있는 단일의 양방향 화살표 또는 한 쌍의 직교하는 양방향 화살표는 해당 광선이 사실상 선편광되어 있다는 것을 가리킨다.

도 1을 다시 참조하면, 비편광 광선의 주축 광선(10)은 최적-편광-각 원뿔(20)을 따라 진행하며, 주축 광선(10)의 진행 방향과 법선(18)에 대하여 정의되는 주축 입사 평면(15)에 각각 수직하게 및 평행하게 편광되는, 주축 반사 광선(14) 및 주축 굴절 광선(12)으로 분리된다. 주축 광선(10)은 편광 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)에 이 프리즘의 비편광-광선 입구면(22)에 대해 수직한 방향으로 들어간다. 주축 반사 광선(14)은 반사-광선 출구면(24)을 통하여 이 면에 대해 수직한 방향으로 편광 빔분할기에서 나온다. 비편광 광선의 대표적인 오프-주축(off-principal-axis) 입사 광선(30)이 편광 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 비편광 광선 입구면(22)으로 들어가는 것이 도시되어 있다. 오프-주축 입사 광선(30)은 프리즘의 광학 유리에 의해 입사 지점(31)에서 굴절된다. 굴절된 비편광 오프-주축 광선(30)은 최적-편광-각 원뿔(20)의 표면을 따라 주축 광선(10)에 상대적으로 이 원뿔 주위로 회전된 지점에서 진행한다. 오프-주축 비편광 광선(30)도 또한 프리즘의 빗변면에서 다중층 유전 편광막(8)에 대한 법선(18)과 최적 편광각 θ를 만들기 때문에, 이 오프-주축 비편광 광선(30)은 선편광된 오프-주축 반사 광선(32)과 선편광 오프-주축 굴절 광선(34)으로 분리된다. 오프-주축 반사 광선(32) 및 오프-주축 입사 광선(30)은 둘 모두 경사-배향(skew-oriented) 입사평면(33)으로 진행하는데, 이 경사-배향 입사평면은 제 1 프리즘(4)내에서 비편광 오프-주축 입사 광선(30)의 진행 방향 및 법선(18)에 의해 정의된다. 경사-배향 입사 평면(33)은 주축 입사 평면(15)에 상대적으로 법선(18)을 중심으로 회전되어 있다. 선평광 오프-주축 반사 광선(32)의 E-필드는 경사-배향 입사 평면(33)에 대해 수직하게 배향된다. 선평광 오프-주축 굴절 광선(34)의 E-필드는 이 경사-배향 입사 평면(33) 내에 놓인다. 주축 입사 평면(15) 및 경사-배향 입사 평면(33)이 서로에 대하여 상대적으로 법선(18)을 중심으로 회전되어 있기 때문에, 주축 반사 빔(14)의 E-필드 방향 및 오프-주축 반사 빔(32)의 E-필드 방향은 서로에 대해 평행하지 않다. 유사하게, 주축 굴절 빔(12)의 E-필드와 오프-주축 굴절 빔(34)의 E-필드는, 각각 주축 입사 평면 및 경사-배향 입사 평면에 놓이며, 서로 평행하지 않다.

이제 도 2를 참조하면, 반사형 편광 조절기 및 종래의 맥닐형 다중충 유전막 편광 빔분할기를 채용하고 있는 종래의 디지털-이미지 프로젝터로부터 프로젝팅된 이미지에서 어두운 픽셀 위치로 광 누출의 원인이 예시되어 있다. 반사형 액정 편광 조절기(40)는 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기(2)의 반사-빔 출구면(24)의 전면에 배치되며, 조절기(40)의 편광 조절기 면(42)은 빔분할기(2)의 반사-빔 출구면(24)과 평행하게 형성되어 있다. 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 프로젝션-렌즈 입력포트(44)는 제 2 빔분할기 프리즘(6)의 프로젝팅된 이미지 출구면(미도시됨)을 대면하도록 배치된다. 도 2의 도면에서 예시되어 있는 것은, 편광 조절기(40)가 순수한 반사 모드에서 동작하는 것; 즉, 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42) 상에 대해 수직 입사로 충돌하는 선편광 광선은 반사시 본질적으로 변화되지 않은 해당 광선의 편광 상태로 상기 편광-조절기 면에서 수동적으로 반사되는 것이다. 명목상으로 편광에 변화없이 광을 반사시키는 반사형 액정 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42) 상의 픽셀 영역들은 프로젝팅된 이미지 내의 어두운 픽셀들에 대응하고, 이상적으로 말해서 그렇게 반사된 광은 디지털 이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 프로젝션-렌즈 입력포트(44) 안으로 진행하지 않아야만 한다.

비편광 주축 입사 광선(10)은, 편광 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 비편광 광선 입구면(22) 안으로 실질적으로 이 입구면(22)에 대해 수직하게 진행한다. 비편광 광선(10)의 진행 방향은 편광 빔분할기(2) 및 편광 조절기(40)의 주 광축의 일 세그먼트와 대응하고, 도 2에서 Y 좌표축을 정의한다. 위에서 언급된 바와 같이, 광선의 진행 방향에 대해 수직한 화살표들은 상징적으로 해당 광의 E-필드의 편광 방향을 나타낸다. 도 2에서 - 그리고 아래에서 논의되는 후속 도면들에서 - 검은(속이 찬) 화살촉 모양은 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)에서 반사되기 전 E-필드 방향을 가리킨다. 편광-조절기 면(42)에서 반사된 후에, 이 화살촉은 편광-조절기 면(42)에서 반사된 광과 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)에 입사하는 광을 구별하기 위하여 하얀(속이 빈) 화살촉 모양으로 그려져 있다. 주축 입사 광선(10)은, Y 주축 및 Z 주축의 주축 충돌 위치(21)를 정의하는 입사 지점에서빗변면에 대한 주축 법선(19)에 대해 최적 편광각 θ에서 편광 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 빗변면에서 다중층 유전 편광막(8)으로 입사한다. 결과로서, 주축 입사 광선(10)은 다중층 유전 편광막(8)에 의해 분리되어 실제로 완전히 선편광된 빔분할기-반사 주축 광선(14)이 되며 이 주축 광선(14)은 반사형 편광 조절기(40)를 향하여 Z 좌표축을 따라 진행한다. 선편광 빔분할기-반사 주축 광선(14)의 E-필드는 주축 입사 광선(10) 및 주축 법선(19)에 의해 정의되는 주 입사 평면(45)에 대해 수직하다. 주 입사 평면(45)은 Y-Z 좌표 평면과 일치한다. 주축 입사 광선(10)의 굴절된 성분(미도시됨)은 편광 빔분할기(2)의 바닥 밖으로 Y 방향을 따라 진행하고 디지털 이미지 프로젝터에 있어서 버려진다. 선편광 빔분할기-반사 주축 광선(14)은 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42) 상에 주축 충돌 지점(43)에서 수직 입사로 충돌하고 본질적으로 변화되지 않은 해당 광선의 편광을 가지고 반사된다. 그후 조절기-반사 주축 광선(14)은 거꾸로 편광 빔분할기(2) 안으로 입사 광선의 경로를 따라 되돌아간다. 조절기-반사 주축 광선(14)은 비편광 주축 입사 광선(10)과 동일한 입사각으로 다중증 유전 편광막(8)에 입사한다. 특히, 다중층 유전 편광막(8)의에 대한 주축 법선(19)에 상대적인 조절기-반사 주축 광선(14)의 입사각은 최적 편광각 θ이다. 조절기-반사 주축 광선(14)은 이 광선(14)과 다중층 유전 편광막(8)에 대한 주축 법선(19)에 의해 정의되는 입사 평면 - 구체적으로 말하면 주 입사 평면(45), 즉 Y-Z 평면 - 에 대해 수직인 E-필드를 가지고 실제로 완전히 선편광되었기 때문에, 상기 조절기-반사 주축 광선(14)은 비편광 주축 입사 광선(10)의 경로를 따라 거꾸로 편광막(8)에 의해 본질적으로 완전 반사되고, 실제로 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 입력포트(44)에는 도달하지 않는다.

이제 비편광 광선의 대표적인 주-평면 오프-각도 입사 광선(50)에 대해 고려해보자. 이 광선(50)은 주 입사 평면(45), 즉 Y-Z 좌표 평면 내에서 진행하며, Y 주축 및 Z 주축의 주축 충돌 지점(21)에서 오프셋되어 있는 (Y,Z)-방향 오프셋 위치(51)에서 편광 빔분할기(2)의 다중층 유전 편광막(8)에 입사한다. 주-평면 오프-각도 입사 광선(50)은, 제 1 프리즘(4)의 빗변면의 (Y,Z)-방향 오프셋 법선(52)에 상대적으로 최적 편광각 θ보다 작은 이에 가까운 입사각을 이룬다. 비록 미국 특허 제2,403,731호 및 제5,453,859호가, 종래의 맥닐형 다중층 유전막 빔분할기는 제한된 범위내에라면 최적 각도와는 다른 입사각을 이루는 광선에 대해 상당한 편광 효과를 제공할 수 있다는 점을 개시하고 있으나, 그럼에도 불구하고 최적 편광각이 아닌 각도에서 이러한 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기의 다중층 유전 편광막을 충돌하는 비편광 광선은 어느 정도 불완전하게 편광된다는 것이 사실이다. 따라서, 다중층 유전 편광막(8)에서 반사된 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54)은 오직 부분적으로만 편광되어, E-필드의 주 성분들은 Y-Z 입사 평면에 대해 수직으로 되고 몇몇 성분들은 Y-Z 평면 내에 놓이게 된다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 주 오프-각도 입사 광선(50)의 구체적인 입사 방향 및 이 입사 광선(50)이 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 빗변면을 때리는 구체적인 (Y,Z)-방향 오프셋 위치(51)는, 선편광 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54)이 주축 충돌 지점(43)에서 편광-조절기 면(42)을 때리게 한다. 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54)이 평면 전자기파이기 때문에, 부분적으로 편광된 광선(54)의 E-필드 성분은 해당 광선의 진행 방향에 대해 수직으로 된다. 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)에 대한 법선이 -Z 방향이기 때문에 그리고 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54)이 Y-Z 평면에서 진행하기 때문에, 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54) 및 편광-조절기 면(42)에 대한 법선에 의해 정의되는 입사 평면(55)은 Y-Z 평면, 즉 주 입사 평면(45)과 일치한다. Y-Z 평면에 대해 수직한 방향인 상기 부분적으로 편광된 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54)의 E-필드 성분은 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)에 의한 광선의 반사시 Y-Z 평면에 대해 수직한 방향으로 유지되고, 결과적으로 편광-조절기 면(42)에서 반사된 오프-각도 광선(56)의 진행 방향에 대해 수직하게 되는데, 왜냐하면 조절기-반사 오프-각도 광선(56)이 Y-Z 평면 내에서 진행하기 때문이다. Y-Z 평면과 같은 방향인 상기 부분적으로 편광된 빔분할기-반사 오프-각도 광선(54)의 E-필드 성분은 편광-조절기 면(42)에 의한 해당 광선의 반사시 기울어져서 해당 성분들이 조절기-반사 오프-각도 광선(56)의 진행 방향에 대해 수직한 방향으로 되도록 한다.

조절기-반사 오프-각도 광선(56)은 거꾸로 진행하여 편광 빔분할기(2)로 들어가고, (Y,Z)-방향 오프셋 위치(51)에 대해 반대 방향으로 주축 충돌 위치(21)로부터 오프셋된 (-Y,-Z)-방향 오프셋 위치(57)에서 제 1 프리즘(4)의 빗변면에서 다중층 유전 편광막(8)에 충돌한다. 조절기-반사 오프-각도 광선(56)은 편광막(8)에 대한 (-Y,-Z)-방향 오프셋 법선(59)과의 입사각을 다중층 막(8)에 대한 최적 편광각 θ보다 더 크게 이룬다. 부분적으로 편광된 조절기-반사 오프-각도 광선(56)은Y-Z 입사 평면 내에 E-필드 성분을 포함하기 때문에 그리고 이 광선의 입사각이 막(8)에 대한 최적 편광각 θ과는 차이가 나기 때문에, 이 광선은 다중층 유전 편광막(8)에서 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 입구면(22) 밖으로 오직 부분적으로만 반사된다. 조절기-반사 오프-각도 광선(56)의 일부는 편광 빔분할기의 편광막(8)을 통과하여 굴절되어 편광 빔분할기(2)를 빠져 나가 프로젝션 렌즈(46)의 입력단(44)을 향하고 암-픽셀 누출 광선(60)을 구성한다. 능동적으로 해당 광선의 편광을 회전시키도록 구동되지는 않는 편광-조절기 면(42) 상의 일 위치에서 편광 조절기(40)에 의해 반사되는 임의의 광선은 프로젝팅된 이미지 내의 대응하는 픽셀 위치에서 암 픽셀을 이루도록 하기 위하여 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)가 아닌 다른 곳을 향하도록 의도되기 때문에, 바람직하지 않게도 암-픽셀 누출 광선(60)은 프로젝터의 명-암 콘트라스트비를 감소시키는데 일조하게 된다.

이제 도 3을 참조하면, 반사형 편광 조절기와 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기를 채용하는 종래의 디지털-이미지 프로젝터에서 프로젝팅된 이미지 내의 암-픽셀 위치로의 광 누출의 또 다른 원인이 예시되어 있다. 편광 빔분할기(2), 편광 조절기(40), 및 프로젝션 렌즈(46)는 도 2와 관련하여 위에서 논의한 바와 같이 배열된다. 빔분할기(2)에 관하여 정의되는 Y 및 Z 좌표축은 빔분할기(2) 및 조절기(40)의 대응하는 주 광축(61, 62)을 특정한다. 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 빗변면 평면 내에 X 좌표축이 정해진다. 주축 법선(19)은 Y 좌표축 및 Z 좌표축에 대응하는 주 광축의 충돌 지점(21)에서 제 1 프리즘(4)의 빗변면에대해 수직으로 돌출하도록 정의된다. (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 법선(66)은 Y 및 Z 주축(61, 62)의 주축 충돌 위치(21)로부터 -X, +Y, +Z 방향으로 변위된 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 위치(65)에서 제 1 프리즘(4)의 빗변면으로부터 수직으로 돌출한다.

