JP7326287B2 - 光学積層体及び偏光ビームスプリッタ - Google Patents

光学積層体及び偏光ビームスプリッタ Download PDF

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Description

偏光ビームスプリッタは、隣接するプリズムの斜辺の間に配置された反射偏光子を含んでもよい。反射偏光子は、多層ポリマーフィルムであってもよい。
本明細書のいくつかの態様では、第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を含む光学積層体が提供される。垂直入射光でありかつ少なくとも４００ｎｍ～６００ｎｍにわたる同じ所定の波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射する。第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約１０度未満である。各反射偏光子は、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む。複数のポリマー干渉層のうちの互いに最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい。
本明細書のいくつかの態様では、第１の斜辺を含む第１のプリズムと、第１の斜辺に面する第２の斜辺を含む第２のプリズムと、第１の斜辺と第２の斜辺との間に配置され第１の斜辺と第２の斜辺とに接着された光学積層体と、を含む偏光ビームスプリッタ（polarizing beam splitter；ＰＢＳ）が提供される。光学積層体は、第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を含む。垂直入射光でありかつ同じ所定の波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射する。第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約１０度未満である。各反射偏光子は、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む。複数のポリマー干渉層のうちの別のものから最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい。
本明細書のいくつかの態様では、第１の光学素子と第２の光学素子との間に配置され、第１の光学素子と第２の光学素子とに接着された光学積層体を備える光学構造体が提供される。光学積層体は、第１の光学素子に面する第１の反射偏光子であって、第２の光学素子に面する第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を含む。各反射偏光子は、短い第１の波長から長い第２の波長にわたる同じ所定の波長範囲において、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を反射する。それぞれ第１及び第２の波長を有し、反射偏光子に面する光学素子の内部から各反射偏光子に４５度で入射する一致した第１及び第２の光線がそれぞれ、反射偏光子に面する光学素子の内部で、分離距離によって互いに離隔して反射された第１及び第２の光線として、反射偏光子によって反射される。分離距離は、第１の反射偏光子についてｓ１であり、第２の反射偏光子についてｓ２であり、０＜ｓ１≦ｓ２である。
本明細書のいくつかの態様では、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を含む光学システムが提供される。ＰＢＳは、第１及び第２のポリマー反射偏光子を含む光学積層体を含む。垂直入射光でありかつ約４００ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射する。光学システムは、第２の反射偏光子に面する光源と、第１の反射偏光子に面し、光を変調するイメージャ（imager）と、を更に含む。光源によって放射され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、イメージャによって一致した経路に沿って反射され、第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線としてＰＢＳから出射する。出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である。
多層光学フィルムの概略斜視図である。 図１Ａの多層光学フィルムの一部分の概略斜視図である。 第１及び第２の反射偏光子を含む光学積層体の概略側面図である。 図２Ａの光学積層体の概略上面図である。 光学積層体の層厚さプロファイルの概略図である。 光学構造体の概略断面図である。 偏光ビームスプリッタの概略側面図である。 光学システムの概略断面図である。 光学システムの概略断面図である。 光学システムの概略断面図である。 反射偏光子１３００の概略断面図である。 反射偏光子の透過率の概略図である。 反射偏光子の反射率の概略図である。
以下の説明では、本明細書の一部を構成し、様々な実施形態が実例として示される、添付図面が参照される。図面は、必ずしも正確な比率の縮尺ではない。本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態が想到され、実施可能である点を理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、限定的な意味では解釈されないものとする。
いくつかの実施形態では、共に接着された第１及び第２の反射偏光子を含む光学積層体が提供される。第１及び第２の反射偏光子は典型的に、同じ所定の波長範囲において遮断偏光状態を反映するように構成された多層ポリマー光学フィルムである。場合によっては、反射下で、反射偏光子の一方は遮断状態の少ない漏れを有し、反射偏光子の他方は少ない色分離を有する。例えば、厚い反射偏光子（例えば、干渉層の２つ以上のパケットを有し、各パケットが、同じ所定の波長範囲にわたって遮断状態を反映するように適合されている）を使用して、遮断状態の少ない漏れをもたらすことができ、薄い反射偏光子を使用して、例えば、一致した光路に沿って反射偏光子に斜めに入射する、青色光の光路と赤色光の光路との間の分離を小さくすることができる。本明細書の光学積層体は、偏光ビームスプリッタ及びディスプレイ用途を含む様々な用途に有用である。いくつかの実施形態では、光学構造体は、２つの光学素子の間に配置され２つの光学素子に接着された、光学積層体を含む。光学素子は、例えば、プリズム又はレンズとすることができる。いくつかの実施形態では、光学積層体を含む偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が提供される。ＰＢＳは、ディスプレイ又は他の用途で使用することができる。いくつかの実施形態では、光学システムが、ＰＢＳを含み、ＰＢＳでは、厚い及び／又は遮断状態の少ない漏れを有する反射偏光子が光源に面するように、かつ薄い及び／又は小さな色収差を有する反射偏光子がイメージャに面して配置されるように、光学積層体が配置される。そのような光学システムは、例えば、ヘッドマウントディスプレイ又はピコプロジェクタに有用であることが分かっている。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される反射偏光子は、所定の波長範囲内で光を選択的に透過及び反射するように構成された、複数の光学層（例えば、干渉層）を有する多層光学フィルムとして特徴付けることができる。このようないくつかの実施形態では、光学フィルムは、異なる偏光状態の光を選択的に透過及び反射する、反射偏光子として機能する。例えば、図１Ａは、中心軸に沿って位置決めされた複数の干渉層１０２を含み、合計（Ｎ）の干渉層１０２を有する光学フィルム１００を形成する、多層光学フィルム１００の一例の概略斜視図である。図１Ｂは、交互する干渉層１０２ａ、及び１０２ｂを示す、光学フィルム１００のセグメントの概略斜視図である。図１Ａ～図１Ｂは、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向を規定する座標系を含む。
使用中、入射光１１０として描かれる光学フィルム１００の主表面（例えば、フィルム表面１０４）に入射する光は、光学フィルム１００の第１の層に入り、複数の干渉層１０２を通って伝搬することができ、入射光１１０の偏光状態に依存して、光干渉により選択反射又は透過を受ける。入射光１１０は、互いに直交する第１の偏光状態（ａ）及び第２の偏光状態（ｂ）を含んでもよい。第１の偏光状態（ａ）は、「通過」状態と考えることができ、一方で第２の偏光状態（ｂ）は、「反射」又は「遮断」状態と考えることができる。入射光１１０が複数の干渉層１０２を通って伝搬していくと、第２の偏光状態（ｂ）における光の部分は隣接する干渉層によって反射され、第２の偏光状態（ｂ）が光学フィルム１００によって反射される結果となり、一方で第１の偏光状態（ａ）における光の一部は、光学フィルム１００を全体的に通過する。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、入射光１１０の第１の偏光状態（ａ）及び第２の偏光状態（ｂ）の反射率及び透過率の観点から特徴付けることができる。例えば、光学フィルム１００を透過する所定の波長に対する入射光１１０の量は、第１の偏光状態（ａ）に対する光透過率（Ｔａ）のパーセント、及び第２の偏光状態（ｂ）に対する光透過率（Ｔｂ）のパーセントとして表すことができる。光学フィルム１００によって反射される所定の波長範囲に対する入射光１１０の量は、第１の偏光状態（ａ）に対する光反射率（Ｒａ）のパーセント、及び第２の偏光状態（ｂ）に対する光反射率（Ｒｂ）の光パーセントとして表すことができる。所与の光学フィルムについて、透過率、反射率、及び損失、例えば吸収による損失の総和は、所定の波長範囲内の光に対して１００％となる。いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、所定の波長範囲内の光に対して比較的低い吸光度を有してもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルム１００による入射光１１０の比較的低い吸光度により、光学フィルム１００内で発生する熱を少なくすることができ、全体としてより効率的な反射フィルムをもたらし得る。
