KR20040028775A

KR20040028775A - 비점 수차가 낮은 투사 시스템

Info

Publication number: KR20040028775A
Application number: KR10-2003-7016142A
Authority: KR
Inventors: 쟈잉 마; 데이비드 제이. 더블류. 아아스투엔; 살레스 엘. 브루존; 스테펜 케이. 에카르드트
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-04-03
Also published as: US7329006B2; DE60226028T2; US6786604B2; US20030038923A1; KR100922909B1; US20040130681A1; US20030048423A1; DE60226028D1; US6672721B2

Abstract

반사형 LCD 영상기를 사용하는 LCD 투사 시스템은 영상기에 입사된 빛과 1개 이상의 각각의 영상기에 의해 반사된 빛을 분리하기 위해 1개 이상의 편광 빔분할기를 통상적으로 사용한다. 편광 빔분할기는 영상기로부터의 영상 광에 비점 수차를 도입한다. 본 발명에 따라서, 편광 빔분할기는 비점 수차를 감소시키는데 적합하다.

Description

비점 수차가 낮은 투사 시스템{PROJECTION SYSTEM HAVING LOW ASTIGMATISM}

광학 영상화 시스템은 일반적으로 광선 위에 영상을 얹는, 광 밸브 또는 광 밸브 어레이로서 불리우기도 하는 투과형 또는 반사형 영상기를 포함한다. 투과형 광 밸브는 일반적으로 반투명하며 빛을 통과시킨다. 한편, 반사형 광 밸브는 입력 빔의 선택된 부분만을 반사시켜 영상을 형성한다. 반사형 광 밸브는 제어 회로 부품이 반사 표면 뒤에 놓여질 수 있을 때 중요한 이점을 제공하며, 기판 재료가 그의 불투명도에 의해 제한되지 않을 때 더욱 진보된 집적 회로 기술이 이용가능하게 된다. 반사형 액정 마이크로디스플레이를 영상기로서 사용함으로써 저렴하고 컴팩트한 새로운 액정 디스플레이 (LCD) 프로젝터 구조가 가능해질 수 있다.

많은 반사형 LCD 영상기는 입사광의 편광을 회전시킨다. 즉, 편광은 가장 어두운 상태에 대해서 그의 편광 상태가 실질적으로 비변형되도록 또는 원하는 그레이 스케일을 제공하는 편광 회전도를 갖도록 영상기에 의해 반사된다. 90° 회전은 이 시스템에서 가장 밝은 상태를 제공한다. 따라서, 편광된 광선은 반사형 LCD 영상기에 대해 입력 빔으로서 사용된다. 바람직한 컴팩트 장치는 편광 빔분할기 (PBS)와 영상기 사이에 굴곡 광로를 포함하며, 영상기로부터 반사된 조사 빔 및 투사 영상은 PBS와 영상기 사이에 동일한 물리적 공간을 공유한다. PBS는 입사광과 편광 회전된 영상 광을 분리한다. 단일 영상기는 단색 영상 또는 칼라 영상을 형성하는데 사용될 수 있다. 다중 영상기는 일반적으로 칼라 영상을 형성하는데 사용되는데, 여기서 조사 광은 다른 색의 다중 빔으로 분할된다. 영상은 개별적으로 각각의 빔에 얹혀지며, 그후에 재조합되어 전색 영상을 형성한다.

광원에 의해 발생되는 가능한 한 많은 빛을 사용하는 것이 바람직하다. 아크 램프와 같이, 광원이 넓은 각도로 빛을 발생하는 경우, 낮은 f-수 광학소자를 사용하여 더 많은 빛이 영상기 시스템을 통과할 수 있다. 통상의 PBS와 관련된, "편광 캐스케이드"라고 불리우는 문제점은 전통적인 광학 영상화 시스템의 조사 광학소자의 f-수에 대해 더 낮은 한도를 갖게 한다. 종종 맥네일 (MacNeille) 편광자로서 불리우는, 투사 시스템에 사용되는 통상의 PBS는 브루스터의 (Brewster's) 각도로 놓여진 무기 유전 필름 적층물을 사용한다. s-편광된 빛은 반사되고, p-편광 상태의 빛은 편광자에 투과된다. 그러나, 한쌍의 재료에 대한 브루스터 각도 조건이 정확하게 하나의 입사각에서만 충족되므로, 이들 편광자를 사용하여 광각 성능을 얻기가 어렵다. 입사각이 브루스터의 각도에서 벗어날 때, 스펙트럼의 비균일한 누출이 발생한다. 이러한 누출은 필름 적층물에 대한 입사각이 브루스터 각도 보다 더 수직이 될 때 특히 심각해진다. 또한, p- 및 s-편광의 사용과 관련된 굴곡 광로 프로젝터에 대해 대조되는 단점이 있다.