비편광 광선의 대표적인 온-각도 오프-축 입사 광선(64)에 대해 고려해보자. 이 광선(64)은 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 비편광-광 입구면(22)을 통해 편광 빔분할기(2)로 들어가고, Y 주축(61) 방향과는 다르지만 이와 가까운 방향을 따라 진행한다. 온-각도 오프-축 입사 광선(64)은 오프셋된 경사-배향 입사 평면(70) 내에서 진행하는데, 이 평면(70)은 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 법선(66)을 포함하도록 Y 및 Z 주축(61, 62)의 주축 충돌 지점(21)에서 오프셋되어 있다. 오프셋된 경사-배향 입사 평면(70)은 Y-Z 평면에 평행하게 배향된 오프셋 기준 평면(미도시됨)에 상대적으로 상기 오프셋 법선(66)을 중심으로 회전되어 있다. 온-각도 오프-축 입사 광선(64)은 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 위치(65)에서 제 1 프리즘(4)의 빗변면에서 다중층 유전 편광막(8)에 충돌한다. 온-각도 오프-축 입사 광선(64)은 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 법선(66)에 대해 빔분할기(2)의 다중층 유전 편광막(8)의 최적 편광각 θ과 같은 입사각을 이룬다. 결과적으로, 온-각도 오프-축 입사 광선(64)은 분리되어 본질적으로 완전히 선편광된 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)과 본질적으로 완전히 선편광된 빔분할기-굴절 오프-축 광선(미도시됨)으로 되고, 상기 빔분할기-굴절 오프프-축 광선은 입사 광선(64)의 진행 방향으로 빔분할기(2)를 통과하여 계속 진행한다. 선편광 빔분할기-반사 광선(68)은 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 수직한 방향이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 온-각도 오프-축 입사 광선(64)의 구체적인 입사 방향 및 입사 광선(64)이 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)의 빗변면을 때리는 구체적인 (-X,+Y,+Z)-사분면 오프셋 위치(65)는, 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)이 조절기 면(42)과 Z 주축(62)의 충돌 지점(43)에서 반사형 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)을 때리도록 야기한다. Z 주축(62)은 수직 입사시 조절기면(42)과 교차하고 조절기면(42)에 대한 법선이 된다. 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)은 Z 주축(62)에 의해 정의되는 법선과 0이 아닌 입사각을 이루며, 결과적으로 조절기-반사 오프-축 광선(154)이 입사 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)의 진행 방향과 Z 주축(62)에 의해 정의되는 조절기-반사 입사 평면(73) 내에서 진행할 때 조절기 면(42)에서 수동적으로 반사된다. 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)이 빔분할기(2)의 다중층 막(8)에서 반사되는 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 위치(65)의 주축 충돌 위치(21)에 상대적인 오프셋 때문에, 조절기-반사 입사 평면(73)은 일반적으로 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 평행하지도 않고 수직하지도 않다. 결과적으로, - 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 수직인 - 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)의 E-필드는 일반적으로 조절기-반사 입사 평면(73) 내의 성분과 조절기-반사 입사 평면(73)에 대해 수직인 성분을 둘 모두 가진다. 편광 조절기 면(42)에서 수동 반사시, 조절기-반사 입사 평면(73)에 대해 수직인 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)의 E-필드 성분은 해당 평면에 대해 수직 상태를 유지한다. 조절기-반사 입사 평면(73) 내에 놓여지는 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)의 E-필드 성분은 조절기 면(42)에 의한 해당 광선의 수동 반사시 기울어져, E-필드 성분이 조절기-반사 오프 축 광선(71)의 진행 방향에 대해 수직한 방향으로 될 수 있다. 결과적으로 일반적으로 선편광 조절기-반사 오프-축 광선(71)의 E-필드는, 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)의 E-필드와 평행하지 않다. 선편광 광선이 편광 빔분할기(2)에 의해 반사되거나 투과되는 정도는 일반적으로 해당 광선의 진행 방향뿐만 아니라 해당 광선의 E-필드의 배향에 의존하기 때문에, 조절기 면(42)에서 비-수직-입사 수동 반사에 의해 야기되는 선편광 빔분할기-반사 광선(68)의 E-필드 배향의 변화는 일반적으로 광이 빔분할기(2)를 통해 프로젝팅된 이미지 내의 암-픽셀 위치로 투과할 때의 요인이 될 수 있으며 따라서 명-암 콘트라스트비의 감소라는 결과를 낳게 한다.

조절기-반사 오프-축 광선(71)은 편광 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4)으로 입사하여 Y 및 Z 주축(61, 62)의 주축 충돌 위치(21)에서부터 (X,-Y,-Z)-사분면 방향으로 오프셋된 (X,-Y,-Z)-사분면 위치(75)에서 제 1 프리즘(4)의 빗변면에서 다중층 유전 편광막(8)에 충돌한다. (X,-Y,-Z)-사분면 방향은, 비편광 온-각도 오프-축 광선(64)이 주축(61)에 가까운 경우에는 일반적으로 적어도 대략적으로는 (-X,Y,Z)-사분면 방향에 대해여 반대방향이다. 이 경우 조절기-반사 오프-축 광선(71)이 (X,-Y,-Z)-사분면 위치(75)에서 편광막(8)에 대한 (X,-Y,-Z)-사분면 오프셋 법선(72)와 이루는 입사각은 빔분할기(2)에서 다중층 유전 편광막(8)에 대한 최적 편광각 θ보다 더 크다. 오프셋 역-경사-배향 입사 평면(74)은 조절기-반사 오프-축 광선(71)의 진행 방향과 (X,-Y,-Z)-사분면 오프셋 법선(72)에 의해 정의된다. 오프셋 역-경사-배향 입사 평면(74)은, Y-Z 평면에 평행하게 배향되어 있으며(-X,Y,Z)-사분면 오프셋 법선(66)을 중심으로 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)의 회전과는 역으로 회전하는 의미에서 오프셋 법선(72)을 포함하는 오프셋 기준 평면(미도시됨)에 상대적으로 (X,-Y,-Z)-사분면 오프셋 법선(72)을 중심으로 회전된다. 따라서 오프셋 역-경사-배향 입사 평면(74)과 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)은 서로에 대해 평행하지 않다. 부분적으로는 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 상대적인 오프셋 역-경사-배향 입사 평면(74)의 역 회전 때문에 그리고 부분적으로는 편광 조절기(40)의 편광 조절기 면(42)에서 반사시 빔분할기-반사 오프-축 광선(68)의 E-필드 배향에 상대적인 선편광 조절기-반사 오프-축 광선(71)의 E-필드 배향의 변화 때문에, 조절기-반사 오프-축 광선(71)의 E-필드는 일반적으로 역-경사-배향 입사 평면(74)에 대해 수직하지 않다. 오히려, 조절기-반사 광선(71)의 E-필드는 일반적으로 벡터적으로 분해되어 오프셋 역-경사-배향 입사 평면(74) 내에 놓이는 성분과 이 입사 평면(74)에 대해 수직인 성분으로 나뉘어질 수 있다. 부분적으로는 오프셋 역-경사-배향 입사 평면(74)이 선편광 조절기-바사 오프-축 광선(71)의 E-필드 성분을 포함할 수 있기 때문에 그리고 부분적으로는 조절기-반사 오프-축 광선(71) 및 (X,-Y,-Z)-사분면 오프셋 법선(72) 사이의 입사각이 편광 빔분할기(2)에 대한 최적 편광각 θ와 동일하지 않기 때문에, 조절기-반사 오프-축 광선(71)은 단지 부분적으로만 다중충 유전 편광막(8)에 의해 편광 빔분할기(2) 밖으로 반사된다. 누출 광선(76)은 다중층 유전 편광막(8)을 통해 굴절되어 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 입력 포트(44)를 향해 진행하여 편광 빔분할기에서 나간다. 누출 광선(76)은 프로젝팅된 이미지의 어두운 픽셀 영역을 부분적으로 조명하는데 기여하며 따라서 디지털-이미지 프로젝터의 명-암 콘트라스트비를 바람직하지 않게 감소시키는데 기여한다.

종래의 디지털 이미지 프로젝터에서 비편광 조명 빔을 이루는 광선들의 방향은 빔의 구경(동공) 주위에서 변화하기 때문에, 도 1 내지 도 3과 관련하여 위체서 논의된 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기 유형으로 분류되는 프로젝터에서의 조명 빔은 빔분할기의 주축 방향을 따라 진행하는 입사 광선뿐만 아니라 - 오프-각도 및 오프-축 둘 모두인 입사 광선을 포함하여 - 오프-각도 입력 광선 및 오프-축 입력 광선을 포함한다. 입력 광선 방향에 대한 그러한 빔분할기의 편광 성질의 의존성과 입사 광선의 편광 상태 및 입사 광선의 방향 양자에 대한 그러한 빔분할기의 광선 차별 성질의 결과, 종래의 디지털 이미지 프로젝터는 프로젝팅된 이미지에서 암-픽셀 위치로 누출하는 광량을 충분한 정도로 감소시키는 것이 어려웠다. 반사형 편광 조절기와 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기를 채용하는 종래기술의 디지털-이미지 프로젝터에 있어서 프로젝팅된 이미지에서 암-픽셀 위치를 조명하게 되는 누출 광선의 강도를 감소시키고자하는 시도들이 있어왔다. 그러나, 아래에서 논의되는 바와 같이, 그러한 시도들은 완전히 성공적이지 못하였고 추가적인 결점이 수반되었다.

예컨대 위에서 논의된 미국 특허 제5,777,789호는, 해당 특허의 디지털-이미지 프로젝터의 램프와 편광 빔분할기 입방체 사이의 조명 경로 안에 편광막을 배치하는 것과 편광 제어 및 콘트라스트 향상을 위해 편광 빔분할기 입방체와 프로젝션 렌즈 사이에 편광막을 배치하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 그러한 편광막의 사용은 디지털-이미지 프로젝터의 제조에 추가 비용을 수반하며 이 디지털-이미지 프로젝터의 동작 중 조명 강도가 추가적으로 손실되는 것을 수반한다. 또한 그러한 편광막은 도 2 및 도 3과 관련하여 앞에서 논의된 오프-각도 광선 및 온-각도 오프-축 광선으로부터의 누출 문제를 완전히 제거하지 않는다.

유럽 공개 특허출원 번호 0 389 240은, 프로젝터의 편광 빔분할기와 각각의 액정 편광 조절기 사이의 빔 경로 내에 1/4파장 포일(quarter-wave foil)이 특정한 배향으로 배치되는 디지털 이미지 프로젝션 시스템을 개시한다. 맥닐형 빔분할기의 주축 방향과 일치하지는 않지만 근접한 방향으로 진행하는 도 3에 도시된 종류의 온-각도 오프-축 광선은, 이 빔분할기에 의한 반사시 선형 편광된 후, 일단 상기 1/4파장 포일을 통과하여 편광 빔분할기로부터 반사형 편광 조절기로 진행하고 두번째로 상기 1/4파장 포일을 통과하여 편광 조절기로부터 빔분할기로 되돌아오는데, 원래의 비편광 광선과 편광 빔분할기의 빗변면의 법선에 의해 정의되는 입사 평면에 대해 수직인 방향으로부터 조절기-반사 광선과 대응하는 법선에 의해 정의되는 입사 평면에 더 근접하여 수직인 방향으로 회전된 E-필드를 가진다. 그 결과로 야기된 조절기-반사 광선은 프로젝션 렌즈를 위한 입력 포트에서 멀어져 빔분할기로부터 편광 빔분할기에 의해 더욱 거의 완전하게 반사되는 경향이 있다.

비록 이러한 1/4파장 포일의 사용이 어느 정도 디지털-이미지 프로젝터의 명-암 콘트라스트비를 향상시킬 수 있기는 하지만, 그 정정효과는 전혀 완벽하지는 않다. 더욱이 이러한 1/4파장 포일의 사용에는 수많은 실제적인 단점들이 존재한다. 첫째 1/4파장 포일은 해당 시스템 내에 포함되어야만 하는 추가적인 부품을 구성하며 제조 및 부품 비용의 증가를 나타낸다. 상기 포일은 편광 분할기 상에, 즉 빔분할기 및 반사형 편광 조절기 사이의 빈 공간, 또는 반사형 편광 조절기 패널 상에 탑재되어야만 한다. 포일의 탑재과정은 포일의 위치설정이 정확해야만 하기 때문에 어렵다. 포일의 어떠한 구겨짐(clocking)도 콘트라스트를 상당히 감소시킨다. 포일을 지지부에 적층시키는 과정도, 어두운 영역에 밝은 점과 같은 것이 나타나는 적층에서의 먼지나 다른 결함의 표면처리 문제와 같은 어려움을 가중시킬 수 있다. 만약 포일이 편광 빔분할기 도는 편광 조절기 면에 적층된다면, 어떠한 에러도 제조 수율 손실이나 또는 재작업이라는 추가 비용을 야기할 수 있다. 1/4파장 포일은, 정상(ordinary) 및 이상(extraordinary)의, 두 개의 굴절지수를 갖는 복굴절 물질로 만들어진다. 두 지수를 동시에 정합시키는 것은 불가능한데, 이것은 프레넬 반사(Fresnel reflections)를 제거할 것을 요구할 것이다. 따라서 포일로부터의 프레넬 반사는 완전히 제거될 수 없고 미래의 매우 높은 콘트라스트 시스템에서 콘트라스트를 제한할 수 있다. 마지막으로, 1/4파장 포일은 관심의 대상인 전체 파장 영역에 걸처 1/4파장 지연기(quarter-wave retarder)로서 동작하여야만 하는데, 이것은 달성하기 어렵다. 통상적으로 포일 내의 어떠한 분산도, 순수 지연이 파장에 따라 크게 변화하지 않도록, 이 포일의 정상 및 이상 지수 양자에서 유사하다. 그 결과, 파장의 일부분으로서의 위상 지연은 파장에 따라 선형적으로 변화하는 경향이 있다. 이에 따라 콘트라스트는 스펙트럼의 어떤 중심 파장에서 최적화되며 양쪽으로 갈수록 낮게 떨어진다.

두 프리즘 사이의 빗변면 상에 배치된 다중층 유전 편광막을 가지는 종래의맥닐형 편광 빔분할기를 채용하는 디지털-이미지 프로젝터에 있어서 또 다른 문제가 발생할 수 있다. 적은 양의 광이 프리즘이나 편광막에서 흡수될 때조차도, 빔분할기 프리즘의 유리 전체는 스트레스를 받을 수 있다. 또한 빔분할기 프리즘의 유리는 외부적인 스트레스가 빔분할기에 가해지는 경우에도 스트레스를 받을 수 있다. 프리즘 유리 내의 스트레스는 유리 내에서 복굴절성을 생성시킬 수 있고 이러한 복굴절성은 유리 내에서 진행하는 광선의 편광 상태를 변화시킬 수 있다. 이러한 스트레스-유도성 편광 변화는 어두운 상태에 있어서 수용할 수 없는 광의 누출을 야기시킬 수 있다. 스트레스 유도성 복굴절 문제에 대한 하나의 해결책은 프리즘에 대해 작은 스트레스 광학 계수를 가지는 광학 유리를 사용하는 것이다. 그러나 그러한 유리는 값이 비싼 경향이 있다. 스트레스 유도성 복굴설 문제에 대한 다른 가능한 해결책은 침유형(liquid-immersed) 편광 빔분할기를 사용하는 것이다. 유체-침수형 편광 빔분할기에 있어서, 다중층 유전 편광막 코팅이 플레이트에 도포되고, 그후 이 플레이트는 유체로 채워진 탱크 안에 넣어진다. 일반적으로, 다중층 유전막은 유전막이 양쪽면에서 높은 굴절지수를 가지는 매체에 의해 둘러싸였을 때에만 편광 빔분할기로서 작동할 수 있다. 다중층 유전막 기반의 플레이트-빔분할기는 공기 중에서는 가능하지 않다. 비록 침유형 편광 빔분할기가 고-굴절지수의 유체 매체를 가지고 만들어질 수 있다 하더라도, 이러한 빔분할기는 해당 유체의 순수성을 유지하는 면에서 그리고 유체 내의 온도 구배를 회피하는데 있어 실제적인 어려움을 가지는 경향이 있다.

공개된 국제 PCT 특허 출원 WO 01/09677 및 출원 WO 00/70386에서 제안된 것은, 반사형 편광 조절기와 다중층 유전 편광막을 채용하는 종래의 맥닐형 편광 빔분할기를 채용하는 종래의 디지털 이미지 프로젝터에 있어서의 어떤 문제들은 다중층 유전막 편광 빔분할기를 와이어-그리드(wire-grid) 편광 빔분할기로 대체함으로써 회피될 수 있다는 것이다. '677 공개 PCT 출원은 와이어-그리드 편광 빔분할기를 사용하는 이미지 프로젝션 시스템을 개시한다. 본 출원의 도 4는, '677 공개 PCT 출원의 도 1A 및 도 7에서 개략적으로 도시된 구성으로 와이어-그리드 편광 빔분할기의 사용을 예시한다. 도 4는 본 출원의 도 2에서 예시된 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기와 와이어-그리드 빔분할기의 기능을 비교하기 용이하게 그려져 있다.