所定の波長範囲は、任意の好適な波長範囲であってもよく、例えば、可視光（例えば、約４００ｎｍ～７００ｎｍ）、ある範囲の可視光（例えば、約４００ｎｍ又は約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍ又は約７００ｎｍ）、近赤外線（例えば、約８００ｎｍ～１３００ｎｍ）、液晶ディスプレイのバックライトなどの光源の出力に基づく範囲（例えば、４２５～６７５ｎｍ）、及び垂直入射以外で所望の帯域幅を提供することに基づく範囲（例えば、４００ｎｍ又は４５０ｎｍ～１０００ｎｍ又は～１０５０ｎｍ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、２つ以上の所定の波長範囲、例えば可視光及び近赤外線の、異なる偏光状態の光を透過及び反射するように構成されてもよい。例えば、所定の波長範囲は、約４３０ｎｍ～約４６５ｎｍの第１の範囲、約４９０ｎｍ～約５５５ｎｍの第２の範囲、及び約６００ｎｍ～約６６５ｎｍの第３の範囲を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、本明細書の他の箇所で更に記載されるように、各々が複数の干渉層を含む多数のパケットを含んでよく、各パケットは、異なる所定の波長範囲に向けられてもよく、同じ所定の波長範囲に向けられてもよい。
いくつかの実施形態では、干渉層は、一連の２層単位セル又は光学繰り返し単位として特徴付けることができる。各単位セルの厚さは、所定の波長範囲内の目標波長を反射するように構成されてもよい。いくつかの例では、単位セルに対する反射率の中心波長は、２層単位セルの光学厚さの２倍に相当する。したがって、所定の波長範囲（例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍ）を反射するために、パケット内の単位セルは、左帯域端から右帯域端までの波長をカバーするために異なる厚さを有するであろう。層の光学厚さは、層の物理的厚さに層の屈折率を乗じたものを指す。遮断軸に沿った偏光を反射し、直交する通過軸に沿った偏光を透過させるように構成された光学フィルムの場合、光学厚さを決定するのに使用される屈折率は、遮断軸に沿った屈折率である。光学繰り返し単位内の２つの層は、等しい又はほぼ等しい光学厚さを有してもよい。いくつかの場合では、光学繰り返し単位については、層の対における高屈折率層の光学厚さを、層の対の総光学厚さで除算しての、「ｆ比」の観点から特徴付けることが有用である。いくつかの実施形態では、「ｆ比」は、約０．５である。０．５のｆ比は、これにより干渉層の光学フィルム又はパケットの１次（一次）反射帯域の反射出力が最大化されるため、好ましい場合がある。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、約１２００（Ｎ）未満の干渉層１０２を含み、各干渉層１０２は、主に光干渉によって入射光１１０を反射又は透過する。いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、約１０００未満、又は約８００未満、又は約６００未満、又は約３００未満の、干渉層１０２を含む。１２００以上の干渉層１０２が光学フィルム１００に含まれてもよく、他方、いくつかの場合では、ディスプレイアセンブリ（例えば、ＬＣＤディスプレイ）の、全体の厚さを減少させることが多くの用途において好ましいことから、フィルムの全体の厚さを減少させるために、より少ない総層を使用して所望の光学性能を得ることが望ましい場合がある。加えて、又はあるいは、干渉層１０２の総数が少ないことにより、製造プロセスにおける複雑性を軽減するだけでなく、ばらつき（例えば、遮断又は通過状態におけるスペクトル変動）が出る可能性を低減し、又は最終の光学フィルムにおける製造誤差（例えば、層同士の間の偏光解消による遮断状態透過率の増加、通過状態透過率の減少）を低減することができる。いくつかの実施形態では、遮断状態の漏れを少なくすることが望ましい場合、より多くの数の干渉層１０２を含むことが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、干渉層１０２の総数Ｎは、約５０超、又は約１００超、又は約１５０超、又は約２００超である。いくつかの実施形態では、光学積層体が、第１及び第２の光学フィルム１００を含む。各光学フィルムは、これらの範囲のいずれかにある総数Ｎの干渉層を有してもよい。いくつかの実施形態では、第１の光学フィルムは、第２の光学フィルムよりも少ない総数の干渉層を有する。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、所定の波長範囲及び所定の入射角（入射光線と面法線との間の角度、例えば、０度が垂直入射に対応する）の入射光１１０に対して、第１の偏光状態（ａ）に対して約８０％を超える平均光透過率（Ｔａ）、直交する第２の偏光状態（ｂ）に対して約９０％を超える平均光反射率（Ｒｂ）、場合によっては、第２の偏光状態（ｂ）に対して約５％未満の平均光透過率（Ｔｂ）を有する。いくつかの実施形態では、Ｔａは、約８０％超、又は約８５％超、又は約８７％超、又は約８９％超である。いくつかの実施形態では、Ｒｂは、約９０％超、又は約９５％超、又は約９６％超、又は約９７％超、又は約９８％超である。いくつかの実施形態では、Ｔｂは、約５％未満、又は約４％未満、又は約３％未満、又は約２％未満、又は約１％未満、又は約０．５％未満、又は約０．３％未満、又は約０．２％未満、又は約０．１％未満、又は約０．０５％未満、又は約０．０４％未満、又は約０．０３％未満、又は約０．０２％未満、又は約０．０１％未満である。いくつかの実施形態では、所望のＴａ、Ｔｂ、及びＲｂは、約５０超又は約１００超、かつ約１２００未満、又は約６００未満、又は約３００未満の総干渉層１０２を、光学フィルム１００内又は光学フィルム１００に含まれる光学パケット内で使用して得られる。比較的少数の層による高Ｒｂ（例えば、約９０％超）及び低Ｔｂ（例えば、約５％未満）は、第２の偏光状態を有する光に対して、隣接する干渉層間の屈折率差が小さくなり（例えば０．００８未満）、第１の偏光状態を有する光に対して、隣接する干渉層の間の屈折率差が大きくなる（例えば、約０．２超）ように、干渉層の材料を選択し、かつフィルムの延伸比を制御することによって得ることができる。屈折率すなわち屈折の率は、波長が指定されていない場合、５５０ｎｍの波長での屈折率と見なしてもよい。
いくつかの実施形態では、第１及び第２のポリマー反射偏光子を含む光学積層体が提供され、一方又は両方の反射偏光子が光学フィルム１００に対応する。第１及び第２の反射偏光子は、同じ所定の波長範囲に対して、光学フィルム１００について記載された範囲のいずれかにあるＴａ、Ｔｂ、及びＲｂを有してもよい。いくつかの実施形態では、第２の反射偏光子は、第１の反射偏光子よりも高いコントラスト比（Ｔａ／Ｔｂ）を有する。これは、第１の反射偏光子よりも大きな数Ｎの干渉層１０２を第２の反射偏光子に使用することによって得ることができる、少ない漏れ（より低いＴｂ）を有することの結果であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の反射偏光子は、第２の反射偏光子よりも実質的に（例えば、少なくとも２０％）薄い。
光学フィルムの透過率は、一般的に、透過光の強度を入射光の強度によって除算したもの（所与の波長、入射方向などの光についてのもの）を指すが、「外部透過率」又は「内部透過率」という用語で表されることもある。光学フィルムの外部透過率が光学フィルムの透過率となるのは、周囲が空気であり、かつ要素の前方の空気／要素界面のフレネル反射に対して、又は要素の後方の要素／空気界面のフレネル反射に対していかなる補正もされない場合である。光学フィルムの内部透過率がそのフィルムの透過率となるのは、その前方表面及び後方表面のフレネル反射が除かれた場合である。前方及び後方のフレネル反射を除くことは、計算によって（例えば、適切な関数を外部透過スペクトルから引き算することによって）、又は実験によってのいずれかで行うことができる。多くのタイプのポリマー及びガラス材料では、フレネル反射は、２つの外部表面の各々で約４～６％（法線入射角又はほぼ法線入射角に対して）であり、これにより、外部透過率が、内部透過率と比べ約１０％下方にシフトする。本明細書で内部又は外部を指定せずに透過率に言及する場合、文脈により特に明記しない限り、透過率は、外部透過率を指すものと見なしてもよい。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００の干渉層１０２は、異なる屈折率の特性を示す２つの異なるポリマー材料の交互する層（例えば、図１Ｂに描いたＡ及びＢ）を含む。図１Ｂに示すように、光学フィルム１００は、材料「（Ａ）」及び材料「（Ｂ）」と呼ばれる異なる光学材料の交互する層（例えば、ＡＢＡＢＡ．．．）を含む。本明細書の他の箇所で更に記載されるように、２つの異なる材料の様々な層は、共に接着される多数の光学層１０２（ＡＢＡＢＡ．．．）を形成するために、層が共に押し出される押出／ラミネーションプロセスによって形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、押出プロセス中、光学層１０２は、フィルムの様々な干渉特性を付与するために延伸されてもよい。例えば、Ａ及びＢの光学材料の層は、１つの軸（例えば、Ｘ軸）に沿って延伸されてもよく（例えば、５：１の比又は６：１の比で）、直交軸（例えば、Ｙ軸）に沿ってはあまり延伸されなくてもよい。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った屈折率は、Ａの層又はＢの層のいずれかについて、それぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚと表記される。また、屈折率は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿ってそれぞれ、Ａの層及びＢの層についてそれぞれ、ｎ１ｘ，ｎ１ｙ，ｎ１ｚ、及びｎ２ｘ，ｎ２ｙ，ｎ２ｚとして表記されることもある。
Ａの層及びＢの層を形成するために使用される光学材料の選択は、延伸プロセスの結果としてフィルムに特定の光学特性を付与するように選択されてもよい。例えば、光学層１０２ｂを形成する（Ｂ）材料は、延伸プロセスによって実質的に変更されない公称屈折率（例えば、１．５～１．６のｎ２）を有してもよい。このように、ｘ方向及びｙ方向（ｎ２ｘ及びｎ２ｙ）の両方に対する「Ｂ」の層１０２ｂの屈折率は、延伸プロセス後に両方向に対して実質的に同じであってもよく、また厚さ方向に対する屈折率（ｎ２ｚ）と実質的に同じであってもよい。それに対して、光学層１０２ａを形成する（Ａ）材料は、延伸プロセスにより変化する屈折率を有してもよい。例えば、（Ａ）材料の一軸延伸層１０２ａは、Ｘ軸又は延伸方向１２０において高い屈折率を有してもよく（例えば、１．８≦ｎ１ｘ≦１．９）、Ｙ軸又は非延伸軸／方向１２２に関連する異なる屈折率を有してもよく（例えば、１．５≦ｎ１ｙ≦１．６）、これは厚さ方向における屈折率（例えば１．５≦ｎ１ｚ≦１．６）と実質的に等しくてもよい。いくつかの実施形態では、ｎ１ｙとｎ１ｚとの間の差の絶対値は０．００８未満であり、ｎ１ｘとｎ１ｙとの差は約０．２より大きい。延伸方向における屈折率が高くなるため、材料（Ａ）を含む層１０２ａは、高屈折率（ＨＩＲ）層１０２ａと考えてもよく、一方で材料（Ｂ）を含む干渉層１０２ｂは、低屈折率（ＬＩＲ）層１０２ｂと考えてもよい。いくつかの実施形態では、ｎ２ｙとｎ２ｚとの間の差の絶対値は、０．００５未満である。いくつかの実施形態では、ｎ２ｘ，ｎ２ｙ，及びｎ２ｚの各々が、１．５～１．６である。いくつかの例では、交互するＡＢ層の屈折率は、適切な材料選択及び加工条件によって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、層１０２の光学特性は、光学フィルム１００を、非延伸軸１２２に対して配向された所定の波長範囲内で、入射光１１０の第１の偏光状態（ａ）成分を実質的に透過させる反射偏光子として作用させ、一方で、延伸軸１２０は、所定の波長範囲内の第２の偏光状態（ｂ）における入射光１１０の成分が、光干渉を通して実質的に反射される反射軸に対応するであろう。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、延伸軸１２０に沿った交互するＨＩＲ層１０２ａとＬＩＲ層１０２ｂとの間の屈折率の差（すなわち、Δｎｘ＝ｎ１ｘ－ｎ２ｘ）により特徴付けることができる。そのようないくつかの実施形態では、非延伸軸１２２に沿った交互するＨＩＲ層１０２ａとＬＩＲ層１０２ｂとの間の屈折率は、非延伸軸１２２における屈折率の差（すなわち、Δｎｙ＝ｎ１ｙ－ｎ２ｙ）が約０．０（例えば、約０．０２未満、約０．０１未満、又は約０．００５未満の｜Δｎｙ｜）であるように、実質的に同じであってもよい。いくつかの例では、ＨＩＲ層１０２ａとＬＩＲ層１０２ｂとの間のΔｎｘを増加させることで（例えば、材料の選択、及び／又はフィルムの一軸配向の制御によって）、同じ光学的パワーを有する、より低いΔｎｘを有する光学フィルムと比較して、より少ない総数の干渉層を使用して、所与の波長範囲に対する偏光が十分に透過／反射可能になる。