투사 시스템에서 빛은 일반적으로 원추로서 투사되므로, 대부분의 광선은 편광자 위에 브루스터 각도에서 완전히 입사되지 않아서 광선의 편광 소멸이 일어나게 된다. 편광 소멸량은 시스템 f-수가 감소할 때 증가되며, 예를 들어 색-분리 프리즘에서 발견되는 바와 같이 이후의 색 선택적 필름으로부터의 반사시에 확대된다. 분광 소멸 캐스케이드의 문제점이 투사 시스템의 f-수를 효율적으로 제한함으로써 광 처리 효율이 제한됨을 알 수 있다.

발명의 요약

광학 수차가 낮은 고-콘트라스트 영상을 보거나 표시할 수 있게 하는 광각의 고속 광학 부품을 포함하는 광학 영상화 시스템을 필요로 하고 있다.

일반적으로, 본 발명은 LCD 투사 시스템에서 비점 수차를 감소시키기에 특히 적합한, 투사 시스템의 비점 수차 감소용 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편광 빔분할기의 비점 수차 감소를 포함하는 영상화 코어를 기본으로 한다.

본 발명의 하나의 특별한 실시태양은 빛을 발생시키는 광원을 갖는 투사 시스템에 관한 것이다. 영상화 코어는 광원으로부터의 빛에 영상을 얹기 위해 적어도 제1 반사 영상기 및 제1 편광 빔분할기를 포함한다. 제1 편광 빔분할기는 반사 영상기로부터 반사된 영상 광에서 비점 수차를 감소시키는데 적합하다. 투사 렌즈 시스템은 영상화 코어로부터 받은 비점 수차-감소된 영상 광을 투사한다.

본 발명의 다른 실시태양은 발광 수단 및 발광 수단으로부터의 빛에 영상을 얹기 위한 영상화 코어 수단을 갖는 투사 시스템에 관한 것이다. 영상화 코어 수단은 적어도 제1 영상기 수단 및 편광 모드 빔분할하기 위한 제1 편광 빔분할 수단을 포함한다. 하나 이상의 빔분할 수단은 영상 광에서 비점 수차를 감소시키는데적합하다. 투사 렌즈 유닛은 영상화 코어 수단으로부터 받은 비점 수차-감소된 영상 광을 투사한다.

본 발명의 또다른 실시태양은 커버 사이에 배치된 다층 편광 민감성 필름을 갖는 편광 빔분할기에 관한 것이다. 비점 수차 감소 요소는 편광 필름에 의해 도입되는 비점 수차를 감소시키기 위해 커버의 대향 외면 사이에 배치된다.

본 발명의 또다른 실시태양은 빛을 발생시키는 광원을 갖는 투사 시스템에 관한 것이다. 영상화 코어는 광원으로부터의 빛에 영상을 얹기 위해 적어도 제1 반사 영상기 및 제1 편광 빔분할기를 포함한다. 제1 편광 빔분할기는 커버 사이에 배치된 다층 편광 필름 및 편광 필름에 의해 도입되는 비점 수차를 감소시키기 위한 비점 수차 감소 요소를 포함한다. 투사 렌즈 시스템은 영상화 코어로부터 받은 영상 광을 투사한다.

본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 예시된 실시태양 또는 모든 이행을 설명하려는 것은 아니다. 다음의 도면 및 상세한 설명은 이들 실시태양을 더욱 상세하게 예증한다.

본 발명은 일반적으로 정보 표시용 시스템 및 더욱 상세하게는 반사형 투사 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 다음의 본 발명의 각종 실시태양의 상세한 설명을 첨부 도면과 관련지어 고려함으로써 더욱 완전히 이해될 수 있다.