이제 도 4를 참조하면, 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)는 투명 그리드 지지 플레이트(104)의 그리드-지지면(112) 상에서 서로에 대해 일반적으로 평행하게 연장되고 간격을 가지고 떨어져서 배치되는 복수의 전기 전도체(102)로 이루어진다. 와이어 그리드(106)를 이루는 전도체(102)의 선형적인 연장 방향은 X-좌표 방향을 정의한다. 집합적으로, 실질적으로 평행한 전도체들(102)은 하나의 와이어 그리드(106)를 정의한다. 이 그리드의 와이어들의 간격은 일반적으로 프로젝터에서 사용되는 가시광선의 가장 짧은 파장의 파장, 즉 대략 290 mm보다 더 작다. 와이어-그리드 지지 플레이트(104)는 가시 영역에 걸쳐서 광에 투명하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 비편광된 광의 주축 광선(110)은 Y 좌표축을 정의하는 방향을 따라 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106) 상에 충돌한다. 그리드-지지면(112)에 대해 수직인 법선(114)에 상대적인 주축광선(110)의 입사각은 본질적으로 45°이다. 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)는 입사 주축 광선(110)을 Z 좌표축을 따르는 방향의 빔분할기-반사 주축 광선(116) 및 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)와 그리드-지지 플레이트(104)를 통과하여 Y축을 따라 멀어지는 빔분할기-투과 주축 광선(118)으로 분리한다. 빔분할기-반사 주축 광선(116)은 본질적으로 완전히 편광되고, 와이어 그리드(106)를 이루는 와이어들(102)의 방향 즉 X-좌표 방향에 평행한 방향인 E-필드를 가진다. 빔분할기 반사 주축 광선(116)은 반사형 액정 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)으로 진행하고 수직 입사로 주축 충돌 지점(43)에서 조절기 면(42)에 충돌한다. 도 4에 도시된 예의 경우, 편광 조절기 면(42)은 해당 광선의 편광 상태를 변경시킴없이 주축 충돌 지점(43)에서 빔분할기-반사 주축 광선(116)을 수동적으로 반사함으로써, 조절기-반사 주축 광선이 암-픽셀 광선을 구성하도록 한다.

조절기-반사 주축 광선(116)은 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)으로 되돌아 진행하는데, 이 빔분할기에서 이 광선은 본질적으로 45°인 입사각으로 와이어 그리드(106)에 충돌한다. 조절기-반사 주축 광선(116)은 와이어 그리드(106)의 와이어들(102)의 선형적 연장 방향에 평행한 E-필드를 가지며 선형적으로 편광되기 때문에, 조절기-반사 주축 광선(116)은 Y 방향을 따라 되돌아서 와이어-그리드 편광 빔분할기에 의해 반사되고 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 입력 포트(44)로부터 떨어져 멀어진다. 만약 액정 편광 조절기(40)가 조절기-반사 주축 광선의 편광을 회전시켰다면, 그 광선의 회전된 성분은 마이너스 Z 좌표 방향을 따라 와이어-그리드 편광 빔분할기를 통과하여 프로젝션 렌즈(46)의 입력 포트(44)로입사됨으로써 프로젝팅된 이미지의 명 픽셀 영역을 조명하였을 것이다.

비편광 광선의 대표적인 주-평면 오프-축 입사 광선(120)이 주 입사 평면(121) 즉 Y-Z 평면 안으로 진행하여, Y 주축 및 Z 주축의 주축 충돌 위치(111)에서부터 오프셋되어 있는, (Y,Z)-방향 오프셋 위치(123)에서 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)에 충돌한다. 주-평면 오프-축 입사 광선(120)은 와이어 그리드(106)에 대한 (Y,Z)-방향 오프셋 법선(122)에 상대적인 입사각이 45°보다 작다. 주-평면 오프-축 입사 광선(120)은 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)에 의해 분리되어 빔분할기 반사 광선(124) 및 빔분할기 투과 광선(미도시됨)으로 되고, 이 빔분할기 투과 광선은 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)를 통과하여 오프-축 광선(120)의 진행방향을 따라 계속 진행한다. 비록 오프-축 광선(120)의 입사각이 주축 광선(110)의 입사각과는 차이가 나긴 하지만, 빔분할기-반사 오프-축 광선(124)는 본질적으로 완전히 선편광되고 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 이루는 선형적으로 연장된 와이어들(102)의 방향과 평행한 방향 즉 Y-Z 입사 평면(121)에 대해 수직인 X-좌표 방향인 E-필드를 가진다.

빔분할기 반사 오프-축 광선(124)는 Y-Z 입사 평면(121) 내에서 반사형 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)까지 진행한다. 주-평면 오프-축 입사 광선(120)의 입사각과 (Y,Z)-방향 오프셋 위치(123)까지의 오프셋 거리 때문에, 빔분할기-반사 오프-축 광선(124)이 주축 충돌 지점(43)에서 편광 조절기 면(42)을 때리게 된다. 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)에 대한 법선이 -Z 방향이기 때문에 그리고 빔분할기-반사 오프-축 광선(124)이 Y-Z 평면에서 진행하기 때문에, 빔분할기-반사 오프-축 광선(124)과 편광-조절기 면(42)에 대한 법선에 의해 정의되는 입사 평면(55)은 Y-Z 평면 즉 주 입사 평면(45)와 일치한다. 선편광된 빔분할기-반사 오프-축 광선(124)의 E-필드는, Y-Z 평면에 대해 수직인 X-좌표 방향과 같은 방향인데, 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)에 의한 해당 광선의 수동 반사시 Y-Z 평면에 대해 수직인 채로 유지되며, 결과적으로 편광 조절기 면(42)로부터 반사된 오프-축 광선(126)의 진행 방향에 대해 수직인 방향인데, 이는 조절기-반사 오프-축 광선(126)도 역시 Y-Z 평면 내에서 진행하기 때문이다.

조절기-반사 오프-축 광선(126)은 45°보다 더 큰 입사각으로 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)에 충돌한다. 조절기-반사 오프-축 광선(126)이 선편광되어 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 이루는 와이어들(102)의 선형적인 연장 방향에 평행한 방향인 E-필드를 가지기 때문에, 이 광선은 와이어 그리드(106)에서 본질적으로 완전히 반사되고 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 입력 포트(44)에 입사되는 방향에서 멀어지는데, 이는 도 2에 예시되어 있는 종래의 맥닐형 편광 빔분할기(2)의 다중층 유전 편광막(8)에 충돌하는 대응하는 조절기-반사 오프-각도 광선(56)과는 대조적이다.

다음으로 도 5를 참조하면, 비편광 광의 오프-주축 광선(150)은, 편광 빔분할기(100) 및 편광 조절기(40)의 주축(61) - Y 좌표축 - 과는 차이가 나지만 근접한 방향을 따라 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)의 그리드-지지 플레이트(104)의 그리드-지지면(112) 상에 탑재되어 있는 와이어 그리드(106)에 충돌한다. 비교하자면, 상기 오프-축 입사 광선(150)의 방향은 도 3에 예시되어 있는 종래의 맥닐형 편광 빔분할기(2)의 제 1 프리즘(4) 안에서 진행하는 온-각도 오프-축 입사 광선(64)의 입사 방향과 동일하다. 오드-축 입사 광선(150)은 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에서 진행하는데, 이 입사 평면(70)은 Y 및 Z 주축(61, 62)의 주축 충돌 위치(21)에서 오프셋되어 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 법선(66)을 포함한다. 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)은 Y-Z 평면에 평행하게 배향되어 있는 오프셋 기준 평면(미도시됨)에 상대적으로 오프셋 법선(66)을 중심으로 회전되어 있다. 오프 축 입사 광선(150)은 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 위치(65)에서 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)의 그리드-지지 플레이트(104)의 그리드-지지면(112) 상의 와이어 그리드(106)에 충돌한다. 오프-축 입사 광선(150)은 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 법선(66)과 본질적으로 45°의 입사각을 이룬다. 오프-축 입사 광선(150)은 와이어 그리드(106)에 의해 본질적으로 완전히 선편광된 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)과 본질적으로 완전히 선편광된 빔분할기-투과 오프-축 광선(미도시됨)으로 분리되는데, 상기 빔분할기-투과 오프-축 광선은 와이어 그리드(106) 및 그리드-지지 플레이트(104)를 통과하여 입사 광선(150)의 진행 방향으로 계속 진행한다. 빔분할기-투과 오드-축 광선 및 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 각각의 E-필드의 방향은 아래에서 논의된다.

비편광 오프-축 입사 광선(150)에 대한 와이어 그리드(106)의 편광 효과를 이해하기 위해서, 오프-축 입사 광선(150)은 이 오프-축 광선(150)과 동일한 경로를 따라 진행하는 직교 E-필드를 가진 두 개의 선편광 기준 입사 광선들의 랜덤 계수에 의한 선형 결합이라는 것을 고려하는 것이 도움이 된다.

이 두 개의 선편광 기준 입사 광선들 중 제 1 기준 입사 광선은, 광선의 진행 방향에 대해 수직인 평면과 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)에 관하여 정의되어 있는 Y-Z 평면 사이의 교차 선을 따른 방향인 E-필드를 가지고 있다고 정의된다. 결과적으로, 제 1 기준 입사 광선의 E-필드는 - 평면파에 요구되는 - 이 광선의 진행 방향과 X-좌표축 양자 모두에 대해 수직인 방향인데, X-좌표축은 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 이루는 와이어들(102)의 연장 방향이다. 제 1 선편광 기준 입사 광선의 E-필드의 배향의 결과로서, 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106) 상에 입사할 때, 제 1 기준 입사 광선은 플레이트 면들과 공기 사이의 경계에서의 반사를 무시하면, 실질적으로 투명 플레이트만을 "볼" 것이고, 빔분할기(100)를 통해 투과할 것이다. 제 1 선편광 기준 입사 광선의 E-필드의 배향은 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)에 의해 비편광 오프-축 입사 광선(150)으로부터 분리된 선편광 빔분할기-투과 오프-축 광선의 E-필드의 배향에 대응한다.

제 2 선편광 기준 입사 광선의 E-필드의 방향은, 이 입사 광선의 진행 방향에 대해 수직으로 진행하도록 그리고 이 광선의 진행 방향에 대해 수직인 평편과 Y-Z 평면 사이의 교차 선에 대해 수직으로 진행하도록 정의된다. 따라서 제 2 선편광 기준 입사 광선의 E-필드는 제 1 선편광 기준 입사 광선의 E-필드에 대해 수직인 방향이다. 제 2 선편광 기준 입사 광선의 E-필드의 배향의 결과로서, 제 2 기준 입사 광선은 빔분할기(100)에 입사할 때 실질적으로 와이어 그리드(106)에서 미러면을 "볼" 것이고 미러에서처럼 반사될 것이다. 제 2 선편광 기준 입사 광선의 이러한 실질적인 미러 반사의 입사 평면은 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)일 것이다. 반사된 제 2 기준 광선의 E-필드는, 제 2 선편광 기준 입사 광선의 E-필드를 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 수직인 성분과 오프셋 경사-배향 입사 평면(70) 안에 놓이는 성분으로 벡터적으로 분해함으로써 결정될 수 있다. 와이어-그리드 편광 빔분할기의 와이어 그리드(106)에서의 실질적인 미러 반사시, 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 수직인 E-필드 성분은 입사 평면(70)에 대해 수직인 방향으로 배향된 채로 유지될 것이다. 오프셋 경사-배향 입사 평면(70) 안에 놓이는 E-필드의 성분은 반사시 입사 평면(70) 안에 유지될 것이지만, 반사시 반사된 광선의 진행 방향에 대해 수직으로 배향되도록 기울어질 것이다. 이렇게 반사된 제 2 선편광 기준 입사 광선의 E-필드의 배향은 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)에 의해 비편광 오프-축 입사 광선(150)으로부터 분리된 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 E-필드의 배향에 대응한다. 구체적으로, 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 E-필드는 일반적으로 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 수직인 성분과 오프셋 경사-배향 입사 평면(70) 안에 놓이는 성분을 포함할 것인데, 이는 도 3과 관련하여 위에서 논의된 종래의 맥닐형 편광 빔분할기(2)로부터의 선편광 빔분할기 반사 광선(68)과는 대조적이다. 비록 도 5의 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)로부터의 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)과 도 3의 종래의 맥닐형 편광 빔분할기(2)로부터의 빔분할기 반사 광선(68)은 둘 모두 선편광되지만, 두 빔분할기 반사 광선의 E-필드는 일반적으로 동일한 방향으로 배향되지 않을 것이다.

도 3의 온-각도 오프-축 입사 광선(64)의 경우에서와 같이, 도 5의 비편광오프-축 입사 광선(150)의 구체적인 입사 방향 및 이 입사 광선(150)이 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 때리는 구체적인 (-X,+Y,+Z)-사분면 오프셋 위치(65) 때문에, 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)은 Z 주축(62)과 조절기 면(42)의 충돌 지점(43)에서 반사형 편광 조절기(40)의 편광-조절기 면(42)을 때리게 된다. 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)은 Z 주축(62)에 의해 정의되는 법선과 0이 아닌 입사각을 이루며, 결과적으로 입사 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 진행방향 및 Z 주축(62)에 의해 정의되는 조절기-반사 입사 평면(73) 안에서 진행하는 조절기-반사 오프-축 광선(154)과 마찬가지로 조절기 면(42)에서 수동적으로 반사된다. 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)이 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)로부터 반사되는 (-X,Y,Z)-사분면 오프셋 위치(65)의 주축 충돌 위치(21)에 상대적인 오프셋 때문에, 조절기-반사 입사 평면(73)은 일반적으로 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 평행한 방향도 아니고 수직한 방향도 아니다. 결과적으로 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 E-필드는 - 일반적으로 오프셋 경사-배향 입사 평면(70)에 대해 수직인 성분 및 입사 평면(70) 안의 성분을 포함하는데 - 일반적으로 조절기-반사 입사 평면(73)의 평면 안의 성분 및 조절기-반사 입사 평면(73)에 대해 수직인 성분 모두를 가지고 있다고 기대될 것이다. 편광 조절기 면(42)에서의 수동 반사시, 조절기-반사 입사 평면(73)에 대해 수직인 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 E-필드의 성분은 그 평면에 대해 수직인 상태가 유지된다. 조절기-반사 입사 평면(73) 안에 놓이는 빔분할기-바사 오프-축 광선(152)의 E-필드의 성분은 조절기 면(42)에 의한 해당 광선의 수동 반사시 기울어짐으로써 상기 E-필드 성분은 조절기-반사 오프-축 광선(154)의 진행 방향에 대해 수직인 방향으로 될 수 있다. 결과적으로, 일반적으로, 선편광 조절기-반사 오프-축 광선(154)의 E-필드는 선편광 빔분할기-반사 오프-축 광선(152)의 E-필드에 대해 평행한 방향이라고 기대되지 않을 것이다. 선편광 광선이 와이어 그리드 편광 빔분할기(100)에 의해 반사되거나 투과되는 정도는 일반적으로 이 광선의 E-필드의 배향에 의존하기 때문에, 조절기 면(42)에서의 비-수직-입사 수동 반사에 의해 야기되는 선편광 빔분할기-반사 광선(152)의 E-필드의 배향에서의 변화는 일반적으로 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 통하여 프로젝팅된 이미지 내의 암-픽셀 위치를 향해 광이 투과되는 요인이 될 수 있으며 따라서 명-암 콘트라스트비에서의 감소를 야기할 수 있다.