好ましくは、各層１０２のＸ軸が各層についてＸ－Ｙ平面内の最大屈折率を得るための方向を表すように、干渉層１０２それぞれの延伸方向／軸は、実質的に整列される（例えば、整列されるか、又はほぼ整列される）。しかし、機械公差及び干渉層１０２の数によって、干渉層（例えば、層に対する最大屈折率又は最大屈折を得る方向を表す）の各々に対する延伸軸１２０は、約±２°の変動内に整列されてもよい。
いくつかの実施形態では、隣接する第１の層１０２ａ及び第２の層１０２ｂの各々の対に対して、層は、最大屈折率がそれぞれの層について得られる方向を表す、延伸軸を画定することができる（例えば、２つの層に対する屈折率ｎ１ｘ及びｎ２ｘに対応するＸ軸／方向１２０）。一次軸に対する第１の層１０２ａと第２の層１０２ｂとの間の屈折率の差（例えば、Δｎｘ＝ｎ１ｘ－ｎ２ｘ）は、約０．２超、又は約０．２４超であってもよい。
複数の干渉層１０２を含む光学フィルム１００は、任意の好適な技術を使用して形成され得る。多層光学フィルムを形成するための一般的な技術は、米国特許第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍ」、米国特許第６，１７９，９４８号（Ｍｅｒｒｉｌｌら）の「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ｔｈｅｒｅｏｆ」、米国特許第６，７８３，３４９号（Ｎｅａｖｉｎら）の「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍｓ」、及び米国特許出願公開第２０１１／０２７２８４９号（Ｎｅａｖｉｎら）の「Ｆｅｅｄｂｌｏｃｋ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｆｉｌｍｓ」に記載されている。例えば、それぞれ光学材料Ａ及びＢを含む層１０２ａ及び１０２ｂは、共押出し、キャスティング及び配向プロセスを使用して作製され、数十から数百の干渉層１０２のパケットを形成し、その後、押出された層を延伸又はそうでなければ配向させて、干渉層１０２のパケットを形成することができる。各パケットは、光学フィルム１００の所望の特性に応じて約２００～約１０００の総干渉層を含んでもよい。本明細書で使用されるとき、「パケット」は、交互する干渉層１０２ａ、１０２ｂの連続セットを指すために使用され、これにはパケット内に形成されたスペーサ又は（例えば、連続的に配置された）非干渉層のいずれも存在しない。いくつかの実施形態では、スペーサ、非干渉層、又は他の層は、所与のパケットの外側に加えられてもよく、これにより、パケット内の干渉層１０２の交互するパターンを破壊することなく、フィルムの外側層を形成する。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、共押出しによって作製することができる。作製方法は、（ａ）完成フィルムに使用される第１のポリマー及び第２のポリマーに対応する樹脂の少なくとも第１のストリーム及び第２のストリームを提供することと、（ｂ）好適なフィードブロックを使用して、第１のストリーム及び第２のストリームを複数の層に分割することであって、例えば、フィードブロックが、（ｉ）第１の流れチャネル及び第２の流れチャネルを含む勾配プレートであって、第１のチャネルが流れチャネルに沿って第１の位置から第２の位置まで変化する断面積を有する、勾配プレートと、（ｉｉ）第１の流れチャネルと流体連通する第１の複数の導管、及び第２の流れチャネルと流体連通する第２の複数の導管を有する供給管プレートであって、各導管がそれ自体のそれぞれのスロットダイに供給し、各導管が第１の端部及び第２の端部を有し、導管の第１の端部が流れチャネルと流体連通し、導管の第２の端部がスロットダイと流体連通する、供給管プレートと、（ｉｉｉ）任意選択的に、上記導管の近位に配置された軸方向のロッドヒータと、を含む、ものである、分割することと、（ｃ）複合ストリームを押出ダイに通過させて、多層ウェブを形成することであって、各層が、隣接する層の主表面に概ね平行である、多層ウェブを形成することと、（ｄ）多層ウェブを、キャスティングホイール又はキャスティングドラムと呼ばれることもあるチルロール上にキャストして、キャスト多層フィルムを形成することと、を含んでもよい。このキャストフィルムは、完成フィルムと同じ数の層を有してもよいが、キャストフィルムの層は、典型的には、完成フィルムの層よりもはるかに厚い。
冷却後、多層ウェブを再加熱し、引き伸ばし、又は延伸して、完成に近い多層光学フィルムを製造することができる。引き伸ばし又は延伸して、２つの目標、すなわち、層をその所望の最終的な厚さプロファイルまで薄くすること、また層の少なくともいくつかが複屈折となるように層を配向すること、を達成する。配向又は延伸は、クロスウェブ方向に沿って（例えば、テンターを介して）、ダウンウェブ方向に沿って（例えば、長さ配向器を介して）、又はそれらの任意の組合せで、同時に又は連続的に、いずれでも達成することができる。１つの方向のみに沿って延伸される場合、延伸は「非拘束」（フィルムは延伸方向に直角な面内方向に寸法的に緩和可能である）であってもよく、又は「拘束」（フィルムが拘束され、延伸方向に直角な面内方向にて寸法的に緩和可能ではない）であってもよい。両面内方向に沿って延伸される場合、延伸は対称的、すなわち、直交する面内方向に沿って等しくてもよく、又は非対称的であってもよい。あるいは、フィルムはバッチプロセスで延伸されてもよい。いずれの場合でも、後続の又は並行的な引き伸ばしの低減、応力又は歪みの平衡、ヒートセット、及び他の処理操作もフィルムに適用することができる。
好ましくは、様々な層のポリマーは、あまり流れが乱れることなく共押出しできるように、同様のレオロジー的特性、例えば溶融粘度を有するように選択される。押出条件は、それぞれのポリマーを供給ストリーム及び溶融ストリームとして、連続的かつ安定した様式で、適切に供給、溶融、混合、及びポンプ送りするように選択されてもよい。溶融ストリームの各々を形成し、維持するために使用される温度は、温度範囲の下限で凍結、結晶化又は過度な圧力低下を回避し、温度範囲の上限で材料劣化を回避する範囲内で選択されてもよい。
光学フィルム１００に好適な例示的（Ａ）材料は、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ＰＥＮ及びポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又は二安息香酸）を含有するコポリマー、グリコール変性ポリエチレンテレフタレートを含んでもよい。光学フィルム１００に好適な例示的（Ｂ）材料は、例えば、ＰＥＮをベースとするコポリエステル、ＰＥＴをベースとするコポリエステル、ポリカーボネート（ＰＣ）、又はこれら３種類の材料のブレンドを含んでもよい。妥当な数の層により高反射率を達成するために、隣接するマイクロ層は、ｘ軸に沿って偏光された光に対して、例えば、少なくとも０．２の屈折率の差（Δｎｘ）を示すことができる。
いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、約１００～約１２００の総干渉層１０２を有してもよく、任意の非干渉層又は保護層を含む光学フィルム１００の全体の厚さが約１００μｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、光学フィルム１００は、光学フィルム１００の層の全体にわたって約１００μｍ未満（例えば、９０μｍ未満、又は５０μｍ～９０μｍの範囲）の総厚さを有する。いくつかの実施形態では、光学積層体は、第２の光学フィルム１００に接着された第１の光学フィルム１００を含み、各光学フィルムは反射偏光子である。いくつかの実施形態では、第１の反射偏光子は、約５０μｍ未満（例えば、２０μｍ～４５μｍの範囲）の厚さを有し、第２の反射偏光子は、第１の反射偏光子の厚さよりも大きく、かつ約１００μｍ未満（例えば、５５μｍ～９５μｍの範囲）の厚さを有する。
いくつかの実施形態では、個々の干渉層１０２の厚さは、干渉層１０２の３０％未満が約２００ｎｍ超の厚さを有するように、比較的薄くてもよい（例えば、干渉層１０２の５％未満が、２００ｎｍ超の厚さを有してもよく、又は全ての干渉層１０２が、約２００ｎｍ未満の厚さを有してもよい）が、光学フィルム１００内の位置の関数として変化してもよい。いくつかの例では、光学フィルム１００は、フィルムの厚さプロファイルの観点から特徴付けることができる。例えば、個々の干渉層１０２の厚さは、個々の干渉層１０２の厚さが、最も外側の干渉層から光学フィルム１００の中心近く又はその反対側近くの干渉層へと概ね増加するように（例えば、局所的な変動とは別に次第に厚くなるように）、変化してもよい。いくつかの実施形態では、干渉層１０２の３０％未満が約４５ｎｍ未満の厚さを有する（例えば、干渉層１０２の５％未満が、４５ｎｍ未満の厚さを有してもよく、又は全ての干渉層１０２が、約４５ｎｍ未満の厚さを有してもよい）。