도 1은 단일 반사 영상기를 기본으로 하는 투사 유닛의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 2는 다중 반사 영상기를 기본으로 하는 투사 유닛의 다른 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 3A 및 3B는 편광 빔분할기에 대한 색 프리즘의 다른 배향을 예시한다.

도 4는 본 발명에 따른 프로젝터 시스템의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 5는 본 발명에 따른, 프로젝터 시스템의 다른 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 6은 본 발명에 따른, 색 프리즘의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 7은 본 발명에 따른, 색 프리즘의 다른 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 8은 본 발명에 따른, 색 프리즘의 또다른 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 9는 본 발명에 따른, x-큐브 색 조합기를 가진 투사 엔진의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 10A 및 10B는 본 발명의 실시태양에 따른, 편광 빔분할기에 대한 x-큐브 색 조합기의 다른 배향을 예시한다.

도 11은 본 발명에 따른 편광 빔분할기의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 12는 본 발명에 따른, 투사 엔진의 또다른 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 13은 본 발명에 따른, 2-영상기 투사 엔진의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 14는 본 발명의 다른 실시태양에 따른, 편광 빔분할기의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 15는 본 발명에 따른, 웨지형 부품을 포함하는 편광 빔분할기의 실시태양을 개략적으로 예시한다.

도 16은 본 발명의 실시태양에 따른, 하나 이상의 비점 수차-감소 편광 빔분할기를 사용하는 투사 시스템을 개략적으로 예시한다.

도 17은 본 발명의 실시태양에 사용되는 다층 박막 편광자의 파장에 대해 플롯팅된 콘트라스트의 그래프를 나타낸다.

도 18은 본 발명의 실시태양에 따른, 비점 수차-감소 편광 빔분할기를 사용하는 2-영상기 투사 시스템을 개략적으로 예시한다.

도 19는 본 발명의 실시태양에 따른, 비점 수차-감소 편광 빔분할기를 사용하는 또다른 투사 시스템을 개략적으로 예시한다.

본 발명이 각종 변형 및 대안적 형태를 가질 수 있지만, 그의 특징은 도면에 예로서 나타내어져 있으며 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 기재된 특정 실시태양으로 제한하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 오히려, 첨부된 청구의 범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 취지 및 영역 내에 드는 모든 변형, 등가사항 및 대안을 커버하려는 것이다.

본 발명은 광학 영상기에 응용가능하며, 특히 고품질의, 낮은 수차 투사 영상을 형성하는 낮은 f-수 광학 영상기 시스템에 응용가능하다.

본원에 사용된 광학 영상기 시스템이란 용어는 예를 들어, 전면 및 후면 투사 시스템, 투사 디스플레이, 헤드-마운티드 디스플레이, 가상 뷰어, 헤드-업 디스플레이, 광학 컴퓨팅 시스템, 광학 보정 시스템 및 기타 광학 관찰 및 표시 시스템에 사용될 수 있는, 뷰어를 위한 영상을 생산하는 광범위한 광학 시스템을 포함하는 것을 의미한다.

편광 소멸 캐스케이드의 문제점을 극복하는 한가지 방법은 본원에 참고로 인용된, 1999년 5월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/312,917호에 논의된 광각 카티션 (Cartesian) 편광 빔분할기 (PBS)를 사용하는 것이다. 카티션 PBS는 개별적인 빔의 편광이 PBS 필름의 불변의, 일반적으로 직교되는 주축을 기준으로 하는 PBS이다. 대조적으로, 비-카티션 PBS의 경우, 개별적인 빔의 편광은 실질적으로 PBS에 대한 빔의 입사각에 좌우된다.