조절기-반사 오프-축 광선(154)은 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)으로 진행하고 Y 및 Z 주축(61, 62)의 주축 충돌 위치(21)로부터 (X,-Y,-Z)-사분면 방향으로 오프셋된 (X,-Y,-Z)-사분면 위치(75)에서 와이어 그리드(106)에 충돌한다. 선편광 조절기-반사 오프-축 광선(154)이 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)에 의해 반사되고 이에 따라서 빔분할기(100)의 반대 측면 상에서 조절기-반사 오프-축 광선(154)의 입사 방향에 배치되어 있는 디지털 이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 입력 포트(44)로부터 멀리 떨어지는 정도는 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 이루는 와이어들(102)의 연장 방향에 상대적인 조절기-반사 오프-축 광선(154)의 E-필드의 방향에 의존하며, 종래의 맥닐형 편광 빔분할기의 경우에서와 같이, 와이어-그리드 빔분할기(100)에 상대적인 오프-축 광선(154)의 입사 방향이나 각도에는 의존하지 않는다. 조절기-반사 오프-축 광선(154)의 E-필드는, 예컨대 편광 조절기(40)의 조절기면(42)에서 조절기-반사 입사 평면(73)내 반사의 결과로서, 일반적으로 이 광선(154)의 진행 방향에 대해 수직인 평면과 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)에 관하여 정의된 Y-Z 평면 사이의 교차 선을 따르는 성분을 포함할 수 있다. 선편광 조절기-반사 오프-축 광선(154)의 E-필드의 이러한 성분은 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)를 지나 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈(46)의 입력 포트(44)를 향하여 누출 광선(156)이 투과되는 결과를 야기할 것이다. 이러한 누출 광선(156)은 프로젝팅된 이미지의 암 픽셀 영역을 부분적으로 조명하는 경향이 있고 이에 따라 디지털-이미지 프로젝터의 명-암 콘트라스트비를 바람직하지 않게 감소시키는데 기여한다. 그러나, 실질적인 문제로서, 고성능의 와이어-그리드 편광 빔분할기의 경우에 조명 빔의 동공 주위에서 조절기 반사 오프-축 광선으로부터 나오는 어두운-상태의 누출은 종래의 맥닐형 다중층 유전막 빔분할기의 경우보다는 상당히 작은 문제이다.

디지털 이미지 프로젝션 시스템에 대하여 지금까지 논의된 구성의 와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기는, 특히 고-해상도 이미지 프로젝션 시스템에 있어서,단점들을 가질 수 있다. 편광 빔분할기의 그리드-지지면 상의 와이어-그리드 편광자는 광학적으로 편평해야만 하는데, 이는 와이어-그리드 편광자가 이미지를 왜곡시키지 않고 이미지-운반 광 빔에 대해 동작해야만 하기 때문이다. 와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기의 그리드-지지 표면을 충분히 편평하게 유지하기 위하여, 빔분할기의 그리드-지지 플레이트는 두꺼워야만 한다. 그러나, 두꺼운 광학 유리 플레이트는, 열적 효과 또는 외부적으로 인가되는 스트레스 중 어느 하나에 의해 야기되는, 스트레스 복굴절성이라는 문제에 직면할 수 있다. 위에서 도 4 및 도 5에서 예시된 바와 같은 디지털 이미지 프로젝션 시스템에 대하여 여기까지 논의된 구성에 있어서, 프로젝팅될 이미지를 운반하는 빔은 와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기의 그리드-지지 플레이트를 통과하는 것이 요구되며, 따라서 이러한 빔은 그리드-지지 플레이트 내의 스트레스 복굴절성에 의해 야기되는 이미지 왜곡이라는 위험에 처해 있다. 또한 편광 빔분할기로서 사용하기 위해 요구되는 것과 같이 기울어져 있을 때 와이어-그리드 편광자의 두꺼운 그리드-지지 플레이트는, 비점수차(astigmatism), 및 약한 정도의 코마(coma)를 그리드-지지 플레이트를 기울어진 각도에서 통과하는 빔에 도입함으로써, 지금까지 논의된 디지털-이미지 프로젝션-시스템 구성에 있어서 기울어진 그리드 지지 플레이트를 통과하는 빔에 의해 생기는 추가적인 이미지 왜곡이라는 위험을 발생시킬 수 있다.

본 발명은 크게는 이미지 프로젝터에 관한 것이며, 더 상세하게는 반사형 액정 디스플레이 편광 조절기(polarization modulator)에 관한 것이다.

도 1은 빔분할기에 의한 최적 편광을 위한 비편광된 광선의 진행 방향을 예시하는, 다중층 유전 편광막을 채용하는 종래의 맥닐형 편광 빔분할기의 도면.

도 2 및 도 3은 암 픽셀 위치로 바람직하지 않은 광의 누출을 예시하는, 종래의 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈의 입력 광학 포트 및 반사형 액정 편광 조절기 사이에 배치되어 있는 도 1의 편광 빔분할기의 간략화된 개략도. 도 2의 경우, 그러한 광의 누출은 비편광 광선이 최적 편광각과는 다른 각도로 빔분할기의 편광 표면 상으로 입사하는 것에 의해 야기된다. 도 3의 경우, 암 픽셀 위치로의 바람직하지 않은 광의 누출은 비편광 광선이 최적 편광각이긴 하지만 반사형편광 조절기의 편광-조절기 면 및 편광 빔분할기에 관하여 정의되어 있는 주축에 대하여 경사진 방향을 따라 빔분할기의 편광 표면 상으로 입사하는 것에 의해 야기된다.

도 4 및 도 5는, 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈의 입력 광학 포트와 반사형 액정 편광 조절기 사이에 종래 기술에서 개시된 바와 같이 배향되어 배치됨으로써, 프로젝션 렌즈에 의해 프로젝팅될 원하는 이미지를 운반하는 명-픽셀-편광-상태 조절 빔이 수직 입사 각도가 아닌 경사진 각도에서 편광 빔분할기의 투명 그리드-지지 플레이트를 통과할 수 있게 하는, 와이어-그리드 편광 빔분할기의 간략화된 개략도.

도 6은, 프로젝션 렌즈에 의해 프로젝팅될 원하는 이미지를 운반하는 명-픽셀-편광-상태 조절 빔이 와이어-그리드 편광 빔분할기의 그리드-지지 면으로부터 반사되고 이 빔분할기의 그리드-지지 플레이트를 통과하지 않는, 본 발명의 바람직한 디지털-이미지 프로젝터의 프로젝션 렌즈의 입력 광학 포트 및 반사형 액정 편광 조절기 사이에 배치된 와이어-그리드 편광 빔분할기의 간략화된 개략도.

도 7은 본 발명의 첫번째 바람직한 디지털 이미지 프로젝터의 간략화된 개략적인 광학 도면.

도 8 및 도 9는 도 7의 첫번째 바람직한 디지털 이미지 프로젝터에서 사용되는 광학적 배열의 변형예에서 사용되는 회전 프리즘 조립체의 간략화된 측면 및 평면 개략도.

도 10은 적,녹,청-성분 스위프 위치 서브빔으로 조명되는 도 7의 바람직한디지털 이미지 프로젝터의 반사형 편광 조절기의 조절기 면의 개략도.

도 11은 본 발명의 두번째 바람직한 디지털 이미지 프로젝터의 간략화된 개략적인 광학 도면.

본 발명의 목적은 고 품질의 컬러 이미지를 프로젝팅할 수 있고 뛰어난 명-암 콘트라스트비를 나타내는 이미지 프로젝터를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 명시된 바와 같이 본 발명에 따른 이미지 프로젝터에 의해 성취된다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터는 소스 램프에 의해 생성된 조명광을 수광하고 그러한 광으로부터 백색-스펙트럼 조명 빔을 형성하는 조명 광 형성 광학기구 및 백색 스펙트럼 조명-광을 생성하기 위한 조명-광 소스 램프를 포함한다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터는 또한 입력 백색-스펙트럼 조명 빔을 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 조명 서브빔으로 나누기 위한 컬러-밴드-분리 광학기구를 포함한다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터는 반사 컬러-성분 이미지-인코딩된-편광 서브빔을 형성하도록 하기 위하여 원하는 컬러 디지털 이미지의 대응하는 컬러-성분 이미지에 따라 서브빔의 반사시 입사 선편광 컬러-성분 조명 서브빔의 편광을 공간적으로 조절하기 위한 반사형 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기 메커니즘을 더 포함한다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터는 원하는 컬러 이미지를 보기 위하여 컬러-이미지를 운반하는 광선을 프로젝팅하기 위한 추가적인 프로젝션 렌즈 광학기구를 포함한다.

마지막으로, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터는, 빔분할기에 입사하는 조명 광선을 편광-상태 선택 방식으로 암-픽셀-편광-상태 편광된 광선으로 향하게 하도록 하여, 반사형 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기 메커니즘에 입사하는 선편광 컬러-성분 조명 서브빔을 형성하도록 하는, 플레이트-지지 표면-실장 고정-편광축 편광 빔분할기를 포함한다. 이에 더하여, 고정-편광축 편광 빔분할기는, 원하는 컬러 이미지를 형성하기 위하여, 반사형 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기 메커니즘으로부터의 반사 컬러-성분 이미지-인코딩된-편광 서브빔에서 유도된 빔분할기에 입사하는 이미지-인코딩된-편광 광선을, 암-픽셀-편광-상태 편광 네거티브-이미지 운반 광선 및 명-픽셀-편광-상태 편광 컬러-이미지 운반 광선으로, 분리하도록 동작할 수 있다. 편광 빔분할기는 투명 편광자-지지 플레이트 및 고정-편광축 편광자를 포함하는데, 상기 고정-편광축 편광자는 편광자-지지면을 정의하는 편광자-지지 플레이트의 실질적으로 광학적으로 편평한 외부면 상에 탑재된다. 고정 편광축 편광자는 편광자 지지면에 수직인 위치에서 얇다.

조명-빔-수광 축, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축, 및 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축이, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 편광 빔분할기에 대하여 정의된다. 동작시, 빔분할기에 입사하는 조명 광선은 조명-빔-수광 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 진행하고, 빔분할기에 입사하는 이미지-인코딩된-편광 광선은 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 진행하며, 또한 빔분할기에 의해 이미지-인코딩된-편광 광선에서 분리된 명-픽셀-편광-상태 편광 컬러-이미지 운반 광선은 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 진행한다. 편광자-지지-면 법선은 편광자-지지면에 대해 수직한 방향으로 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 돌출되도록 정의된다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 고정-편광축 편광 빔분할기는, 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면 상에 탑재된 고정-편광축 편광자로부터 바깥으로 연장되는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔과 일치하여 위치되며 배향된다. 편광-빔-축 각도는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축과 편광자-지지-면 법선 사이의 각도로서 정의된다. 편광-빔-축 각도는 실질적으로 0 도보다 더 크며 - 가장 바람직하게는 45°이다. 조명-빔-수광 축은, 편광자-지지면과 대향하는 편광자-지지 플레이트의 일면으로부터 바깥을 향하는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축의 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 뻗는다. 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축과 편광자-지지-면 법선에 의해 정의되는 입사 평면에서 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 뻗고, 편광-빔-축 각도와 동일하게 편광자-지지-면 법선과 반사 각도를 이룬다. 고정-편광축 편광 빔분할기는, 조명-빔 수광 축에 대해 실질적으로 평행한 편광 빔분할기를 향하여 그리고 투명 편광자-지지 플레이트를 통과하여 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면 상에 탑재된 고정-편광축 편광자를 향해 진행하는 조명 광선을 수광하도록 배향되며, 암-픽셀-편광-상태 광선으로 하여금 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 진행하게 향하도록 배향되며, 편광자-지지 플레이트를 통과하지 않고 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 빔분할기를 향하여 진행하는 이미지-인코딩된-편광 광선을 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면 상에 탑재된 고정-편광축 편광자 상에서 직접 수광하도록 배향되며, 또한 이미지-인코딩된 편광 광선을 분리하여 투명 편광자-지지 플레이트를 통과하여 조명-빔-수광 축에 대해 실질적으로 평행한 편광 빔분할기로부터 멀리 진행하는 암-픽셀-편광-상태 편광 네거티브-이미지 운반 광선 및 프로젝션 렌즈 광학기구에 의한 프로젝션을 위한 편광자-지지 플레이트를 통과하지 않고 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 편광자-지지면으로부터 멀리 진행하는 명-픽셀-편광-상태 편광 컬러-이미지 운반 광선으로 되도록 한다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 첫번째 바람직한 실시예에 있어서, 디지털-이미지 프로젝터는, 소스 램프에 의해 생성된 조명 광을 수광하도록 배치되고이러한 광으로부터 백색-스펙트럼 조명 빔을 형성하도록 적응된 백색-스펙트럼 조명 빔 형성 광학기구 및 백색 스펙트럼 조명 광을 생성하기 위한 조명-광 소스 램프를 포함한다.

디지털 이미지 프로젝터의 첫번째 바람직한 실시예는, 백색-스펙트럼 조명 빔 입력 광학 포트와 컬러-성분 스위프-위치 분리-3중-서브빔 출력 광학 포트를 구비하는 컬러-밴드-분리 서브빔-위치-스위프기 조립체를 더 포함한다. 컬러-밴드-분리 서브빔-위치-스위프기 조립체는, 백색-스펙트럼 조명 빔 입력 광학 포트 안으로 입력 백색-스펙트럼 조명 빔을 수용하도록 그리고 입력 백색-스펙트럼 조명 빔을 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 서브빔으로 분리하도록 적응된다. 컬러-밴드-분리 서브빔-위치-스위프기 조립체는 또한, 제 1 및 제 2 한계 위치 사이에서 반복적으로 각각의 컬러-성분 서브빔의 위치를 스위프하도록 적응되는 반면에, 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 스위프-위치 서브빔을 형성하기 위하여 그리고 컬러-성분 스위프-위치 분리-3중-서브빔 출력 광학 포트로부터 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 스위프-위치 서브빔을 프로젝팅하기 위하여 서브빔들을 중첩되지 않는 관계로 유지시키도록 적응된다.

또한 디지털 이미지 프로젝터의 첫번째 바람직한 실시예는, 반사형 3-이동-이미지-영역 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기를 포함하는데, 이 편광 조절기는 편광 조절기의 조절기 면을 한정하는 반사형-편광-조절 픽셀 영역의 본질적으로 평판한 어레이와 선택적으로 어드레싱된 픽셀 영역의 편광-활성 상태를 선택적으로 설정하기 위하여 이미지-인코딩 신호를 수광하기 위한 이미지-인코딩 신호 입력 포트를 포함한다. 각각의 반사형-편광-조절 픽셀 영역은, 픽셀 영역의 편광-활성 상태에 따라 픽셀 영역 상에 떨어지는 선편광된 광의 편광을 선택적으로 조절하도록 적응된다. 편광 조절기의 조절기 면은, 동작시 정의되는 3개의 본질적으로 중첩하지 않는 컬러-성분 스위프-위치 이미지 영역들을 구비하도록 적응되는데, 이 이미지 영역들 각각은 조절기 면에의 실질적인 수직 입사로 동작시 프로젝팅된 관련 컬러-성분 스위프-위치 서브빔에 의해 조명되는 하나의 컬러-성분 조명 영역에 대응한다. 동작 중인 컬러-성분 스위프-위치 이미지 영역들 중 각각의 한 영역은, 관련된 컬러-성분 스위프-위치 서브빔의 스위프에 따라 다른 2개의 컬러-성분 스위프-위치 이미지 영역의 스위프와 함께 동시에 조절기 면을 가로질러 반복적으로 스위프하는 것으로 정의된다. 편광 조절기는 이미지-인코딩 신호 포트에서 3-이동-이미지-영역 컬러-성분 이미지-인코딩 신호를 수광하도록 적응되며, 또한 3개의 컬러-성분 스위프-위치 이미지 영역들 각각에 대하여, 이미지 영역이 원하는 전체-컬러 전체-크기의 이미지에 대한 대응하는 컬러-성분 이동 이미지-영역 부분을 이동 이미지 영역에 걸쳐 인코딩하는 편광 활성 상태로 조절기 면을 가로질러 스위프하는 도중에 컬러-성분 스위프-위치 이미지 영역과 연관된 반사형-편광-조절 픽셀 영역의 편광-활성 상태를 선택적으로 설정하도록 적응된다. 실질적인 수직 입사로 조절기 면의 컬러-성분 스위프-위치 이미지 영역을 조명하도록 조절기 면 상에 프로젝팅되고 조절기 면을 가로질러 스위프되는 대응하는 선편광 컬러-성분 스위프-위치 서브빔은, 이에 따라 임의의 순간에 원하는 이미지의 대응하는 컬러-성분 이미지-영역 부분을 인코딩하도록 상기 순간에 공간적으로 조절된 편광 상태를 가지고 실질적인 수직 입사로 이동 이미지 영영으로부터 반사되며, 따라서 조절기 면을 가로질러 스위프하기 위한 하나의 스위프-사이클 반복 시간 동안에 컬러-성분 스위프-위치 서브빔은 원하는 전체-크기 이미지의 대응하는 컬러 성분을 스위프-이미지 방식으로 인코딩하도록 연속적으로 조절된 편광 상태를 가지고 조절기 면에서 반사된다.