図２Ａは、第１の反射偏光子２００－１及び第２の反射偏光子２００－２を含む光学積層体２１０の概略断面図である。第１の反射偏光子２００－１は、複数のポリマー干渉層２０２－１を含み、第２の反射偏光子２００－２は、複数のポリマー干渉層２０２－２を含む。例示を容易にするために、比較的少数の干渉層を示しているが、第１の反射偏光子２００－１及び第２の反射偏光子２００－２がそれぞれ、より多くの層を含むことができることが理解されるであろう。複数のポリマー干渉層２０２－１は、互いに最も遠い２つのポリマー干渉層２０３ａ及び２０６ａを含む。２つのポリマー干渉層２０３ａ及び２０６ａは、距離ｄ１によって分離される。複数のポリマー干渉層２０２－２は、互いに最も遠い２つのポリマー干渉層２０３ｂ及び２０６ｂを含む。２つのポリマー干渉層２０３ｂ及び２０６ｂは、距離ｄ２によって分離される。いくつかの実施形態では、ｄ１は、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい。換言すれば、ｄ１がｄ２の（１－Ｐ）倍として表される場合、Ｐは少なくとも０．２である。いくつかの実施形態では、ｄ１≦０．８ｄ２、又はｄ１≦０．７ｄ２、又はｄ１≦０．６ｄ２である。いくつかの実施形態では、ｄ１≧０．０５ｄ２、又はｄ１≧０．１ｄ２である。いくつかの実施形態では、ｄ１は、少なくとも５００ｎｍ、少なくとも１マイクロメートル、少なくとも２マイクロメートル、少なくとも５マイクロメートル、少なくとも１０マイクロメートル、又は少なくとも２０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、ｄ２は、２５０マイクロメートル以下、又は２００マイクロメートル以下、又は１５０マイクロメートル以下、又は１００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、ｄ２は、少なくとも５０マイクロメートル、少なくとも５５マイクロメートル、又は少なくとも６０マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、ｄ１は、５０マイクロメートル未満、又は４５マイクロメートル未満、又は４０マイクロメートル未満である。例えば、いくつかの実施形態では、ｄ１は、２０マイクロメートル～４０マイクロメートルの範囲にあり、ｄ２は、５０マイクロメートル～２００マイクロメートルの範囲にある。
第１の反射偏光子２００－１は、非干渉層２０５ａ及び２０５ｂを含み、第２の反射偏光子２００－２は、非干渉層２０７ａ及び２０７ｂを含む。これらの非干渉層は、反射偏光子が形成されたときに、それに含まれるスキン層又は保護境界層であってもよい。
干渉層は、干渉層の反射率及び透過率が光干渉によって合理的に説明できるか、又は光干渉の結果として合理的に正確にモデル化できる場合、主に光干渉によって光を反射及び透過すると説明されてもよい。異なる屈折率を有する干渉層の隣接する対は、対が、光の波長の１／２の合成光学厚さ（遮断軸に沿った屈折率×物理的厚さ）を有するときに、光干渉によって光を反射する。干渉層は、典型的には、約２００ナノメートル未満の物理的厚さを有する。いくつかの実施形態では、各ポリマー干渉層は、約４５ナノメートル～約２００ナノメートルの範囲の平均厚さ（層にわたる物理的厚さの非加重平均）を有する。非干渉層は、光学厚さが大きすぎて、干渉による可視光の反射に寄与できない。非干渉層は典型的に、少なくとも１マイクロメートル又は少なくとも５マイクロメートルの物理的厚さを有する。非干渉層２０５ａ、２０５ｂ、２０７ａ、及び２０７ｂは、主に光干渉によっては光を反射又は透過しない。
光学積層体２１０は、反対側にある最も外側の第１の主表面２０４及び第２の主表面２１４を有し、第１の反射偏光子２００－１は、第１の主表面２０４に近く、かつ第２の主表面２１４から遠くに配置され、第２の反射偏光子２００－２は、第２の主表面２１４に近く、かつ第１の主表面２０４から遠くに配置される。いくつかの実施形態では、各反射偏光子及び反射偏光子に最も近い主表面について、主表面に近い各ポリマー干渉層は、より小さな光学厚さを有し、主表面から遠い各干渉層は、より大きな光学厚さを有する。例えば、干渉層２０３ａは、干渉層２０６ａよりも小さな光学厚さを有してもよく、干渉層２０３ｂは、干渉層２０６ｂよりも小さな光学厚さを有してもよい。
光学積層体２１０は、第１の反射偏光子２００－１と第２の反射偏光子２００－２との間に中間層２０９を含む。いくつかの実施形態では、中間層２０９は、第１の反射偏光子２００－１と第２の反射偏光子２００－２を共に結合する接着剤層である。いくつかの実施形態では、中間層２０９は、光学的に透明な接着剤層である。光学的に透明な接着剤層は、所定の波長範囲（例えば、４００ｎｍ～７００ｎｍ）にわたって、垂直入射で少なくとも８０％又は少なくとも９０％の透過率、及び５％未満又は３％未満の光学ヘイズを有してもよい。他の実施形態では、第１の反射偏光子２００－１と第２の反射偏光子２００－２は、一体的に形成されてもよく、中間層２０９は、第１の反射偏光子２００－１及び第２の反射偏光子２００－２と共押出しされたポリマー層である。
図２Ｂは、光学積層体２１０の概略上面図であり、第１の反射偏光子２００－１及び第２の反射偏光子２００－２それぞれの通過軸２２２及び２２４を示す。通過軸２２２と通過軸２２４との間の角度θが示されている。いくつかの実施形態では、角度θは、約１０度未満、又は約５度未満、又は約２度未満、又は約１度未満である。
いくつかの実施形態では、光学積層体に含まれる反射偏光子の少なくとも１つは、干渉層の２つ以上のパケットを含む。図７は、非干渉層１３２６ｂによって分離された、干渉層の第１のパケット１２２４－１及び第２のパケット１２２４－２を含む反射偏光子１３００の概略断面図である。反射偏光子は、外側の非干渉層１３２６ａ及び１３２６ｃを更に含む。第１のパケット１２２４－１及び第２のパケット１２２４－２は、高コントラスト比（遮断状態の透過率に対する通過状態の透過率の比）をもたらすために、重複する厚さ範囲を利用し得る。いくつかの実施形態では、厚さプロファイルは、実質的に重複する（例えば、第１のパケットの厚さ範囲の５０パーセント超が、第２のパケットの厚さ範囲の５０パーセント超に重複する）。他の実施形態では、厚さ範囲はほとんど又は全く重複しない。干渉層の２つ以上のパケットを含む反射偏光子は、２０１７年３月６日出願の米国仮特許出願第６２／４６７７１２号（Ｈａａｇら）に更に記載されている。
第１及び第２の反射偏光子を含む光学積層体のいくつかの用途では、第１の反射偏光子が薄く、かつ第２の反射偏光子が高コントラスト比を有することが好ましい。したがって、第１の反射偏光子が干渉層の１つのパケットを有し、第２の反射偏光子が干渉層の２つ以上のパケットを含むことが望ましい場合がある。例えば、反射偏光子１３００は、光学積層体２１０の第２の反射偏光子２００－２として使用されてもよい一方、単一パケットの干渉層を含む反射偏光子が、光学積層体２１０の第１の反射偏光子２００－１として使用されてもよい。典型的に、第１の反射偏光子と第２の反射偏光子の両方は、多層ポリマーフィルム反射偏光子である。しかし、場合によっては、他の種類の反射偏光子（例えば、ＭａｃＮｅｉｌｌｅ）が使用されてもよい。
本明細書の反射偏光子は、一体的に形成されてもよい。本明細書で使用するとき、第２の要素と「一体的に形成された」第１の要素は、第１の要素及び第２の要素が、別個に製造され次いでその後接合されるのではなく、共に製造されたことを意味する。「一体的に形成された」には、第１の要素を製造し、続いて第２の要素を第１の要素上で製造することが包含される。複数の層を含む光学フィルムが、層が別個に製造された後に接合されるのではなく、層が共に製造される（例えば、溶融ストリームとして組み合わされ、次いでチルロール上にキャストされて各層を有するキャストフィルムを形成し、更にキャストフィルムを配向させる）場合には、一体的に形成される。いくつかの実施形態では、非干渉層１３２６ａ及び１３２６ｃは、干渉層の第１のパケット１２２４－１及び第２のパケット１２２４－２並びに非干渉層１３２６ｂと一体的に形成されるので、反射偏光子１３００は、一体的に形成される。
図３は、２つの反射偏光子を含む、光学積層体２００などの、光学積層体の層厚さプロファイルの概略図である。第１の反射偏光子は、光学積層体の最も外側の干渉層のｔ１から、第２の反射偏光子に最も近い光学積層体の内部干渉層である、第１の反射偏光子の最も外側の干渉層のｔｍにわたる厚さを有する、複数のポリマー干渉層３０２－１を含む。第２の反射偏光子は、第１の反射偏光子に最も近い光学積層体の内部干渉層である、第２の反射偏光子の最も外側の干渉層のｔｍ＋１から、光学積層体の最も外側の干渉層のｔＮにわたる厚さを有する、複数のポリマー干渉層３０２－２を含む。いくつかの実施形態では、｜ｔ１－ｔＮ｜は、約２０ｎｍ未満、又は約１５ｎｍ未満、又は約１２ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満、又は約８ｎｍ未満、又は約７ｎｍ未満、又は約６ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、｜ｔｍ－ｔｍ＋１｜は、約４０ｎｍ未満、又は約３０ｎｍ未満、又は約２０ｎｍ未満、又は約１５ｎｍ未満、又は約１２ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満である。
図４は、第１の光学素子４４６と第２の光学素子４４８との間に配置され第１の光学素子４４６と第２の光学素子４４８とに接着された光学積層体４１０を含む、光学構造体４５０の概略断面図である。光学積層体４１０は、接着剤４０９によって共に接着された第１の反射偏光子４００－１及び第２の反射偏光子４００－２を含む。第１の反射偏光子４００－１は、第１の光学素子４４６に面し、第２の反射偏光子は、第２の光学素子４４８に面する。光学積層体４１０は、接着剤層４１９によって第１の光学素子４４６に接着され、接着材層４２９によって第２の光学素子４４８に接着される。第１の光学素子４４６及び第２の光学素子４４８は、任意の好適な形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、第１の光学素子４４６及び第２の光学素子４４８は、（例えば、第１のプリズム５３０及び第２のプリズム５４０、又は第１のプリズム６３０及び第２のプリズム６４０に対応する）第１のプリズム及び第２のプリズムである。いくつかの実施形態では、第１の光学素子４４６及び第２の光学素子４４８の一方又は両方は、光学レンズである。光学積層体は、第１の光学素子４４６及び第２の光学素子４４８の平らな面又は実質的に平らな面に配置されてもよく、又は第１及び第２の光学素子の曲面に配置されてもよい。
いくつかの実施形態では、第１の反射偏光子４００－１及び第２の反射偏光子４００－２はそれぞれ、短い第１の波長から長い第２の波長にわたる同じ所定の波長範囲に対して、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を反射する。いくつかの実施形態では、第１の波長は、４００ｎｍ、又は４５０ｎｍ、又は約４００ｎｍ～約５００ｎｍの範囲、又は約４００ｎｍ～約４５０ｎｍの範囲、である。いくつかの実施形態では、第２の波長は、６５０ｎｍ、又は７００ｎｍ、又は約６００ｎｍ～約７００ｎｍの範囲、又は約６５０ｎｍ～約７００ｎｍの範囲、である。反射率及び透過率は、垂直入射などの所定の入射角、４５度の入射角、若しくは所与の用途に適切な入射角において指定されてもよく、又は反射率及び透過率は、所与の用途で生じる入射角の分布に対して指定されてもよい。
それぞれ第１及び第２の波長を有し、第１の光学素子４４６の内部から第１の反射偏光子４００－１に４５度で入射する一致した第１の光線４６１ａ及び第２の光線４６２ａがそれぞれ、第１の光学素子４４６の内部で分離距離ｓ１によって互いに離隔して反射された第１の光線４６１ｂ及び第２の光線４６２ｂとして第１の反射偏光子４００－１によって反射される。それぞれ第１及び第２の波長を有し、第２の光学素子４４８の内部から第２の反射偏光子４００－２に４５度で入射する一致した第１の光線４７１ａ及び第２の光線４７２ａがそれぞれ、第２の光学素子４４８の内部で分離距離ｓ２によって互いに離隔して反射された第１の光線４７１ｂ及び第２の光線４７２ｂとして第２の反射偏光子４００－２によって反射される。