카티션 PBS의 예는 등방성 및 복굴절성 물질의 교대층으로 형성된 다층, 반사형 편광 빔분할기 (MRPB) 필름이다. 필름 면이 x-y 면으로 간주되고 필름의 두께가 z-방향으로 측정된다면, z-굴절율은 z-방향에 평행인 전기장 벡터를 가진 빛에 대한 복굴절 물질의 굴절율이다. 마찬가지로, x-굴절율은 x-방향에 평행인 전기장 벡터를 가진 빛에 대한 복굴절 물질의 굴절율이며 y-굴절율은 y-방향에 평행인 전기장 벡터를 가진 빛에 대한 복굴절 물질의 굴절율이다. 복굴절 물질의 x-굴절율은 등방성 물질의 굴절율과 실질적으로 동일하지만, 복굴절 물질의 y-굴절율은 등방성 물질의 굴절율과 상이하다. 층 두께가 정확하게 선택된다면, 필름은 y-방향으로 편광된 가시광을 반사하며 x-방향으로 편광된 빛을 투과한다.

MRPB 필름의 한 예는 복굴절 물질의 z-굴절율이 복굴절 물질의 x-굴절율 또는 y-굴절율과 실질적으로 동일한, 매치된 z-굴절율 편광자 (MZIP) 필름이다.MZIP 필름은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제5,882,774호 및 5,962,114호에 기재되어 있다. 유효 기간이 증가된, 개선된 유형의 MZIP 필름은 미국 특허 출원 제09/878,575호에 기재된 바와 같이, 교대층으로서 PET/COPET-PCTG를 사용한다.

영상기를 사용하는 시스템 (110)의 한 실시태양은 도 1에 예시되어 있으며, 그 시스템은 반사기 (116)를 갖는, 아크 램프 (114)와 같은 광원 (112)을 포함하여 빛 (118)을 전방으로 향하게 한다. 광원 (112)은 광 방출 다이오드 또는 레이저 광원과 같은 고체 광원일 수도 있다. 시스템 (110)은 또한 카티션 PBS (120), 예를 들면 와이어 그리드 편광자 또는 MRPB 필름을 포함한다. y-축에 평행인 방향으로 편광된, y-편광된 빛은 동그라미 쳐진 x로 표시된다. x-축에 평행인 방향으로 편광된, x-편광된 빛은 편광 벡터를 묘사하는 실선 화살표로 표시된다. 실선은 입사광을 나타내며, 대쉬선은 편광 상태가 변화되어 영상기 (126)로부터 복귀된 빛을 나타낸다. 광원 (112)에 의해 제공된 빛은 PBS (120)를 조사하기 전에 조절 광학소자 (122)에 의해 조절된다. 조절 광학소자 (122)는 광원 (112)에 의해 방출된 빛의 특징을 투사 시스템에 의해 요구되는 특징으로 변화시킨다. 예를 들면, 조절 광학소자 (122)는 빛의 발산, 빛의 편광 상태, 및 빛의 스펙트럼을 변화시킬 수 있다. 조절 광학소자 (122)는 예를 들면 1개 이상의 렌즈, 편광 변환기, 예비-편광자 및(또는) 필터를 포함하여 불필요한 자외선 또는 적외선을 제거할 수 있다. 일부 실시태양에서, 조절 광학소자 (122)는 광원 (112)로부터의 빛을 많은 비율로 사용하기 위하여 예를 들어, 2.5 이하의 낮은 f-수를 가질 수 있다.

빛의 y-편광된 성분은 PBS (120)에 의해 반사 영상기 (126)로 반사된다. 영상기 (126)의 액정 방식은 스메틱, 네마틱 또는 기타 적합한 유형의 반사 영상기일 수 있다. 영상기가 스메틱이면, 영상기 (126)는 강유전성 액정 디스플레이 (FLCD)일 수 있다. 영상기 (126)는 x-편광을 가진 영상 빔을 반사하고 변조한다. 반사된 x-편광된 빛은 PBS (120)를 투과하여 렌즈 시스템 (128)과 영상기(들) 사이의 모든 부품들을 고려하여 각각의 특정 광학 시스템에 대해 최적화된 디자인을 갖는 투사 렌즈 시스템 (128)에 의해 투사된다. 조절기 (152)는 영상기 (126)의 다른 픽셀을 활성화하여 반사광에 영상을 형성한다.