또한 디지털 이미지 프로젝터의 첫번째 바람직한 실시예는, 3개의 컬러-성분 스위프-위치 이미지 서브빔을 하나의 프로젝션-렌즈 입력 광학 포트로 수용하기 위한 그리고 이미지를 볼 수 있게 하기 위해 이 3개의 컬러-성분 스위프-위치 이미지 서브빔을 하나의 프로젝션-렌즈 출력 포트에서 프로젝팅하기 위한 프로젝션 렌즈 광학기구를 포함한다.

마지막으로 본 발명의 디지털 이미지 프로젝터의 첫번째 바람직한 실시예는, 플레이트-지지 표면-실장 고정-편광축 박막-편광자 편광 빔분할기를 포함한다. 이 편광 분할기는 투명 편광자-지지 플레이트와 고정-편광축 편광자를 포함하는데, 이 고정-편광축 편광자는 편광자-지지면을 한정하는 편광자-지지 플레이트의 실질적으로 광학적으로 편평한 외부면 상에 탑재되어 있다. 고정-편광축 편광자는 편광자-지지면에 대해 수직 크기 방향에서 얇다. 편광 빔분할기는 이와 관련하여 조명-빔-수광 축, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축, 및 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축이 정의되어 있다. 편광자-지지-면 법선은 편광자-지지면에 대해 수직인 방향에서 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 돌출되도록 정의된다. 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터바깥쪽으로 뻗고, 편광-빔-축 각도는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축과 편광자-지지-면 법선 사이의 각도로서 정의된다. 편광-빔-축 각도는 실질적으로 0 도보다 더 크다. 조명-빔-수광 축은, 편광자-지지면에 대향하는 편광자-지지 플레이트의 일면에서 바깥쪽으로 향하는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축의 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 뻗어 있다. 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 뻗고 편광-빔-축 각도와 동일하게 편광자-지지-면 법선과 각도를 이룬다. 고정-편광-축 편광 빔분할기는, 조명-빔-수광 축에 대해 실질적으로 평행한 편광 빔분할기를 향하여 진행하고 투명한 편광자-지지 플레이트를 통과하여 편광자-지지면으로 진행하는 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 스위프-위치 서브빔을 수광하도록 적응되고, 또한 이 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 스위프-위치 서브빔으로부터, 편광자-지지면 상의 고정-편광-축 편광자를 통하여, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 진행하는 3개의 선편광된 공간적으로 분리된 컬러-성분 스위프-위치 암-픽셀-편광-상태 서브빔으로 분리하도록 적응된다. 고정-편광-축 편광 빔분할기는 또한, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 빔분할기를 향하여 진행하는, 3개의 공간적으로 분리된 컬러-성분 스위프-위치 복합 이미지 서브빔을, 편광자-지지 플레이트를 통과하지 않고 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면 상에 탑재되어 있는 고정-편광-축 편광자 상에서 직접 수광하도록 적응된다. 각각의 컬러-성분 스위프-위치 복합 이미지 서브빔은, 컬러-성분 네거티브 이미지를 운반하는 암-픽셀-편광-상태 선편광 광 및 원하는 컬러-성분이미지를 운반하는 명-픽셀-편광-상태 선편광 광을 포함하고 있다. 고정-편광-축 편광 빔분할기는 추가적으로, 각각의 컬러-성분 스위프-위치 복합 이미지 서브빔을 분리하여, 투명 편광자-지지 플레이트를 통과하고 조명-빔-수광 축에 대해 실질적으로 평행한 편광 빔분할기로부터 멀리 떨어지게 진행하는 컬러-성분 네거티브 이미지를 운반하는 컬러-성분 스위프-위치 암-픽셀-편광-상태 선편광 빔과 편광자-지지 플레이트를 통과하지 않고 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 진행하는 원하는 컬러 이미지를 운반하는 컬러-성분 스위프-위치 명-픽셀-편광-상태 선편광 빔으로 되게 하도록 적응된다. 편광 빔분할기의 조명-빔-수광 축은 실질적으로 컬러-밴드-분리 서브빔-위치-스위프기 조립체의 스위프-위치-서브빔 중심 축과 일치하게 정렬된다. 편광 빔분할기의 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 실질적으로 편광 조절기의 조절기 면에 대한 법선에 일치하게 정렬되고, 편광 빔분할기의 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 실질적으로 프로젝션 렌즈 광학기구의 프로젝션-렌즈-입력-포트 축에 일치하게 정렬된다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 두번째 바람직한 실시예에 있어서, 디지털-이미지 프로젝터는 소스 램프에 의해 생성된 조명 광을 수광하도록 배치되고 이러한 광으로부터 백색-스펙트럼 조명 빔을 형성하도록 적응된 백색-스펙트럼 조명 빔 형성 광학기구 및 백색 스펙트럼 조명 광을 생성하기 위한 조명-광 소스 램프를 포함한다.

디지털-이미지 프로젝터의 두번째 바람직한 실시예는, 하나의 복합 빔 입력/출력 광학 포트 및 3개의 원색 출력/입력 광학 포트를 구비하는 빔 컬러 분리/결합프리즘 조립체를 더 포함한다. 빔 컬러 분리/결합 프리즘 조립체는, 백색-스펙트럼 입력 빔을 합성 빔 입력/출력 광학 포트 안으로 수용하고, 이 백색-스펙트럼 입력 빔을 3개의 성분 일차-컬러 출력 빔으로 분리하며, 또한 대응하는 일차-컬러 출력/입력 광학 포트로부터 성분 일차-컬러 출력 빔 각각을 각각 프로젝팅하도록 적응된다. 빔 컬러 분리/결합 프리즘 조립체는, 3개의 원색 각각의 개별적인 입력 빔을 3개의 원색 출력/입력 광학 포트 중 대응하는 하나의 포트 안으로 수용하고, 이 3개의 일차-컬러 입력 빔을 하나의 복합 출력 빔으로 결합시키며, 또한 이 복합 출력 빔을 프리즘 조립체의 복합 빔 입력/출력 광학 포트로부터 프로젝팅하도록 더 적응된다.

디지털-이미지 프로젝터의 두번째 바람직한 실시예는 또한, 3개의 반사형 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기를 포함한다. 각각의 반사형 편광 조절기는 빔 컬러 분리/결합 프리즘 조립체의 3개의 원색 출력/입력 광학 포트 중 대응하는 하나의 포트와 대면하도록 배치된다. 각각의 반사형 편광 조절기는, 대응하는 원색 출력/입력 광학 포트 안으로 향하는 반사된 이미지-인코딩된-편광 일차-컬러 입력 빔을 형성하도록 하기 위하여, 원하는 디지털 이미지의 대응하는 일차-컬러 성분에 따른 대응하는 일차-컬러 출력/입력 광학 포트로부터 조절기로 프로젝팅된 편광 성분 일차-컬러 출력 빔의 편광을 공간적으로 조절하고 반사시키도록 적응된다.

디지털-이미지 프로젝터의 두번째 바람직한 실시예는, 프로젝션-렌즈 입력 광학 포트 안으로 이미지 빔을 수용하고 해당 이미지를 볼 수 있게 프로젝션-렌즈 출력 광학 포트로부터 이 이미지 빔을 프로젝팅하기 위한 프로젝션 렌즈 광학기구를 더 포함한다.

마지막으로, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 두번째 바람직한 실시예는 플레이트-지지 표면-실장 고정-편광-축 박막-편광자 편광 빔분할기를 포함한다. 이러한 편광 빔분할기는 투명 편광자-지지 플레이트 및 고정-편광-축 편광자를 포함하는데, 이 고정-편광-축 편광자는 편광자-지지면을 한정하는 편광자-지지 플레이트의 본질적으로 광학적으로 편평한 외측면 상에 탑재된다. 고정-편광 축 편광자는 편광자-지지면에 대해 수직방향의 크기가 얇다. 상기 편광 빔분할기에 관하여 3개의 축, 즉 조명-빔-수광 축, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축, 및 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축이 정의된다. 편광자-지지-면 법선은 편광자-지지면에 대해 수직인 방향에서 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 돌출되도록 정의된다. 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 뻗고, 편광자 지지면 법선과 편광-빔-축 각도를 실질적으로 0 도보다 더 크게 만든다. 조명-빔-수광 축은, 편광자-지지면에 대향하는 편광자-지지 플레이트의 일면에서 바깥쪽으로 향하는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축의 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 뻗어 있다. 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 뻗고, 편광-빔-축 각도와 동일하게 편광자-지지-면 법선과 반사 각도를 이룬다. 편광 빔분할기는, 조명-빔-수광 축을 실질적으로 따라 편광 빔분할기를 향하여 진행하고 투명한 편광자-지지 플레이트를 통과하여 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면 상에 탑재되어 있는 고정-편광-축 편광자로 진행하는 조명 빔을 수광하도록 적응되고; 이 조명 빔으로부터, 편광자-지지면 상의 고정-편광-축 편광자를 통하여, 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축을 실질적으로 따라 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 진행하는 하나의 선편광된 암-픽셀-편광-상태 빔을 분리하도록 적응되고; 편광자-지지 플레이트를 통과하지 않고 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축을 실질적으로 따라 빔분할기를 향하여 진행하는, 컬러-네거티브 이미지를 운반하는 암-픽셀-편광-상태 선편광 광 및 원하는 컬러 이미지를 운반하는 명-픽셀-편광-상태 선편광 광을 가진 복합 이미지 빔을, 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면 상에 탑재되어 있는 고정-편광-축 편광자 상에서 직접 수광하도록 적응되고; 이 복합 이미지 빔을 분리하여, 투명 편광자-지지 플레이트를 통과하고 조명-빔-수광 축에 대해 실질적으로 평행한 편광 빔분할기로부터 멀리 떨어지게 진행하는 컬러-네거티브 이미지를 운반하는 암-픽셀-편광-상태 선편광 빔과 편광자-지지 플레이트를 통과하지 않고 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축에 대해 실질적으로 평행한 편광자-지지면으로부터 바깥쪽으로 진행하는 원하는 컬러 이미지를 운반하는 명-픽셀-편광-상태 선편광 빔으로 되게 하도록 적응된다. 편광 빔분할기의 조명-빔-수광 축은 실질적으로 조명-빔 형성 광학기구의 조명 빔 축과 일치하게 정렬된다. 편광 빔분할기의 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 실질적으로 빔 컬러 분리/결합 프리즘 조립체의 복합-빔 입력/출력 포트 축과 일치하게 정렬된다. 편광 빔분할기의 명-픽셀-편광-상태 편광 빔 축은 실질적으로 프로젝션 렌즈 광학기구의 프로젝션-렌즈-입력-포트 축에 일치하게 정렬된다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 플레이트-지지 표면-실장 고정-편광-축 박막-편광자 편광 빔분할기는, 0.1 내지 0.25 또는 그 이상의 범위의 개구수에 대응하는 조명 빔을 수광하기 위한 수용 각도를 가지는 것이 바람직하다. 대응하여, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 조명-빔 형성 광학기구는 0.1 내지 0.25 또는 그 이상의 범위의 개구수를 가지는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 조명-빔 형성 광학기구는 적어도 0.15의 개수구를 가지며 편광 빔분할기는 적어도 0.15의 개구수에 대응하는 조명 빔을 수광하기 위한 수용 각도를 가진다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 조명-빔 형성 광학기구는 적어도 0.2의 개구수를 가지며 편광 빔분할기는 적어도 0.2의 개구수에 대응하는 조명 빔을 수광하기 위한 수용 각도를 가진다.

바람직하게, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터에 있어서 편광 빔분할기의 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지-면에 대한 법선과 편광 빔분할기에 대해 정의되어 있는 암-픽셀-편광-상태 편광 빔 축 사이의 편광-빔-축 각도는 약 20° 내지 약 70°의 범위에 있다. 가장 바람직하게는, 디지털-이미지 프로젝터에 있어서 편광-빔-축 각도는 대략 45°이다.

바람직하게, 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 고정-편광축 편광 빔분할기의 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면은 인치(inch) 당 가시광선 5 파장 범위안으로 편평하다. 가장 바람직하게는, 편광자-지지 플레이트의 편광자-지지면은 인치 당 가시광선 2 파장 범위안으로 편평하다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터를 위한 바람직한 반사형 디지털-이미지-인코딩 편광 조절기는, LCoS(liquid crystal on silicon displays: 실리콘상액정 디스플레이)라고도 지칭되는, RLCD(reflective liquid crystal displays: 반사형액정 디스플레이)를 포함한다.

바람직하게, 플레이트-지지 표면-실장 고정-편광-축 박막-편광자 편광 빔분할기는 와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기이다. 와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기는 투명 그리드-지지 플레이트 및 와이어-그리드 편광자를 포함하는데, 이 와이어-그리드 편광자는 그리드-지지 플레이트의 외부 그리드-지지면 상에 탑재된 복수의 실질적으로 선형인 전기 전도체들로 이루어진다. 전기 전도체들은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 뻗어 있고 서로에 대해 간격을 가지고 떨어져 있으며, 인접 전기 전도체들 사이의 간격은 프로젝터에서 사용되는 가시광선의 가장 짧은 파장의 파장, 즉 대략 290 nm 보다 작은 것이 바람직하다. 그리드 지지 플레이트는 가지광선 범위에 걸친 광에 대해 투명한 것이 바람직하다. 와이어 그리드의 편광 성질은 헤치(Eugene Hecht)의 광학(Optics)(제3판, 1998, Addison-Wesley)의 327면 내지 328면과 버드 및 패리쉬(G.R.Bird, M.Parrish,Jr.)의 광학저널(J. Opt. Soc. Am.)(제50권, 1960)의 886면 내지 891면에서 논의되어 있다. 본 발명의 디지털-이미지 프로젝터의 임의의 바람직한 실시예를 위해 일반적으로 적당한 와이어-그리드 편광 빔분할기는 상표명 "ProFlux Polarizers"라는 이름으ㅗ 유타(Orem, Utah) 소재의 Moxtek, Inc.로부터 구입할 수 있다.