いくつかの実施形態では、０＜ｓ１≦ｓ２である。いくつかの実施形態では、ｓ１は、５００ｎｍ超、又は１マイクロメートル超、又は２マイクロメートル超、又は５マイクロメートル超、又は１０マイクロメートル超である。いくつかの実施形態では、ｓ１は、５０マイクロメートル未満、又は３０マイクロメートル未満、又は２０マイクロメートル未満、又は１８マイクロメートル未満、又は１６マイクロメートル未満、又は１４マイクロメートル未満、又は１０マイクロメートル未満、又は８マイクロメートル未満、又は６マイクロメートル未満、又は４マイクロメートル未満、又は２マイクロメートル未満である。例えば、いくつかの実施形態では、ｓ１は、１マイクロメートル～２０マイクロメートルの範囲にある。いくつかの実施形態では、ｓ２は、ｓ１よりも大きく、又はｓ１＋５００ｎｍよりも大きく、又はｓ１＋１マイクロメートルよりも大きく、又はｓ１＋２マイクロメートルよりも大きく、又はｓ１＋５マイクロメートルよりも大きく、又はｓ１＋１０マイクロメートルよりも大きい。いくつかの実施形態では、ｓ２は、２５０マイクロメートル以下、又は２００マイクロメートル以下、又は１５０マイクロメートル以下、又は１００マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、ｓ２は、少なくとも４０マイクロメートル、又は少なくとも５０マイクロメートル、又は少なくとも５５マイクロメートル、又は少なくとも６０マイクロメートルである。
いくつかの実施形態では、各反射偏光子について、最も外側の干渉層は、第１及び第２の波長をそれぞれ反射するように構成される。そのようないくつかの実施形態では、ｓ１は約√２ ｄ１であり、同様に、ｓ２は約√２ ｄ２である。
図５は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５５０の概略側面図である。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５５０は、第１の斜辺５３２を有する第１のプリズム５３０、及び第１の斜辺５３２に面する第２の斜辺５４２を有する第２のプリズム５４０、を含む。光学積層体５１０が、第１の光学的に透明な接着剤層５３４及び第２の光学的に透明な接着剤層５４４によって、第１の斜辺５３２と第２の斜辺５４２との間に配置され第１の斜辺５３２と第２の斜辺５４２とに接着される。光学積層体５１０は、光学的に透明な接着層５０９を介して第２の反射偏光子５００－２に接着された第１の反射偏光子５００－１を含む。第１の反射偏光子５００－１は、第１の斜辺５３２に近く、第２の斜辺５４２から遠くにあり、第２の反射偏光子５００－２は、第２の斜辺５４２に近く、第１の斜辺５３４から遠くにある。
いくつかの実施形態では、各反射偏光子及び反射偏光子に最も近い斜辺について、斜辺に近い干渉層が、所定の波長範囲内の短い波長を主に反射するように構成され、斜辺から遠い干渉層が、所定の波長範囲内の長い波長を主に反射するように構成される。例えば、光学積層体５１０の干渉層の厚さプロファイルは、図３のように見えることがあり、光学積層体の外面に近い薄い層（短い波長を反射する）、及び光学積層体の外面から遠い厚い層（長い波長を反射する）を有する。
いくつかの実施形態では、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５５０は、光軸５５５を有し、又は、光軸５５５を有する光学システムに使用される。いくつかの実施形態では、光軸５５５は、光学積層体５１０と、約３０～６０度、又は約３５～５５度、又は約４０～５０度、又は約４５度の角度αをなす。
本明細書の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）に使用されるプリズムは、任意の好適な材料から作製することができる。例えば、第１のプリズム及び第２のプリズムは、独立して、ガラス（例えば、ＢＫ７ガラス）、又はポリカーボネート若しくはポリアクリレートなどのポリマー材料から作製されてもよい。
本明細書の偏光ビームスプリッタは、様々な用途に使用することができる。例えば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、撮像又はディスプレイシステムに使用されてもよい。ディスプレイシステムは、バーチャルリアリティディスプレイ又はオーグメンテッドリアリティディスプレイなどのヘッドマウントディスプレイであってもよい。様々なディスプレイ用途における偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の使用は、例えば、米国特許第８，３８２，２９３号（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ＩＩＩら）及び同第９，５３５，２５６号（Ｃａｒｌｓら）に記載されている。本明細書の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、これらの参考文献に記載されている光学システムのいずれの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の代わりにも使用することができる。本明細書のＰＢＳは、光源からの非変調光が光学積層体の一方の側から反射され、イメージャからの空間変調された光が、光学積層体の反対の側から反射される光学システムで特に有利に使用される。
図６Ａ～図６Ｃは、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を含む光学システム６７５の概略側面図であり、光学システム６７５を通る光線の経路を示す。ＰＢＳは、第１のポリマー反射偏光子６００－１及び第２のポリマー反射偏光子６００－２を含む光学積層体６１０を含む。垂直入射光でありかつ約４００ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射する。光学システムは、第２の反射偏光子６００－２に面する光源６７０と、第１の反射偏光子６００－１に面し、光を変調するためのイメージャ６７３と、を含む。図示した実施形態では、光学システム６７５は、反射構成要素６７２を更に含み、ＰＢＳ６５０は、第１のプリズム６３０及び第２のプリズム６４０を更に含む。他の実施形態では、第１のプリズム６３０及び第２のプリズム６４０が省略されるように、ペリクル設計が利用される。いくつかの実施形態では、反射構成要素６７２は、偏光回転反射器（例えば、ミラーに配置された四分の一波長リターダ）である。いくつかの実施形態では、四分の一波長リターダ及びミラーが、第２のプリズム６４０の面に直接配置される。
図６Ａは、光源６７０によって放射された第１の光線６７４ａ及び第２の光線６７４ｂを示す。光線６７４ａは、第１の波長λａを有し、第２の光線６７４ｂは、第１の波長λａとは異なる第２の波長λｂを有する。例えば、第１の波長λａは、４００ｎｍ又は４５０ｎｍとすることができ、第２の波長λｂは、６５０ｎｍ又は７００ｎｍとすることができる。第１及び第１の光線６７４ａ及び第２の光線６７４ｂは、第２の反射偏光子６００－２から、図中に単一の線として示す一致した経路をたどる光線６７５として反射される。第１の光線６７４ａ及び第２の光線６７４ｂは、異なる波長を有するので、それらは、第２の反射偏光子６００－２の異なる位置から反射する。
光源６７０は、図６Ａ～図６Ｃの概略図に示していない構成要素を含んでもよい。例えば、光源６７０は、複数の発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）、米国特許出願公開第２０１１／０２４２６５３号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載されている色合成器、米国特許第８，３８２，２９３号（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ＩＩＩら）に記載されている集積光学素子、及び／又は放物面反射器を含んでもよい。光源６７０は、光が少なくとも部分的にコリメートされ、第２のプリズム６４０の面の大部分（例えば、面積の少なくとも８０パーセント）にわたって入射するように、光学系を含んでもよい。例示される第１の光線６７４ａ及び第２の光線６７４ｂは、光線が第２の反射偏光子６００－２から反射されると、それらが一致した経路を有する（光線は、光学積層体６１０と反射構成要素６７２との間で同じ線分に沿って伝わる）ように、第２のプリズムに入射するときに横方向分離を有する。
光線６７５は次いで、反射構成要素６７２とイメージャ６７３との間で一致した経路に沿って、図６Ｂに示すように光学積層体６１０を透過する光線６７６として、反射構成要素６７２から反射する。光線６７６は、イメージャ６７３から光学積層体６１０への一致した経路に沿った反射光線６７７としてイメージャから反射され、次いで、それぞれ出射する第１の光線６７８ａ及び第２の光線６７８ｂとして第１の反射偏光子６００－１から反射される。出射する第１の光線６７８ａ及び第２の光線６７８ｂは、異なる波長を有するので、それらは、第１の反射偏光子６００－１の異なる位置から反射され、したがって、それらの間の横方向分離を伴ってＰＢＳから出射する。
出射する第１の光線６７８ａ及び第２の光線６７８ｂは、それらの間の横方向分離Ｌ１を有する。横方向分離Ｌ１は、出射する第１の光線が取る経路と第２の光線が取る経路との間の、光線の経路に垂直な方向の距離である。いくつかの実施形態では、第１の波長λａ及び第２の波長λｂはそれぞれ、４００ｎｍ及び６５０ｎｍであり、横方向分離Ｌ１は、約２０マイクロメートル未満、又は約１８マイクロメートル未満、又は約１６マイクロメートル未満、又は約１４マイクロメートル未満、又は約１０マイクロメートル未満、又は約８マイクロメートル未満、又は約６マイクロメートル未満、又は約４マイクロメートル未満、又は約２マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、第１の波長λａ及び第２の波長λｂはそれぞれ、４００ｎｍ及び６５０ｎｍであり、横方向分離Ｌ１は、約０．５マイクロメートル超、又は約１マイクロメートル超、又は約２マイクロメートル超、又は約５マイクロメートル超である。例えば、いくつかの実施形態では、第１の波長λａ及び第２の波長λｂはそれぞれ、４００ｎｍ及び６５０ｎｍであり、横方向分離Ｌ１は、約１マイクロメートル又は約５マイクロメートル～約２０マイクロメートル又は約１８マイクロメートルの範囲にある。