투사 시스템 (200)의 다른 실시태양은 도 2에 예시되어 있다. 그 시스템은 곡선 반사기 (213)를 갖는, 아크 램프 (211)와 같은 광원 (210)을 사용하여 빛을 조사 광학소자 (215)로 향하게 한다. 예시된 실시태양에서, 조절 광학소자 (215)는 시준 렌즈 (217), 제1 렌즐릿 어레이 (219), 제2 렌즐릿 어레이 (221) 및 집광 렌즈 (227)를 포함한다. 조절 광학소자 (215)는 제2 렌즐릿 어레이 (221)와 집광 렌즈 (227) 사이에, 예를 들어 제프켄 (Geffkcken) 타입 디자인을 가진 선택적 편광 변환기 (223)를 포함할 수 있다. 편광 변환기 (223)의 변환 효율에 따라서, 편광 변환기 (223) 다음에 선택적인 예비 편광자 (225)를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 렌즐릿 어레이 (219 및 221) 쌍은 시준 렌즈 (217)로부터 공칭 평행광을 받는다. 편광 변환기 (223) 및 예비 편광자 (225)는 PBS (250)에 입사된 빛을 목적하는 편광 상태로 편광한다. 조절 광학소자는 이러한 특정 실시태양에 기재된 것 보다 더 많거나 적은 광학 부품을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.

렌즐릿 어레이 (219 및 221), 및 집광 렌즈 (227)는 반사 영상기 (226, 228및 230)을 균일하게 조사하도록 빛을 형상화하고 균질화한다. PBS (250)는 y-편광된 빛이 3개의 반사 영상기 (226, 228 및 230)로 다시 향하도록 한다. PBS (250)는 일반적으로 자유 설치되거나, 판 사이에 배치되거나 또는 예시된 바와 같이 프리즘 (254) 사이에 넣어질 수 있는, MZIP 필름과 같은 MRPB 필름 (252)을 포함한다. 판 또는 프리즘 (254)은 유리로 형성될 수 있으며 총체적으로 MRPB 필름 (252)에 대한 커버로서 불리울 수 있다.

다중-영상기 시스템에서, 색 프리즘 (236)은 빛을 각 영상기와 관련된 개별적인 색 밴드로 분리한다. 예시된 3-영상기 구조의 경우, 색 프리즘 (236)은 일반적으로 빛을 주요 색 밴드인 적색, 녹색 및 청색으로 분리한다. 시야 렌즈 (238, 240 및 242)와 같은 간섭 렌즈가 각 영상기와 색 프리즘 (236) 사이에 삽입되어 시스템의 광학 반응을 더 최적화할 수 있다. 영상기 (226, 228 및 230)는 특별한 영상 정보에 따라서 반사 시의 빛의 편광 상태를 다양하게 변조한다. 그후에, 색 프리즘 (236)은 적색, 녹색 및 청색 영상을 재조합하여 조합된 영상 광을, 실질적으로 x-편광된 빛 만을 통과시켜 영상의 편광 상태를 분석하는 카티션 PBS (250)로 통과시킨다. y-편광된 빛은 다시 광원 (212)으로 향하게 된다. PBS (250)를 통과한 빛은 투사 렌즈 시스템 (234)에 의해 집광되어 이후에 스크린 (도시되지 않음)에 집속될 수 있다. 선택적인 후-편광자 (244)는 PBS (250)와 투사 렌즈 시스템 (234) 사이에 삽입될 수 있다. 다중 영상기를 가진 다른 광학 구조가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

예시된 실시태양에서, 색 프리즘 (236)은 옵티칼 코팅스 라보라토리, 인크.(Optical Coatings Laboratory, Inc.; Santa Rosa, California)로부터 판매되는 필립스 프리즘이다. 명확하게 하기 위해, 색 프리즘 (236)은 도 3A에 사시도로 예시된 바와 같이, 카티션 PBS (250)의 회전축 (256)에 평행인 제1 및 제2 색 선택적 표면의 회전축 (258)을 갖는 통상적인 배향으로 표시되어 있다. 회전축은 표면이 그의 실제 위치로부터 빛 전파 방향에 수직인 위치로 이동하기 위해 주위에 회전되는 축이다. 색 선택적 표면의 회전축 (258)과 PBS의 회전축 (256) 사이의 이러한 상대적인 배향이 종종 통상적인 유형의 편광자에 필요하긴 하지만, 카티션 PBS (250)는 또한 빔의 주축 (262) 주위의 색 프리즘 (236)의 회전을 가능하게 하므로 제1 및 제2 영상기 (226 및 230)가 서로에 대하여 수직으로 배향되고 PBS로부터의 공칭 s-편광된 빛이 색 프리즘 (236)의 색 선택적 표면에 대하여 p-편광된다. 색 선택적 표면의 회전축 (258)이 PBS (250)의 회전축 (256)에 수직인 회전된 배치는 도 3B에 사시도로 예시되어 있다. 회전된 배치는 본원에 참고로 인용된, 2000년 12월 22일자로 출원된 데이빗 등 (David J.W. Aastuen and Charles L. Bruzzone)의 미국 특허 출원 제09/746,933호 (발명의 명칭: "Reflective LCD Projection System Using Wide-Angle Cartesian Polarizing Beamsplitter and Color Separation and Recombination Prisms")에 기재되어 있다.