와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기로 입사하는 비편광 광선은 두 개의 선편광 광선으로 분리되는데, 이중 하나는 와이어 그리드의 표면에서 반사되고 다른 하나는 와이어 그리드를 통과한다. 투과 광선은 선편광되어 그리드를 이루는 와이어들의 방향에 대해 수직인 E-필드를 가진다. 그리드를 이루는 와이어들의 선형적인 연장 방향에 대해 평행한 E-필드 성분을 가지는 입사 광선은 반사되어 선편광 반사 광선을 형성한다. 편광축은 와이어 그리드의 물리적 구조, 즉 구체적으로 말해서, 그리드의 와이어들의 연장 방향에 의해 결정된다. 따라서, 예컨대, 투과된 편광 벡터는 평면상에 프로젝팅될 때 종래의 맥닐형 다중층 유전막 빔분할기에서와 같이 해당 빔의 동공 주위로 회전하지 않는다.

본 발명의 디지털-이미지 프로젝터를 위하여 다른 바람직한 플레이트-지지 표면-실장 고정-편광-축 박막-편광자 빔분할기는, 플레이트-지지 표면-실장 교호 복굴절/비복굴절-막-편광자 편광 빔분할기이다. 플레이트-지지 표면-실장 교호 복굴절/비복굴절-막-편광자 편광 빔분할기는 투명 막-지지 플레이트와 이 막-지지 플레이트의 외부 막-지지면 상에 탑재된 교호 복굴절/비복굴절-막 편광자를 포함한다. 교호 복굴절/비복굴절-막 편광자는 배향된 복굴절 물질층 및 비복굴절 물질층이 교호하는 층구조를 포함하는데, 비복굴절 물질의 굴절지수는 배향된 복굴절 물질의 굴절지수 중 하나와 실질적으로 동일하다. 교호하는 물질층의 굴절지수가 한 방향에서 정합되어 있고 직교 방향에서는 정합되어 있지 않기 때문에, 하나의 편광 방향의 광은 실질적으로 균일한 굴절지수를 "보며" 다중층 막을 통과하여 투과되는 반면에, 직교 편광의 광은 교호하는 서로다른 굴절지수을 가진 층들의 스택(stack)을 보고 반사된다. 이러한 교호 복굴절/비복굴절-막 편광자는 국제 PCT 특허출원 WO 00/70386에서 기술되어 있다. 교호 복굴절/비복굴절-막의 다중층 스택은, 편광 빔분할기를 형성하기 위한 입사 빔의 축에 대해 예컨대 45°로 배향될 수 있는, 투명 막-지지 플레이트의 외부 막-지지면 상에 배치될 수 있다. 편광축들은 복굴절층의 배향에 의해 결정된다. 따라서, 와이어-그리드 편광 빔분할기와 같이, 이러한 편광 빔분할기는 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기의 경사 각도 문제를 회피하는 경향이 있다.

본 발명에 있어서, 종래의 맥닐형 다중층 유전막 편광 빔분할기의 어려움들은 회절 또는 복굴절 구조에 기반한 고정-편광-축 빔분할기의 사용에 의해 회피된다. 이러한 편광 빔분할기를 통해, 반사 및 투과 편광 상태들은 종래의 맥닐형 편광 빔분할기의 방식으로 광의 진행 방향에 의존하지 않는다. 실제적인 문제로서, 경사 각도 편광소멸은 대부분 회피되며 콘트라스트를 향상시키기 위한 1/4파장 포일에 대한 필요성이 없다.

본 발명의 디지털 이미지 프로젝터에 있어서, 편광 빔분할기의 편광자-지지 플레이트는 프로젝터의 광학 시스템의 조명-소스 측을 마주보며, 편광 빔분할기의 편광자-지지면은 프로젝터의 광학 시스템의 반사형-편광-조절기 측을 마주본다. 결과적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 와이어-그리드 편광 빔분할기(100)는, 프로젝터의 광학 시스템의 조명-소스 측으로부터의 조명 빔(170)이 와이어 그리드(106)이 탑재되어 있는 그리드-지지 플레이트(104)의 그리드-지지면(112)에 대향하고 있는 빔분할기(100)의 그리드-지지 플레이트(104)의 일면(172)에 입사하도록 배향된다. 반사형 편광 조절기(40)는 편광 빔분할기(100)의 투명 그리드-지지 플레이트(104) 및 와이어 그리드(106)를 통한 조명 빔(170)의 투과시 조명 빔(170)으로부터 유도된 선편광 빔(174)에 의해 조명된다. 편광 조절기(40)의 조절기 면(42)으로부터 반사된 이미지 인코딩된-편광 빔(176)은 그리드-지지 플레이트(104)를 통과하지 않고편광 빔분할기(100)의 그리드-지지 플레이트(104) 상에 탑재된 와이어 그리드(106)에 직접 입사된다. 와이어 그리드(106)는, 이미지-인코딩된-편광 빔(176)을 분리하여, 그리드-지지 플레이트(104)를 통과하여 편광 빔분할기(100)로부터 멀리 떨어지게 진행하는 암-픽셀-편광-상태 편광 네거티브-이미지 운반 빔(180) 및 그리드-지지 플레이트(104)를 통해 진행하지 않고 프로젝션 렌즈 광학기구(미도시됨)로 와이어 그리드(106)에서 멀리 떨어지게 진행하는 명-픽셀-편광-상태 편광 컬러-이미지 운반 광 빔(178)이 되게 한다. 편광 빔분할기 경계에서의 와이어 그리드(106)는, 와이어 그리드가 이미징 경로 내에 존재하며 이미지-인코딩된 광 빔에 대해 동작하기 때문에, 광학적으로 편평한 것이 바람직하다. 와이어 그리드(106)를 충분히 편평하게 유지하기 위하여 그리드 지지 플레이트는 큰 두께를 가진다. 위에서 언급된 바와 같이, 두꺼운 유리 플레이트는 스트레스 복굴절이라는 문제가 생길 수 있다. 그러나, 프로젝터의 광학 시스템의 조명-소스 측을 마주보고 있는 편광 빔분할기(100)의 그리드-지지 플레이트(104)에 대한 편광 빔분할기(100)의 위치설정 때문에, 이러한 스트레스 복굴절성은 본질적으로 오직 조명 빔(170)에만 영향을 미치며 결과적으로 효율에 있어서 무시할만한 손실만을 야기한다. 반사형 편광 조절기(40)가 오프 상태일 때, 편광 빔분할기(100)의 와이어 그리드(106)로부터 지나가고 편광 조절기(40)로부터 반사된 후 와이어-그리드(106)로 되돌아오는 선편광 빔의 편광을 교란시키는 유리는 존재하지 않는다.

위에서 지적된 바와 같이, 와이어-그리드-편광자 편광 빔분할기의 상대적으로 두꺼운 경사진 그리드-지지 플레이트는 그리드-지지 플레이트를 경사진 각도로통과하는 빔에게 비점수차 및 더 적은 정도의 코마를 도입할 수 있다. 그러나, 도 6의 빔분할기 위치설정에 있어서 이러한 수차(aberrations)는 조명 경로 내에 존재한다. 조명 경로에서는 이미지 정보가 존재하지 않기 때문에 수차가 미치는 영향이 적다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 디지털 이미지 프로젝터에서의 비점수차에 대한 어떤 보상기능을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 보상기능은, 프로젝터의 조명 경로 내에 원통형 렌즈 또는 다른 비점수차 보상 부재를 삽입함으로써 제공될 수 있다. 바람직하게 이러한 비점수차 보상 부재는 시스템 동공 근처의 조명 경로 내에 배치되거나 그렇지 않으면 시스템 동공 근처나 이 동공의 중간 이미지 위치의 지연 렌즈 안에 통합될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 기술될 것이다.

이제 도 7을 참조하면, 첫번째 바람직한 디지털-이미지 프로젝터(500)는 조명-빔 소스 조립체(502)를 포함하며, 이 조립체(502)는 포물 반사체(506) 안에 위치된 고-강도 램프(504)를 포함한다. 조명-빔 소스 조립체(502)는 프로젝터를 위해 비편광된 백색-스펙트럼 광의 조명 빔을 생성시킨다. 간단하게 하기 위하여, 도 7에서 광 빔은 조명-비 소스 조립체(502)에 의해 생성된 비편광 조명 빔의 중심 광선(508)과 같은, 여러가지 빔의 중심 광선에 의해서만 나타나있다. 자외선, 적외선, 그리고 컬러-보상 필터(미도시됨)는 빔으로부터 자외선 및 적외선 주파수의 광을 제거하기 위하여 조명 빔의 경로 내에 배치되며 빔의 주파수 스펙트럼이 원하는 컬러 스펙트럼 형태를 가지도록 한다.

광-보존 빔-편광자 조립체(510)는 바람직한 디지털-이미지 프로젝터(500)에서 비편광 조명 빔(508)의 경로 내에 배치된다. 빔-편광자 조립체(510)는 이토(Itoh) 및 하시즈메(Hashizume)에게 부여된 미국특허 번호 제5,986,809호에 기술되어 있는 빔 편광자와 크게 유사한 유형인데, 그 공개문헌은 본 명세서의 미국대응출원 명세서에 참고문헌으로서 포함되어 있다. 요약하면, 빔-편광자 조립체(510)는 실질적으로 사각형 한면볼록렌즈(plano-convex lens) 엘리먼트의 사각형 어레이로 구성되는 제 1 렌즈 어레이(512)를 포함한다. 동작시, 제 1 렌즈 어레이(512)는 조명 빔(508)을 분리시켜 집속 서브빔들의 사각형 어레이로 되게 한다. 또한 빔 편광자(510)는 제 1 렌즈 어레이(512)에 의해 생성된 집속 서브빔들의 초점 평면 내에 배치된 편광-빔분할기/반-파장-플레이트 조립체(514)를 포함한다. 편광-빔분할기/반-파장-플레이트 조립체(514)는 제 2 렌즈 어레이(516)를 포함하고 길다란 편광-빔분할기-막 스트립(520)과 기다란 반사형 미러 스트립(522)의 복수의 교호 쌍들을 포함한다. 편광 빔분할기 막 스트립(520)과 반사형 미러 스트립(522) 양자 모두 조명 빔(508)의 중심 광선에 대해 수직인 방향으로 서로에 대해 선형으로 평행하게 뻗고, 이 빔(508)의 중심 광선에 대하여 실질적으로 45°로 경사져 있다. 제 2 렌즈 어레이(516)는 빔 편광자 조립체(510)의 제 1 렌즈 어레이(512)를 이루는 렌즈 엘리먼트들에 일대일로 대응하는 실질적으로 사각형인 렌즈 엘리먼트들로 이루어진 사각형 어레이를 포함한다. 제 2 렌즈 어레이(514)의 각 렌즈 엘리먼트는 제 1 렌즈 어레이(512)의 하나의 대응하는 렌즈 엘리먼트로부터 온 비편광 서브빔을 편광-빔분할기/반-파장-플레이트 조립체(514)의 편광-빔분할기-막 스트립(520)의 일부분으로 집속시킨다. 편광-빔분할기-막 스트립(520)은 비편광 서브빔을 분리시켜 두 개의 선편광 서브빔으로 되게 하는데, 선편광 서브빔 중 제 1 서브빔은 편광-빔분할기-막 스트립(520)을 통과하며 선편광 서브빔 중 제 2 서브빔은 인접하는 편광-빔분할기-막 스트립(520)으로부터 인접하는 반사형 미러 스트립(522)으로 반사된다. 이 제 1 및 제 2 편광 서브빔은 서로에 대해 본질적으로 직교하는 편광방향을 가진다. 반사형 미러 스트립(522)은, 조명 빔(508)의 빔축에 대해 실질적으로 평행한 방향을 따라 편광-빔분할기/반-파장-플레이트조립체(514)로부터의 제 2 선편광 서브빔을 반사하도록 배향된다. 각각의 편광 빔분할기 막 스트립(520)과 같은 방향으로 하나의 기다란 반-파장-플레이트 스트립(524)이 정렬된다. 편광-빔분할기-막 스트립(520)을 통과하는 제 1 선편광 서브빔은 반-파장-플레이트 스트립(524)도 역시 통과한다. 반-파장-플레이트 스트립(524)은 실질적으로 90°만큼 제 1 선편광 서브빔의 편광을 회전시켜, 반사형 미러 스트립(522)으로부터 반사된 제 2 선편광 서브빔의 편광 상태와 본질적으로 일치시킨다. 이에 의해 빔 편광자 조립체(510)는, 비편광 조명 빔(508)에서의 어떠한 구체적인 편광 상태에 대응하는 광을 실질적으로 버리지 않으면서, 비편광 조명 빔을(508)을 본질적으로 하나의 편광 상태를 가지는 선편광 서브빔 어레이로 이루어진 선편광 조명 빔(509)으로 변환시킨다.

전체적으로 한면볼록인 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(526)는, 빔-편광자 조립체(510)로부터 오는 선편광 조명 빔(509)의 경로 내에 배치된다. 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(526)는 빔 편광자 조립체(510)의 제 1 및 제 2 렌즈 어레이(512, 516)과 협력하여, 빔 편광자 조립체(510)에 의해 생성된 선편광 서브빔 어레이 내의 여러 서브빔을 집속시키고 결합시켜서, 본질적으로 사각형 단면 형상을 가지는 하나의 결합 선편광 빔으로 되게 한다. 복수의 서브빔을 하나의 결합 선편광 조명 빔으로 결합시킴에 의해, 그 결과로 생긴 조명 빔은 해당 빔의 전체 단면 영역에 걸쳐 균일한 강도를 가지는 경향이 있다. 이에 더하여, 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(526)는, 아래에서 논의된 와이어-그리드 편광 빔분할기(570)의 그리드 지지 플레이트(572)에 의해 도입된 비점수차를 보상하기 위한 원통형배율(cylindrical power)을 포함하도록 성형되는데, 이 지지 플레이트(572)는 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(526)로부터 프로젝팅된 선편광 조명 빔(509)로부터 유도되는 선편광 컬러-성분 서브빔(542R, 542G, 542B)의 경로 안에 경사 배향으로 배치되어 있다.

회전-프리즘 스위프-위치 컬러-밴드 분리 조립체(530)는 빔 편광자 조립체(510)로부터 오는 선편광 조명 빔(509)의 경로 내에 배치된다. 대체로, 회전-프리즘 스위프-위치 컬러-밴드 분리 조립체(530)는, 선편광 조명 빔을 분리시켜 평행한 적, 녹, 청 컬러-성분 서브빔으로 되게 하는 2색성 미러, 즉 측면 위치들 범위에 걸쳐 반복적으로 단방향적으로 서브빔의 진행 방향에 횡단하는 측면 위치에서 각 컬러-성분 서브빔을 스위프하는 한편 주어진 방향 및 빔 정렬에 대해 평행한 서브빔의 진행 방향을 유지시키는 3개의 회전 정사각형 프리즘을 채용하며, 측면으로 연장하는 평면 안에서 서로에 대해 평행하게 이 3개의 스위프-위치 컬러-성분 서브빔을 정렬시키고 또한 각각의 서브빔에 대해 인접한 서브빔 사이에 측면 중첩을 방지하도록 충분히 좁은 측면 밴드 폭을 가진 밴드-유사 단면 형태를 제공하는 릴레이 광학기구를 채용한다.

회전 프리즘 스위프-위치 컬러-밴드 분리 조립체(530)는 얀센(Janssen)에게 부여된 미국특허 번호 제5,410,370호에 개시되어 있는 회전 프리즘 조립체와 대체로 유사하며, 그 명세서는 본 출원의 미국대응 특허출원의 명세서에 참고문헌으로서 포함되어 있다. 대안적인 회전-프리즘 스위치-위치 컬러 밴드 분리 조립체(530')가 도 8 및 도 9에 예시되는데, 이 조립체(530')는 도 7에 예시된 회전-프리즘 스위프-위치 컬러 밴드 분리 조립체(530)와 본질적으로 기능적으로 동일하다. 대안적인 컬러-밴드 분리 조립체(530')는 아래에서 상세하게 기술될 것이다. 그후 도 8 및 도 9의 대안적인 회전 프리즘 스위프 위치 컬러 밴드 분리 조립체(530')와 도 7의 회전 프리즘 스위프 위치 컬러 밴드 분리자 조립체(530)의 차이점들이 인식될 것이다.