１つの実験では、第１の反射偏光子６００－１の厚さが４０マイクロメートルである反射偏光子を使用して、ＰＢＳを作製した。光源６７０を、直径２５マイクロメートルのピンホールを通してＰＢＳに向けた。この実験では、第１の反射偏光子６００－１と同じ種類の反射偏光子を第２の反射偏光子６００－２に使用した。しかし、横方向分離Ｌ１は、主に第１の反射偏光子６００－１によって決定されるので、この実験は、厚い第２の反射偏光子６００－２を有するＰＢＳの予想される色分離を特徴付ける。出力が約２７マイクロメートルの点像分布を有し、赤色と青色との間の色分離が約２．０マイクロメートルであることが分かった。比較のために、それぞれ厚さ８０マイクロメートルの２つの反射偏光子を使用したＰＢＳは、約５０マイクロメートルの点像分布を有することが分かり、赤色と青色との間の色分離は約２５マイクロメートルであった。
光学システム６７５は、単一の反射画素を使用して色を表示するために、色順次システムを使用してもよい。色順次画像システムは、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０３２０１０３号（Ｊｅｓｍｅら）に記載されている。いくつかの実施形態では、第１の光線６７４ａと第２の光線６７４ｂは、異なる時間に（例えば、異なる色サブフレーム中に）放射される。この場合、反射光線６７７は、例えば、イメージャ６７３から光学積層体６１０への一致した経路に沿って異なる時間に伝搬し、出射する第１の光線６７８ａ及び第２の光線６７８ｂは、横方向に分離した経路に沿ってＰＢＳ６５０から異なる時間に出射する。
いくつかの実施形態では、光学積層体６１０は、光源６７０に面する第２のプリズムの面６５０に対して約４５度の角度で配置され、第１の反射偏光子は、第１の波長を有する遮断偏光状態にある４５度で入射した光を反射するように構成された、第１のプリズム６３０に最も近い干渉層と、第２の波長を有する遮断偏光状態にある４５度で入射した光を反射するように構成された、第１のプリズム６３０から最も遠い干渉層と、を有する。そのようないくつかの実施形態では、横方向分離Ｌ１は、約√２ ｄ１であり、ｄ１は、第１の反射偏光子６００－１の複数の干渉層のうちの互いに最も遠い２つの干渉層の間の分離である。
図示した実施形態では、第１のプリズム６３０及び第２のプリズム６４０は、直角二等辺三角形プリズムである。他の実施形態では、他のプリズム形状が使用される。例えば、プリズムの１つ以上の面が湾曲していてもよい。例えば、反射構成要素６７２に面する第２のプリズム６４０の面が、湾曲していてもよい。反射構成要素６７２は、この曲面に配置され、これに適合していてもよい。他の実施形態では、反射構成要素６７２は、湾曲しているが、第２のプリズム６４０に直接配置されない。例えば、反射構成要素６７２は、第２のプリズム６４０に近接して配置された、レンズの曲面に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、第１のプリズム６３０及び第２のプリズム６４０の斜辺は、湾曲しており、光学積層体６１０は、湾曲した各斜辺に配置され、これに適合する。有用なＰＢＳの幾何学的形状は、例えば、２０１７年１０月２６日出願の米国仮特許出願第６２／５７７２０３号に記載されている。
図８は、反射偏光子に所定の角度で入射する光に対する反射偏光子の通過状態及び遮断状態の反射偏光子の透過率の概略図である。所定の入射角は、０度（垂直入射）、約４５度、又は所与の用途に適切な入射角（例えば、９０度から図５に示した角度αを減じた角度）であってもよい。波長にわたる透過率の平均は、（通過軸に沿って偏光された）通過偏光状態を有する垂直入射光に対して最大であり、波長にわたる透過率の平均は、（遮断軸に沿って偏光された）遮断偏光状態を有する垂直入射光に対して最小である。所定の波長範囲λ１～λ２の波長にわたる透過率の平均は、通過状態でＴｐであり、遮断状態でＴｂである。いくつかの実施形態では、λ１は約４００ｎｍ又は約４５０ｎｍであり、λ２は約６５０ｎｍ又は約７００ｎｍである。いくつかの実施形態では、第１及び第２の反射偏光子の一方又は両方のＴｐは、約８０％超、又は約８５％超、又は８８％超である。いくつかの実施形態では、第１及び第２の反射偏光子の一方又は両方のＴｂは、約１０％以下、又は約５％以下、又は約２％以下、又は約１％以下、又は約０．５％以下、又は０．２％以下、又は０．１５％以下、又は０．１％以下、又は０．０５％以下、又は０．０４％以下、又は０．０３％以下である。いくつかの実施形態では、所定の波長範囲内の各波長での透過率は、これらの範囲のうちの１つ以上にある。
図９は、反射偏光子に所定の角度で入射する光に対する反射偏光子の通過状態及び遮断状態の反射偏光子の反射率の概略図である。波長にわたる反射率の平均は、遮断偏光状態を有する垂直入射光に対して最大であり、波長にわたる反射率の平均は、通過偏光状態を有する垂直入射光に対して最小である。所定の波長範囲λ１～λ２の波長にわたる反射率の平均は、通過状態でＲｐであり、遮断状態でＲｂである。いくつかの実施形態では、第１及び第２の反射偏光子の一方又は両方のＲｂは、約８０％超、又は約８５％超、又は約９０％超、又は約９５％超である。いくつかの実施形態では、第１及び第２の反射偏光子の一方又は両方のＲｐは、約２０％以下、又は約１５％以下、又は約１０％以下、又は約５％以下、又は４％以下である。いくつかの実施形態では、所定の波長範囲内の各波長での反射率は、これらの範囲のうちの１つ以上にある。
長波長帯域端λ３を図８及び図９に示し、短波長帯域端λ０を図９に示す。反射帯域は典型的に、反射率が急速に低下する長波長帯域端及び短波長帯域端の両方を有する。図示した実施形態では、短波長帯域端λ０はλ１未満であり、長波長帯域端λ３はλ２よりも大きい。帯域端は、所定の入射角で入射する光に対して決定される。帯域端の正確な波長は、いくつかの異なる基準を使用して定義することができる。帯域端の波長は、遮断偏光状態を有する垂直入射光の反射率が１／２Ｒｂまで下がる波長、又は遮断偏光状態を有する垂直入射光の透過率が１０％まで上がる波長としてもよい。光学積層体の第１及び第２の反射偏光子は、同じ所定の波長範囲にわたって、遮断偏光された光を反射し、通過偏光された光を透過するように適合されてもよい。すなわち、λ１及びλ２は、両方の反射偏光子について同じであってもよい。しかし、いくつかの実施形態では、反射偏光子の帯域端λ０及びλ３は、異なっていてもよい。他の実施形態では、第１及び第２の反射偏光子の帯域端λ０及びλ３は、ほぼ同じである。
以下は、本明細書の例示的な実施形態の列挙である。
実施形態１は、第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を備える光学積層体であって、垂直入射光でありかつ少なくとも４００ｎｍ～６００ｎｍにわたる同じ所定の波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射し、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約１０度未満であり、各反射偏光子が、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含み、複数のポリマー干渉層のうちの互いに最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい、光学積層体である。
実施形態２は、ｄ１≦０．７ ｄ２である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態３は、ｄ１≦０．６ ｄ２である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態４は、ｄ１≧０．０５ ｄ２である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態５は、ｄ１≧０．１ ｄ２である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態６は、ｄ１が、少なくとも１マイクロメートルである、実施形態１の光学積層体である。
実施形態７は、ｄ１が、少なくとも１０マイクロメートルである、実施形態１の光学積層体である。
実施形態８は、ｄ２が、２００マイクロメートル以下である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態９は、各ポリマー干渉層が、４５ナノメートル～２００ナノメートルの範囲の平均厚さを有する、実施形態１の光学積層体である。
実施形態１０は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約５度未満である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態１１は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約２度未満である、実施形態１の光学積層体である。
実施形態１２は、所定の波長範囲が、少なくとも４００ｎｍ～６５０ｎｍにわたる、実施形態１の光学積層体である。
実施形態１３は、所定の波長範囲が、少なくとも４００ｎｍ～７００ｎｍにわたる、実施形態１の光学積層体である。
実施形態１４は、反対側にある最も外側の第１の主表面及び第２の主表面を有し、第１の反射偏光子が、第１の主表面に近く、かつ第２の主表面から遠くに配置されており、第２の反射偏光子が、第２の主表面に近く、かつ第１の主表面から遠くに配置されており、各反射偏光子及び反射偏光子に最も近い主表面について、主表面に近い各ポリマー干渉層が、より小さな光学厚さを有し、主表面から遠い各干渉層が、より大きな光学厚さを有する、実施形態１の光学積層体である。
実施形態１５は、
第１の斜辺を含む第１のプリズムと、
第１の斜辺に面する第２の斜辺を含む第２のプリズムと、
第１の斜辺と第２の斜辺との間に配置され第１の斜辺と第２の斜辺とに接着された、実施形態１～１４のいずれか１つの光学積層体と、
を備える偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。
実施形態１６は、所定の波長が、短い第１の波長から長い第２の波長にわたっており、それぞれ第１及び第２の波長を有し、反射偏光子に面するプリズムの内部から各反射偏光子に４５度で入射する一致した第１及び第２の光線がそれぞれ、反射偏光子に面するプリズムの内部で分離距離によって互いに離隔して反射された第１及び第２の光線として反射偏光子によって反射され、分離距離が、第１の反射偏光子についてｓ１であり、第２の反射偏光子についてｓ２であり、０＜ｓ１≦ｓ２である、実施形態１５のＰＢＳである。
実施形態１７は、
実施形態１５又は１６のＰＢＳと、
第１の反射偏光子に面する光源と、
第２の反射偏光子に面し、光を変調するためのイメージャと、
を備える光学システムである。
実施形態１８は、光源によって放出され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、イメージャによって一致した経路に沿って反射され、第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線としてＰＢＳから出射するように構成されており、出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である、実施形態１７の光学システムである。
実施形態１９は、
第１の斜辺を含む第１のプリズムと、
第１の斜辺に面する第２の斜辺を含む第２のプリズムと、