이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 회전-프리즘 스위프-위치 컬러-밴드 분리 조립체(530')는, 적색-성분 정사각형 프리즘(552'R), 녹색-성분 정사각형 프리즘(552'G) 및 청색-성분 정사각형 프리즘(552'B)을 포함하는 회전 프리즘 조립체(550)를 포함한다. 각각의 적색, 녹색 및 청색-성분 정사각형 프리즘은 정사각형 단면을 가진 사각형 입방체(rectangular solid)이다. 3개의 정사각형 프리즘(552'R, 552'G, 552'B)은 3 프리즘의 중심 축이 정렬된 상태에서 하나의 위에 다른 하나가 적층되어 있다. 인접 프리즘은 실질적으로 30°만큼 중심 축을 중심으로 다른 프리즘에 대해 회전 오프셋되어 있다. 프리즘 조립체의 3개의 정사각형 프리즘(552'R, 552'G, 552'B)는 구동 모터(미도시됨)에 의해 중심 축을 중심으로 회전된다.

도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 디지털-이미지 프로젝터(500)의 회전-프리즘 스위프-위치 컬러-밴드 분리 조립체(530)는, 선편광 조명 빔(509)의 진행 방향을 따라 간격을 가지고 떨어져 있고 이 조명 빔(509)의 진행 방향에 대하여 본직적으로 45°로 배향되어 있는, 적색-반사형/청색-녹색-투과형 2색성 미러(532), 녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(538), 및 빔 리디렉션 미러(554')를 포함한다.적색-반사형/청색-녹색-투과형 2색성 미러(532)는 입사 조명 빔(509)의 적색 컬러 성분 서브빔(540R)을 입사 조명 빔(509)의 진행 방향에 대해 본질적으로 수직인 방향으로 반사시키고 청색-녹색 성분 서브빔(540GB)을 입력 조명 빔(509)의 진행 방향으로 투과시킨다.

적색-반사형/청색-녹색-투과형 2색성 미러(532)에 후속하는 적색 컬러 성분 서브빔(540R)의 경로 내의 적색-성분 한면볼록 렌즈(528R)와 적색-반사형/청색-녹색-투과형 2색성 미러(532)에 후속하는 청색-녹색 성분 서브빔(540GB)의 경로 내의 본질적으로 동일한 청색-녹색-성분 한면볼록 렌즈(528GB)는, 반사형 편광 조절기 상에 최종 스위프 위치 선편광 컬러 성분 서브빔을 집속시키기 위한 릴레이 광학기구이다.

녹색-방사형/청색-투과형 2색성 미러(538)는, 입사 청색-녹색 성분 서브빔(540GB)에 대해 수직인 방향을 따라 청색-녹색 성분 서브빔(540GB)의 녹색 성분 서브빔(540G)을 반사시키고, 청색-녹색 성분 서브빔(540GB)에 대해 평행한 방향을 따라 청색-성분 서브빔(540B)을 투과시킨다.

도 9에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 적색-반사형/청색-녹색-투과형 2색성 미러(532)로부터 오는 적색 성분 서브빔(540R)은, 렌즈(528R)을 통해, 예시된 회전 프리즘 조립체(550)의 구체적인 대표 회전 각으로 적색-성분 정사각형 프리즘(552'R)의 제 1 평면 상으로 집속된다. 일반적으로, 편평한 전면 및 후면이 평행하고 공기중의 굴절지수보다 더 큰 굴절지수를 남기는 투명 물질의 전면에 0이 아닌 입사각으로 입사하는 공기 중의 광 빔은 상기 전면을 들어가자 마자 굴절되어, 상기 전면에서 법선에 입사각보다 더 가까운, 물질 내를 통과하는 굴절각을 이룬다. 물질 블록의 후면으로 출사될 때, 빔은 굴절되어 출사각이 원래의 입사각과 동일하게 된다. 최종 결과는, 출사 빔은 입사 빔과 평행한 방향으로 진행하지만 굴절각에 의해 결정되는 방향으로 물질의 두께를 통해 진행한 것을 고려하도록 위치에서 오프셋되어 있다는 것이다. 따라서, 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 예시된 회전 프리즘 조립체(550)의 대표 회전각에서, 입사 적색 성분 서브빔(540R)은 적색-성분 정사각형 프리즘(552'R)의 제 1 면에 충돌하고, 프리즘의 제 1 면에 대해 임의의 굴절각에서 프리즘을 통과하며, 입사 적색 성분 서브빔(540R)에서부터 위치가 측면으로 오프셋된, 적색-성분 스위프-위치 서브빔(542R)으로서 프리즘의 반대면으로부터 출사한다. 녹색 성분 서브빔(540G)은 녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(538)로부터 녹색-성분 정사각형 프리즘(552'G)의 일면으로 반사된다. 입사 녹색-성분 서브빔(540G)이 도 8에 도시된 구체적인 회전각에서 수직 입사로 녹색 성분 정사각형 프리즘(552'G)의 상기 일면에 충돌하기 때문에, 녹색-성분 서브빔(540G)은 프리즘을 통과하여 입사 녹색-성분 서브빔(540G)의 중심 광선과 일치하는 중심 광선을 가지는 녹색-성분 스위프-위치 서브빔(542G)으로서 출사한다. 청색 성분 서브빔(540B)은 녹색-반사형/청색-투과형 미러(538)를 통해 투과되고 빔 리디렉션 미러(554')에 의해 리디렉션되어 청색-성분 정사각형 프리즘(552'B)에 충돌하게 된다. 도 8 및 도 9에 예시된 회전 프리즘 조립체(550)의 구체적인 회전각에서, 입사 청색 성분 서브빔(540B)은 청색 성분 프리즘의 일면에서 굴절되고 입사 청색 성분 서브빔(540B)에서 위치가 측면으로 오프셋되어 있는 청색-성분 스위프-위치 서브빔(542B)으로서 출사한다.

도 9를 다시 참조하면, 적색-성분 스위프-위치 서브빔(542R)은 적색-성분 한면볼록 릴레이 렌즈(544R)를 통과하고 빔 리디렉션 미러(556')에 의해 녹색-반사형/적색-투과형 2색성 미러(558)를 향해 반사된다. 적색-성분 스위프-위치 서브빔(542R)은 녹색-반사형/적색-투과형 2색성 미러(558)을 통과하여 적색-녹색-성분 양면볼록(biconvex) 릴레이 렌즈(560RG)에 의해 집속되며, 적색-녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(562) 상으로 향해진다. 적색-성분 스위프-위치 서브빔(542R)은 적색-녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(562)에 의해 반사되고 3-스위프-서브빔 한면볼록 릴레이 렌즈(566)을 통과하게 향해진다. 녹색-성분 스위프-위치 서브빔(542G)은 녹색-성분 한면볼록 릴레이 렌즈(544G)를 통과하고 녹색-반사형/적색-투과형 2색성 미러(558) 상에 충돌하는데, 이 미러(558)에서 상기 서브빔(542G)은 적색-녹색-성분 양면볼록 릴레이 렌즈(560RG)을 통해 적색-녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(562)로 향하도록 반사된다. 녹색-성분 스위프-위치 서브빔(542G)은 적색-녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(562)에 의해 반사되고 3-스위프-서브빔 한면볼록 릴레이 렌즈(566)를 통과하게 향해진다. 도 9에 도시된 바와 같이, 청색-성분 스위프-위치 서브빔(542B)는 청색-성분 한면볼록 릴레이 렌즈(544B) 및 청색-성분 양면볼록 릴레이 렌즈(560B)를 통과하고 그후 차례로 적색-녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(562) 및 3-스위프-서브빔 한면볼록 렌즈(566)를 통과한다.

도 7과 도 8 및 도 9의 회전-프리즘 스위프 위치 밴드 분리 조립체(530,530') 사이의 차이점을 고려하면, 적색, 녹색 및 청색-성분 정사각형 프리즘(552R, 552G, 552B)은 도 7의 밴드 분리 조립체(530)에 있어서는 간격을 가지고 측면으로 떨어져 있게 도시된 반면에, 도 8 및 도 9의 밴드 분리 조립체(530')에서는 수직으로 적층되게 도시된다. 빔 리디렉션 미러(554' 및 556')은, 도 9의 빔 리디렉션 미러(554', 556')의 위치로부터, 도 7에서 옮겨져 있다.

도 7의 회전 프리즘 스위프 위치 컬러 밴드 분리 조립체(530)에 있어서, 적색, 녹색, 및 청색-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)은 적색-녹색-반사형/청색-투과형 2색성 미러(562)를 떠날때 서로에 대해 상대적인 측방향으로 변위된다. 3개의 정사각형 프리즘(552R, 552G, 552B)을 이 프리즘의 각각의 중심축을 중심으로 동기적으로 회전시키는 것에 의해, 각각의 적색, 녹색, 및 청색-성분 스위프-위치 서브빔의 측면 위치가, 제 1 측면 한계 지점에서부터 제 2 측면 한계 지점으로 측방향 이동되며 그후 상기 측방향 이동을 반복하도록 제 1 측면 한계 위치에서 다시 나타나게 된다. 프리즘 조립체(550)의 적색, 녹색, 및 청색-성분 정사각형 프리즘(552R, 552G, 552B)의 실질적으로 30°의 상대적인 각도 오프셋 때문에, 적색, 녹색, 및 청색-성분 스위프 위치 서브 빔(542R, 542G, 542B)은 프리즘 조립체의 회전에 의해 생성된 반복적인 측면 변환을 수행하는 때마다 서로에 대해 상대적으로 측방향으로 변위된다. 위에서 언급된 바와 같이, 빔 편광 조립체(510)의 제 1 및 제 2 렌즈 어레이(512, 516) 및 한면볼록 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(526)에 의해, 적색-성분 정사각형 프리즘(552R)로부터 출사하는 적색-성분 스위프-위치 서브빔(542R)이, 서브빔이 스위프되는 방향에 대해 수직인 방향으로 길다란 일반적으로 사각형의 밴드-유사 단면 형상을 가지게 된다. 마찬가지로, 녹색-성분 스위프-위치 서브빔(542G) 및 청색-성분 스위프-위치 서브빔(542B)은 본질적으로 동일한 일반적으로 사각형의 밴드-유사 단면 형상을 가진다. 스위핑 방향에서 3개의 성분 서브빔 각각의 단면 폭은, 3개의 서브빔이 변환 사이클 동안에 스위프되는 임의의 순간에 공간적으로 중첩되지 않도록 각각의 인접 컬러-성분 서브빔 쌍 사이에 비-조명 측면 갭이 제공될 정도로, 충분히 좁다.

도 7을 다시 참조하면, 3개의 측방향으로 변위된 적색, 녹색, 및 청색 성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)은, 빔-편광자 조립체(510)에 의해 생성된 빔의 편광의 명목상의 방향에 대해 평행한 배향의 선편광 광을 통과시키도록 배향된, 3-스위프-서브빔 한면볼록 릴레이 렌즈(566) 및 트리밍 시트 편광자(568)를 통과한다.

와이어-그리드 편광 빔분할기(570)는 적색, 녹색, 및 청색 성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)의 경로 내에 배치된다. 와이어-그리드 편광 빔분할기(570)는 그리드-지지 플레이트(572)와 이 지지 플레이트(572)의 그리드-지지면(576) 상에 탑재된 와이어 그리드(574)를 포함한다. 지지 플레이트(572)의 그리드-지지면(576)은 본질적으로 광학적으로 편평하다. 와이어-그리드 편광 빔분할기(570)는 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)의 진행 방향에 대해서 본질적으로 45°로 그리고 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)의 스위프 방향에 대하여 본질적으로 45°로 배향된다. 와이어 그리드(574)의 와이어들은 도 7의 종이면에 대해 수직으로 뻗어있다. 지지 플레이트(572)의 면(576) 상에있는 와이어 그리드(574)는 3-스위프-서브빔 한면볼록 렌즈(566)와 트리밍 편광자(568)로부터 오는 조명 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)의 진행 방향에서 먼쪽에서 면하고 있다. 편광 빔분할기(570)에 입사하는 선편광 컬러 성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)의 E-필드의 방향은, 서브빔이 와이어 그리드를 통과하는 것을 허용하기 위하여, 와이어 그리드(574)의 평행한 와이어들의 선형적인 연장 방향에 대해 실질적으로 수직하게 배향된다.

반사형 편광 조절기(580)는 편광 조절기 면(582)이 편광 빔분할기(570)를 마주보게 배치된다. 반사형 편광 조절기(590)는, 편광 조절기(580)에 인가된 이미지 인코딩 신호에 따라 편광 조절기 면(582) 상에 떨어지는 선편광 광을 반사하고 그 편광을 공간적으로 조절하도록 적응된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542, 542G, 542B)으로 편광 조절기 면(582)을 조명하는 것은, 서브빔의 단면 형상의 결과로서 편광 조절기 면(582) 상에 대응하는 컬러(543R, 543G, 543B)의 밴드를 생성시킨다. 얀센의 미국특허번호 제5,410,370호에서 설명된 바와 같이, 원하는 컬러 이미지의 적색, 녹색, 및 청색-성분 밴드-부분을 인코딩하는 신호는, 정사각형 프리즘(552R, 552G, 552B)의 회전 및 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)에 의해 생성되는 편광 조절기 면(582)을 가로지르는 적색, 녹색, 및 청색 컬러 밴드(543R, 543G, 543B)의 스위핑에 동기화되어 편광 조절기(580)에 인가됨으로써, 각각의 순간에 각각의 컬러-성분 서브빔은 해당 순간에 상기 원하는 이미지의 대응하는 밴드-부분의 대응하는 컬러 성분으로 공간적으로 편광 조절된다. 임의의 주어진 순간에, 편광 조절기(580)의 편광 조절기 면(582)은선편광 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)에 의해 생성된 3개의 평행한 적색, 녹색, 및 청색 컬러 밴드(543R, 543G, 543B) 모두에 의해 조명되지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 임의의 한 밴드는 대응하는 컬러-성분 서브빔이 제 2 측면 한계 위치(546)에서부터 제 1 측면 한계 위치(548)로 되돌아 갈 때 2개의 부분으로 분리될 수 있다. 3 개의 밴드 중 구체적인 하나의 밴드에 의해 조명되는 편광 조절기 면(582)의 부분은, 편광 조절기(580)에 인가된 이미지 인코딩 신호에 의해 구동되어, 원하는 최종 이미지의 대응하는 컬러 성분 이미지에 따라 이러한 밴드를 생성하는 선편광 컬러-성분 스위프-위치 서브빔을 공간적으로 조절한다. 각각의 인접 컬러-성분 밴드 쌍 사이에 제공되는 비-조명 갭(549)은, 편광-조절기 면 상의 픽셀 영역으로 하여금 떠나는 밴드의 컬러-성분 이미지에 대응하는 편광 활성 상태로부터 도착하는 밴드의 컬러-성분 이미지에 대응하는 편광 활성 상태로 전환될 수 있게하는 설정 시간을 제공한다. 임의의 주어진 컬러 밴드가 편광 조절기 면(582)을 가로질러 스위핑할 때, 편광 조절기(580)는 해당 밴드에 의해 조명된 대응하는 컬러 성분 이미지의 부분에 따른 해당 밴드 영역 내의 픽셀 영역을 활성화시키도록 구동된다. 결과적으로 편광 조절기(580)는 하나의 단일 컬러 성분에 대해 전용으로 사용되는 하나의 편광 조절기의 속도보다 대략 3 배의 속도로 이미지 인코딩 신호에 의해 구동되어야만 한다.