第１の斜辺と第２の斜辺との間に配置され第１の斜辺と第２の斜辺とに接着された光学積層体であって、光学積層体が、第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を含み、各反射偏光子が、垂直入射光でありかつ同じ所定の波長範囲内の各波長に対して、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射し、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約１０度未満であり、各反射偏光子が、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含み、複数のポリマー干渉層のうちの別のものから最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい、光学積層体と、
を備える偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。
実施形態２０は、ｄ１≦０．７ ｄ２である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２１は、ｄ１≦０．６ ｄ２である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２２は、ｄ１≦０．５ ｄ２である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２３は、ｄ１≧０．１ ｄ２である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２４は、ｄ１が、少なくとも１マイクロメートルである、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２５は、ｄ１が、少なくとも１０マイクロメートルである、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２６は、ｄ２が、２００マイクロメートル以下である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２７は、各ポリマー干渉層が、約４５ナノメートル～約２００ナノメートルの範囲の平均厚さを有する、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２８は、第１の反射偏光子が、第１の斜辺に近く、かつ第２の斜辺から遠くに配置されており、第２の反射偏光子が、第２の斜辺に近く、かつ第１の斜辺から遠くに配置されており、各反射偏光子及び反射偏光子に最も近い斜辺について、斜辺に近い各ポリマー干渉層が、より小さな光学厚さを有し、斜辺から遠い各干渉層が、より大きな光学厚さを有する、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態２９は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約５度未満である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態３０は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約２度未満である、実施形態１９のＰＢＳである。
実施形態３１は、所定の波長が、短い第１の波長から長い第２の波長にわたっており、それぞれ第１及び第２の波長を有し、反射偏光子に面するプリズムの内部から各反射偏光子に４５度で入射する一致した第１及び第２の光線がそれぞれ、反射偏光子に面するプリズムの内部で分離距離によって互いに離隔して反射された第１及び第２の光線として反射偏光子によって反射され、分離距離が、第１の反射偏光子についてｓ１であり、第２の反射偏光子についてｓ２であり、０＜ｓ１≦ｓ２である、実施形態１９～３０のいずれか１つのＰＢＳである。
実施形態３２は、
実施形態１９～３１のいずれか１つのＰＢＳと、
第２の反射偏光子に面する光源と、
第１の反射偏光子に面し、光を変調するためのイメージャと、を備える光学システムである。
実施形態３３は、光源によって放射され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、イメージャによって一致した経路に沿って反射され、第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線としてＰＢＳから出射するように構成されており、出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である、実施形態３２の光学システムである。
実施形態３４は、第１の光学素子と第２の光学素子との間に配置され第１の光学素子と第２の光学素子とに接着された光学積層体を備える光学構造体であって、光学積層体が、第１の光学素子に面する第１の反射偏光子であって、第２の光学素子に面する第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を含み、各反射偏光子が、短い第１の波長から長い第２の波長にわたる同じ所定の波長範囲に対して、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を反射し、それぞれ第１及び第２の波長を有し、反射偏光子に面する光学素子の内部から各反射偏光子に４５度で入射する一致した第１及び第２の光線がそれぞれ、反射偏光子に面する光学素子の内部で分離距離によって互いに離隔して反射された第１及び第２の光線として反射偏光子によって反射され、分離距離が、第１の反射偏光子についてｓ１であり、第２の反射偏光子についてｓ２であり、０＜ｓ１≦ｓ２である、光学構造体である。
実施形態３５は、第１及び第２の反射偏光子の少なくとも１つが、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態３６は、各ポリマー干渉層が、約４５ナノメートル～約２００ナノメートルの範囲の平均厚さを有する、実施形態３５の光学構造体である。
実施形態３７は、第１及び第２の反射偏光子がそれぞれ、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態３８は、複数のポリマー干渉層のうちの互いに最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい、実施形態３７の光学構造体である。
実施形態３９は、各反射偏光子及び反射偏光子が面する光学素子について、光学素子に近い各ポリマー干渉層が、より小さな光学厚さを有し、光学素子から遠い各干渉層が、より大きな光学厚さを有する、実施形態３７の光学構造体である。
実施形態４０は、ｓ１が５００ｎｍ超である、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４１は、ｓ２が、ｓ１よりも大きい、実施形態３４又は４０の光学構造体である。
実施形態４２は、ｓ２＞ｓ１＋５００ｎｍである、実施形態３４又は４０の光学構造体である。
実施形態４３は、偏光ビームスプリッタであり、第１の光学素子が、第１の斜辺を含む第１のプリズムであり、第２の光学素子が、第１の斜辺に面する第２の斜辺を含む第２のプリズムであり、光学積層体が、第１の斜辺と第２の斜辺との間に配置され第１の斜辺と第２の斜辺とに接着されている、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４４は、第１の波長が、約４００ｎｍ～約５００ｎｍの範囲にあり、第２の波長が、約６００ｎｍ～約７００ｎｍの範囲にある、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４５は、第１の波長が、約４００ｎｍ～約４５０ｎｍの範囲にあり、第２の波長が、約６５０ｎｍ～約７００ｎｍの範囲にある、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４６は、第１の波長が４００ｎｍであり、第２の波長が６５０ｎｍである、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４７は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約１０度未満である、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４８は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約５度未満である、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態４９は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約２度未満である、実施形態３４の光学構造体である。
実施形態５０は、
実施形態３４～４９のいずれか１つの光学構造体と、
第２の反射偏光子に面する光源と、
第１の反射偏光子に面し、光を変調するためのイメージャと、を備える光学システムである。
実施形態５１は、光源によって放出され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、イメージャによって一致した経路に沿って反射され、第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線としてＰＢＳから出射するように構成されており、出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である、実施形態５０の光学システムである。
実施形態５２は、
第１及び第２のポリマー反射偏光子を含む光学積層体を含む偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって、垂直入射光でありかつ約４００ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射する、偏光ビームスプリッタと、
第２の反射偏光子に面する光源と、
第１の反射偏光子に面し、光を変調するためのイメージャと、を備え、
光源によって放出され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、イメージャによって一致した経路に沿って反射され、第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線としてＰＢＳから出射するようになっており、出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である、光学システムである。
実施形態５３は、出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約１８マイクロメートル未満、又は約１６マイクロメートル未満、又は約１４マイクロメートル未満、又は約１０マイクロメートル未満、又は約８マイクロメートル未満、又は約６マイクロメートル未満、又は約４マイクロメートル未満、又は約２マイクロメートル未満である、実施形態５２の光学システムである。
実施形態５４は、出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約０．５マイクロメートル超又は約１マイクロメートル超である、実施形態５２又は５３の光学システム。
実施形態５５は、第１及び第２の反射偏光子の少なくとも１つが、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む、実施形態５２の光学システムである。
実施形態５６は、各ポリマー干渉層が、約４５ナノメートル～約２００ナノメートルの範囲の平均厚さを有する、実施形態５５の光学システムである。
実施形態５７は、第１及び第２の反射偏光子がそれぞれ、所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む、実施形態５２の光学システムである。
実施形態５８は、複数のポリマー干渉層のうちの互いに最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい、実施形態５７の光学システムである。
実施形態５９は、光学積層体が、反対側にある最も外側の第１の主表面及び第２の主表面を有し、第１の反射偏光子が、第１の主表面に近く、かつ第２の主表面から遠くに配置されており、第２の反射偏光子が、第２の主表面に近く、かつ第１の主表面から遠くに配置されており、各反射偏光子及び反射偏光子に最も近い主表面について、主表面に近い各ポリマー干渉層が、より小さな光学厚さを有し、主表面から遠い各干渉層が、より大きな光学厚さを有する、実施形態５７の光学システムである。
実施形態６０は、ＰＢＳが、第１の斜辺を含む第１のプリズムと、
第１の斜辺に面する第２の斜辺を含む第２のプリズムと、を備え、光学積層体が、第１の斜辺と第２の斜辺との間に配置され第１の斜辺と第２の斜辺とに接着されている、実施形態５２の光学システムである。
実施形態６１は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約１０度未満である、実施形態５２の光学システムである。
実施形態６２は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約５度未満である、実施形態５２の光学システムである。
実施形態６３は、第１の反射偏光子の通過軸と第２の反射偏光子の通過軸との間の角度が、約２度未満である、実施形態５２の光学システムである。
特徴のサイズ、量、及び物理的性質を表す量に適用されるような「約」の使用が、本明細書に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、「約」は、指定された量の１０パーセント以内であるが、正に指定された量も含むことを意味すると理解されるだろう。例えば、本発明の記載に使用され記載されている文脈において、当業者にとって明らかではない場合、約１の値を有する量は、０．９～１．１の値を有するが、ちょうど１の値も含むことを意味する。
前述の参照文献、特許、又は特許出願はいずれも一貫した方法でそれらの全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。
図中の要素の説明は、別段の指示がない限り、他の図中の対応する要素に等しく適用されるものと理解されたい。具体的な実施形態を本明細書において例示し記述したが、様々な代替及び／又は同等の実施により、図示及び記載した具体的な実施形態を、本開示の範囲を逸脱することなく置き換え可能であることが、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書において説明した具体的な実施形態のあらゆる適合例又は変形例を包含することを意図する。したがって、本開示は、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ限定されるものとする。

Claims (15)

  1. 第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を備える光学積層体であって、垂直入射光でありかつ少なくとも４００ｎｍ～６００ｎｍにわたる同じ所定の波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、前記反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、前記反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射し、前記第１の反射偏光子の前記通過軸と前記第２の反射偏光子の前記通過軸との間の角度が、約１０度未満であり、各反射偏光子が、前記所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含み、前記複数のポリマー干渉層のうちの互いに最も遠い２つのポリマー干渉層間の分離が、前記第１及び第２の反射偏光子それぞれについてｄ１及びｄ２であり、ｄ１が、ｄ２よりも少なくとも２０％小さい、光学積層体。
  2. ｄ１が、少なくとも１マイクロメートルである、請求項１に記載の光学積層体。
  3. 各ポリマー干渉層が、４５ナノメートル～２００ナノメートルの範囲の平均厚さを有する、請求項１に記載の光学積層体。
  4. 反対側にある最も外側の第１の主表面及び第２の主表面を有し、前記第１の反射偏光子が、前記第１の主表面に近く、かつ前記第２の主表面から遠くに配置されており、前記第２の反射偏光子が、前記第２の主表面に近く、かつ前記第１の主表面から遠くに配置されており、各反射偏光子及び前記反射偏光子に最も近い主表面について、前記主表面に近い各ポリマー干渉層が、より小さな光学厚さを有し、前記主表面から遠い各干渉層が、より大きな光学厚さを有する、請求項１に記載の光学積層体。
  5. 第１の斜辺を含む第１のプリズムと、
    前記第１の斜辺に面する第２の斜辺を含む第２のプリズムと、
    前記第１の斜辺と前記第２の斜辺との間に配置され前記第１の斜辺と前記第２の斜辺とに接着された、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学積層体と、
    を備える偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）。
  6. 前記所定の波長が、短い第１の波長から長い第２の波長にわたっており、それぞれ前記第１及び第２の波長を有し、前記反射偏光子に面する前記プリズムの内部から各反射偏光子に４５度で入射する一致した第１及び第２の光線がそれぞれ、前記反射偏光子に面する前記プリズムの内部で分離距離によって互いに離隔して反射された第１及び第２の光線として前記反射偏光子によって反射され、前記分離距離が、前記第１の反射偏光子についてｓ１であり、前記第２の反射偏光子についてｓ２であり、０＜ｓ１≦ｓ２である、請求項５に記載のＰＢＳ。
  7. 請求項５又は６に記載のＰＢＳと、
    前記第２の反射偏光子に面する光源と、
    前記第１の反射偏光子に面し、光を変調するためのイメージャと、
    を備える光学システム。
  8. 前記光源によって放射され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、前記第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、前記イメージャによって一致した経路に沿って反射され、前記第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線として前記ＰＢＳから出射するように構成されており、前記出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である、請求項７に記載の光学システム。
  9. 第１の光学素子と第２の光学素子との間に配置され第１の光学素子と第２の光学素子とに接着された光学積層体を備える光学構造体であって、前記光学積層体が、前記第１の光学素子に面する第１の反射偏光子であって、前記第２の光学素子に面する第２の反射偏光子に接着された第１の反射偏光子を含み、各反射偏光子が、短い第１の波長から長い第２の波長にわたる同じ所定の波長範囲に対して、前記反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、前記反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を反射し、それぞれ第１及び第２の波長を有し、前記反射偏光子に面する前記光学素子の内部から各反射偏光子に４５度で入射する一致した第１及び第２の光線がそれぞれ、前記反射偏光子に面する前記光学素子の内部で分離距離によって互いに離隔して反射された第１及び第２の光線として前記反射偏光子によって反射され、前記分離距離が、前記第１の反射偏光子についてｓ１であり、前記第２の反射偏光子についてｓ２であり、０＜ｓ１≦ｓ２である、光学構造体。
  10. 前記第１及び第２の反射偏光子がそれぞれ、前記所定の波長範囲において主に光干渉によって光を反射及び透過する複数のポリマー干渉層を含む、請求項９に記載の光学構造体。
  11. 各反射偏光子及び前記反射偏光子が面する前記光学素子について、前記光学素子に近い各ポリマー干渉層が、より小さな光学厚さを有し、前記光学素子から遠い各干渉層が、より大きな光学厚さを有する、請求項１０に記載の光学構造体。
  12. ｓ１が５００ｎｍ超である、請求項９に記載の光学構造体。
  13. ｓ２＞ｓ１＋５００ｎｍである、請求項９に記載の光学構造体。
  14. 光学システムであって、
    第１及び第２のポリマー反射偏光子を含む光学積層体を含む偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であって、垂直入射光でありかつ約４００ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲内の各波長に対して、各反射偏光子が、前記反射偏光子の通過軸に沿って偏光された光の少なくとも８０％を透過し、前記反射偏光子の直交する遮断軸に沿って偏光された光の少なくとも９０％を反射する、偏光ビームスプリッタと、
    前記第２の反射偏光子に面する光源と、
    前記第１の反射偏光子に面し、光を変調するためのイメージャと、を備え、
    前記光源によって放射され、それぞれ４００ｎｍ及び６５０ｎｍの波長を有する第１及び第２の光線が、前記第２の反射偏光子によって少なくとも１回反射され、かつ少なくとも１回透過され、前記イメージャによって一致した経路に沿って反射され、前記第１の反射偏光子によって少なくとも１回反射された後に、それぞれ出射する第１及び第２の光線として前記ＰＢＳから出射するようになっており、前記出射する第１の光線と第２の光線との間の横方向分離が、約２０マイクロメートル未満である、光学システム。
  15. 前記出射する第１の光線と第２の光線との間の前記横方向分離が、約０．５マイクロメートル超である、請求項１４に記載の光学システム。
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