구체적인 컬러로 조명되지 않은 채 유지될 프로젝팅된 이미지 내의 픽셀 위치에 대응하는 편광 조절기면(582) 상의 임의의 픽셀 영역은, 해당 영역 상에 떨어지는 선편광 광의 편광을 능동적으로 변경시키지 않는 편광-활동 상태로 설정된다.구체적인 컬러 성분으로 조명되어질 프로젝팅된 이미지 내의 픽셀 위치에 대응하는 편광 조절기면(582) 상의 픽셀 영역은, 원하는 조명도에 대응하는 정도까지 해당 픽셀 영역 상에 떨어지는 선편광 광의 편광을 능동적으로 회전시키는 편광-활동 상태로 구동된다. 편광 조절기(580)의 편광 조절기 면(582)의 일 부분을 조명하는 각각의 입사 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(542R, 542G, 542B)에 있어서, 공간적으로 선택적으로 편광 조절된 컬러-성분 스위프-위치 서브빔은 편광 조절기 면(582)에 의해 편광 빔분할기(570)을 향해 되돌아 반사된다. 편광 방향이 반사형 편광 조절기(580)에 의해 변화되지 않았던 각각의 이러한 조절기-반사 스위프-위치 서브빔의 성분들은, 선편광되어 와이어-그리드 편광 빔분할기(570)의 와이어들의 방향에 대해 수직한 방향인 E-필드를 가지게 되고 결과적으로 편광 빔분할기를 통과하여 조명 빔 소스 조립체(502)를 향해 되돌아 진행한다. 편광이 반사형 편광 조절기(580)에 의해 어느 정도 회전되었던 각각의 이러한 조절기-반사 컬러-성분 스위프-위치 서브빔의 성분들은, 부분적으로 그리드의 와이어들의 방향에 대해 평행한 방향인 E-필드 성분을 가지며 부분적으로는 와이어-그리드 편광 빔분할기(570)에 의해 반사되어 대응하는 빔분할기-반사 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(594R, 594G, 594B)을 형성한다.

프로젝션-렌즈 조립체(590)는 편광 빔분할기(570)로부터 반사된 광을 차단하여 수광하도록 배치된 프로젝션-렌즈 입력 포트(592)를 가진다. 트리밍 분석기 시트 편광자(593)는 프로젝션-렌즈 입력 포트(592)와 와이어 그리드 편광 빔분할기(570) 사이에 위치된다. 3개의 빔분할기-반사 컬러-성분 스위프-위치 서브빔(594R, 594G, 594B) 각각은 실질적으로, 원하는 이미지의 하나의 컬러 성분을 운반하는 하나의 명-픽셀-편광-상태 선편광 컬러 성분 서브빔을 구성한다. 프로젝션 렌즈 조립체(590)는, 이 3 개의 명-픽셀-편광-상태 컬러-성분 서브빔을 볼 수 있도록 디스플레이 스크린(미도시됨) 상에 프로젝팅한다. 3 개의 서브빔의 반복 주사 속도는, 인간 시청자에게, 프로젝팅된 이미지가 완전하고 전체-컬러가 있는 이미지로 나타나게 하기에 충분히 높다. 편광 빔분할기(570)의 그리드-지지 플레이트(572)의 그리드-지지면(576)의 광학적 편평성 및 편광 조절기면(582)에서 나온 명-픽셀-편광-상태 컬러 성분 서브빔(594R, 594G, 594B)이 투명 빔-지지 플레이트(572)를 통과하지 않고 프로젝션 렌즈(590)의 광학 입력 포트(592) 안으로 직접 반사되도록 하는 그리드-지지면(576)의 배향은, 프로젝팅된 이미지의 높은 공간 해상도를 보장하는 경향이 있다.

이제 도 11을 참조하면, 두번째 바람직한 디지털-이미지 프로젝터(400)는, 프로젝터를 위한 비편광 백색-스펙트럼 광의 조명 빔(408)을 형성하는 고-강도 램프(404) 및 포물 반사체(406)를 포함하는 조명-빔 소스 조립체(402)를 포함한다. 자외선, 적외선, 그리고 스펙트럼 노치 필터 조립체(407)는 빔으로부터 자외선 및 적외선 주파수의 광을 제거하기 위하여 조명 빔(408)의 경로 내에 배치되며 빔의 주파수 스펙트럼이 원하는 컬러 스펙트럼 형태를 가지도록 한다.

광-보존 빔-편광자 조립체(410)는, 이토(Itoh) 및 하시즈메(Hashizume)에게 부여된 미국특허 번호 제5,986,809호에 기술되어 있는 빔 편광자와 크게 유사한 유형의 비편광 조명 빔(408)의 경로 내에 배치된다. 빔-편광자 조립체(410)는 실질적으로 사각형 한면볼록렌즈(plano-convex lens) 엘리먼트의 사각형 어레이로 구성되는 제 1 렌즈 어레이(412) 및 제 1 렌즈 어레이(412)에 의해 생성된 집속 서브빔들의 초점 평면 내에 배치된 편광-빔분할기/반-파장-플레이트 조립체(414)를 포함한다. 편광-빔분할기/반-파장-플레이트 조립체(414)는 제 2 렌즈 어레이(416)를 포함하고, 조명 빔(408)의 중심 광선에 대해 수직인 방향으로 서로에 대해 선형으로 평행하게 뻗고, 이 빔(408)의 중심 광선에 대하여 실질적으로 45°로 경사져 있는 길다란 편광-빔분할기-막 스트립(420)과 반사형 미러 스트립(422)의 복수의 교호 쌍들을 포함하며, 또한 대응하는 편광 빔분할기 막 스트립(420)과 같은 방향으로 정렬된 복수의 기다란 판-파장-플레이트 스프립(424)을 포함한다. 빔 편광자 조립체(510)와 본질적으로 기능적으로 유사한 동작은 도 7과 관련하여 위에서 논의되었다. 간결하기 하기 위하여 그 논의를 여기서 반복하지는 않을 것이다. 빔 편광자 조립체(410)는, 비편광 조명 빔(408)에서의 어떠한 구체적인 편광 상태에 대응하는 광도 실질적으로 버리지 않으면서, 비편광 조명 빔(408)을 본질적으로 하나의 편광 상태를 가지는 선편광 서브빔 어레이로 이루어진 선편광 조명 빔(409)으로 변환시킨다.

전체적으로 한면볼록인 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(426)는, 선편광 조명 빔(409)의 경로 내에 배치되고, 빔 편광자 조립체(410)에 의해 생성된 선편광 서브빔 어레이 내의 여러 서브빔을 집속시키고 결합시켜 하나의 결합 선편광 조명 빔으로 되게 하는데 이용된다. 복수의 서브빔을 결합 선편광 조명 빔으로 이렇게 결합시킴에 의해, 그 결과로 생긴 조명 빔은 해당 빔의 전체 단면 영역에 걸쳐 균일한강도를 가지는 경향이 있다. 이에 더하여, 빔-성형/비점수차-보상 렌즈(426)는, 아래에서 논의된 경사 그리드-지지 플레이트(472)에 의해 도입된 비점수차를 보상하기 위한 원통형 배율(cylindrical power)을 포함하도록 성형되는데, 이 플레이트(472)는 조명 빔(409)의 경로 안에 배치된다.

조명 빔 리디렉션 미러(421)는 선편광 조명 빔(409)을 반사하여 프로젝터(400)의 광학적 레이아웃이 물리적으로 소형으로 되게 한다. 한면볼록 릴레이 렌즈(466) 및 트리밍 시트 편광자(468)는 조명 빔 리디렉션 미러(421)에 후속하는 선편광 조명 빔(409)의 경로 안에 배치된다. 트리밍 편광자(468)는 빔-편광자 조립체(410)에 의해 생성된 빔의 명목상의 편광 방향에 대해 평행한 배향의 선편광 광을 통과시키도록 배향된다.

가시-스펙트럼 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)는 프로젝터의 주축(433)에 대하여 본질적으로 45°의 각도로 집속 조명 빔의 경로 안에 배치된다. 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)는 그리도-지지 플레이트(472)와 지지 플레이트(472)의 그리드-지지면(476) 상에 탑재된 와이어 그리드(474)를 포함한다. 지지 플레이트(472)의 그리드-지지면(476)은 본질적으로 광학적으로 편평하다. 지지 플레이트(472)의 지지면(476) 상의 와이어 그리드(474)는, 트리밍 편광자(468)로부터 오는 입사 선편광 조명 빔(409)의 진행방향에서 어긋나 있다. 빔-편광자 조립체(410), 트리밍 편광자(468), 및 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)의 와이어들의 선형적 연장 방향은, 조명 빔(409)이 빔분할기-투과 선편광 조명 빔(434)으로서 편광 빔분할기(470)를 통과할 수 있도록, 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)에입사하는 선편광 조명 빔(409)이 선편광되어 편광 빔분할기(470)의 와이어 그리드(474)의 와이어들의 선형적 연장 방향에 대해 수직인 방향의 E-필드를 가질 수 있도록, 서로에 대해 배향된다.

빔분할기-투과 선편광 조명 빔(434)은 일차-컬러 분리/결합 프리즘 조립체(436) 상으로 떨어진다. 원색 분리/결합 프리즘 조립체(436)는, 프리즘의 면들에 2색성 코팅을 가지는 3개의 프리즘을 포함하며, 프리즘 조립체(436) 안으로 입사하는 하나의 백색-스펙트럼 광의 빔을 적색, 녹색, 및 청색 광 각각의 성분 빔들로 분리하도록 적응된다. 이러한 원색 분리/결합 프리즘 조립체는 종래기술의 것이기 때문에, 이 프리즘 조립체는 상세하게 기술되지 않을 것이다. 일차-컬러-프리즘 분리/결합 조립체는 백색 광 입력/출력 면(437), 적색 성분-빔 출력/입력 면(438R), 녹색 성분-빔 출력/입력 면(438G) 및 청색 성분-빔 출력/입력 면(438B)을 가진다. 적색 성분 빔 출력/입력 면(438R)에 인접하여 적색 이미지 성분 반사형 액정 편광 조절기(440R)가 있다. 녹색 이미지 성분 반사형 액정 편광 조절기(440G) 및 청색 이미지 성분 반사형 액정 편광 조절기(438B)는, 각각 녹색 성분 빔 출력/입력 면(438G) 및 청색 성분 빔 출력/입력 면(440B)에 인접하여 배치된다. 각각의 적색, 녹색, 및 청색 이미지-성분 반사형 편광 조절기(440R, 440G, 440B)는, 원하는 컬러 이미지의 컬러 이미지 성분을 인코딩하고 있는 조절기에 인가된 디지털 신호에 따라, 픽셀 단위를 기초로 편광 조절기의 편광 조절기 면으로 떨어지는 선편광 빔의 편광을 공간적으로 선택적으로 조절하도록 적응된다. 이러한 반사형 액정 편광 조절기는 종래기술의 것이다.

대응하는 컬러 편광 조절기에 인가된 원하는 디지털 이미지의 하나의 구체적인 컬러 성분을 인코딩하고 있는 디지털 신호는, 상기 구체적인 컬러로 조명되지 않게 유지될 프로젝팅된 이미지 내의 영역들에 대응하는 편광 조절기 면 상의 픽셀 영역들이 이 픽셀 영역들에 수직 입사로 떨어지는 빔의 편광을 변경시키지 않는 편광 활동 상태로 설정되도록, 인코딩된다. 하나의 구체적인 컬러 성분으로 조명될 프로젝팅된 이미지 내의 영역에 대응하는 픽셀 영역은 해당 픽셀 영역 상에 떨어지는 광의 편광을 조명도에 대응하는 정도까지 회전시키는 편광 활동 상태로 구동된다. 구체적인 컬러 성분 편광 조절기(440)에 의해 형성된 공간적으로 선택적으로 편광 조절된 컬러 성분 광 빔은, 원색 프리즘 조립체(436)의 대응하는 컬러-성분 빔 출력/입력 면(438) 안으로 되돌아 반사된다. 3개의 컬러 성분 광 빔은, 각자의 개별적인 경로를 되돌아가 프리즘 조립체(436)를 통과하며, 프리즘 조립체의 백색 광 입력/출력 면(437)에서 하나의 결합된 복합 광 빔으로서 출사한다.

복합 광 빔은 백색 광 입력/출력 포트(437)로부터 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)로 진행한다. 반사형 편광 조절기(440)에 의해 편광 방향이 변화되지 않았던 복합 빔의 성분들은, 선편광되어 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)의 와이어 그리드의 와이어들의 방향에 대해 수직인 방향의 E-필드를 가지며, 결과적으로 편광 빔분할기를 통과하여 램프(402)를 향해 되돌아 진행한다. 편광이 반사형 편광 조절기(440)에 의해 회전되었던 복합 빔의 성분들은, 부분적으로 와이어 그리드의 와이어들의 방향에 대해 평행한 방향인 E-필드 성분을 가지며 부분적으로는 와이어-그리드 편광 빔분할기(570)에 의해 반사된다. 와이어-그리드 편광 빔분할기의 면에서 반사된 광은 디지털-이미지 프로젝터(400)의 프로젝션 렌즈(490)의 입력 포트(492)로 진행한다. 트리밍 편광 분석기 시트 필트(454)는 명-암 콘트라스트비를 향상시키기 위하여 와이어-그리드 편광 빔분할기(470)와 프로젝션 렌즈(490)의 입력 포트(492) 사이에 배치된다. 프로젝션 렌즈(490)는, 복합 빔의 회전된 편광 성분에 의해 운반되는 원하는 복합 이미지를, 원색 분리/결합 프리즘 조립체를 통해 디스플레이 스크린(456) 상으로 프로젝팅하여 볼 수 있게 한다. 편광 빔분할기(470)의 그리드-지지 플레이트(472)의 그리드-지지면(476)의 광학적 편평성 및 백색 광 입력/출력 면(437)에서 나온 명-픽셀-편광-상태 컬러 성분 서브빔이 투명 빔-지지 플레이트(472)를 통과하지 않고 프로젝션 렌즈(490)의 광학 입력 포트(492) 안으로 직접 반사되도록 하는 그리드-지지면(476)의 배향은, 프로젝팅된 이미지의 높은 공간 해상도를 보장하는 경향이 있다.

위에서 기술된 특정 실시예들로만 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에서 구체적으로 기술된 본 발명에 있어 본 발명의 범위 및 교시에서 벗어나지 않고도 변경이 이루어질 수 있다는 것이 인식되고, 본 발명과 일치하는 다른 실시예들과 대안적인 예들 및 변형예들을 모두 포함하는 것으로 의도된다.

본 발명은 크게는 이미지 프로젝터에 관한 것이며, 더 상세하게는 반사형 액정 디스플레이 편광 조절기(polarization modulator)에 관한 것이다.

Claims (1)

1. 조명 광 소스, 편광 조명 서브빔을 형성하기 위한 조명 빔 형성 광학기구, 상기 편광 조명 서브빔이 이미지-인코딩된 편광 서브빔으로 되도록 조절하기 위한 이미지 인코딩 편광 조절기, 및 상기 이미지 인코딩된 편광 서브빔으로부터 이미지를 프로젝팅하기 위한 프로젝션 렌즈 광학기구을 포함하는 이미지 프로젝터로서, 상기 이미지 프로젝터는 상기 조명 빔으로부터 상기 이미지 인코딩된 편광 서브빔을 분리하기 위한 플레이트-지지 표면 실장 편광 빔분할기를 더 포함하며, 여기서 상기 편광 빔분할기의 편광자 지지 플레이트는 상기 편광 빔분할기의 조명 광 소스 측을 마주보는, 이미지 프로젝터.