카티션 PBS (120 또는 250)를 사용함으로써 조절 광학소자 (215)가 2.5 이하의 f-수를 갖는 투사 시스템이 가시광 범위에서 100:1 이상의 동적 범위를 나타내게 된다. 또한, 조절 광학소자 (215)와 투사 렌즈 시스템 (234) 사이의 부품은 영상화 코어로서 불리울 수 있다. 영상화 코어는 일반적으로 적어도 편광 빔분할기및 1개 이상의 영상기를 포함한다. 1개를 넘는 영상기를 사용한다면, 영상화 코어는 또한 색 프리즘, 이색 분리기, x-큐브 등과 같은 색 분리 및 조합 광학소자를 포함할 수 있다. 영상화 코어는 색 분리 요소와 영상기 사이에 배치된 선택적 시야 렌즈 이외에 렌즈를 포함하지 않는다. 영상화 코어는 영상기에 입사되는 광 원추가 영상기 표면에 걸쳐 일정한 텔레센트릭일 수 있다. 텔레센트릭 영상기 코어는 일반적으로 시야 렌즈를 포함하지 않는다.

카티션 PBS (250)의 한 실시태양은 프리즘 (254) 사이에 넣어진, MZIP 필름과 같은 MRPB 필름 (252)이다. 고강도 광선에 의해 야기되는 열 유도된 응력으로인한 복굴절을 최소화하기 위하여, 프리즘 (254)은 바람직하게는 낮은 응력-광학 계수를 가진 재료로 형성된다. 이러한 목적에 가장 적합한 재료 중 하나는 SF57 (Schott Glass) 또는 PBH55 (Ohara Glass)라는 명칭으로 판매되는 유리이다. SF57 및 PBH55 유리는 둘다 약 1.85의 굴절율을 갖는다.

MRPB 필름 (252)의 굴절율은 일반적으로 주위 프리즘 (254)의 것 보다 낮다. 예를 들면, MZIP 필름의 굴절율은 약 1.56이며, 그의 두께는 일반적으로 약 125 ㎛이다. PBS (250)의 조립시에, MRPB 필름은 약 1.56의 매치되는 굴절율을 가진 약 50 ㎛ 두께의 접착제를 사용하여 프리즘 면에 부착된다. MRPB 필름과 사용하기 위한 특히 적합한 유형의 접착제는 노를랜드 코포레이션 (Norland Corporation)에 의해 제조되는 노를랜드 61인 것으로 밝혀졌다. PBS 필름 (252) 및 접착제는 빛의 전파 방향에 대해 약 45°의 각도로 놓인, 약 1.56의 굴절율 및 225 ㎛의 두께를 가진 경사판을 형성한다. 상대적으로 높은 굴절율 프리즘 (254) 내의 이러한 상대적으로 낮은 굴절율 판은 영상 광에 비점 수차를 도입한다. 비점 수차는 영상기에 의해 반사된 빛에 대한 문제점이다.

굴절율 n'의 매질 내의 굴절율 n의 경사판의 비점 수차는 다음 수학식 1로 표시된다.

여기서, t는 슬래브의 두께이고, θ는 광학 빔의 중앙 광선과 슬래브 사이의 각도이다. 비점 수차는 주위의 굴절율과 다른 굴절율을 가진 재료의 경사진 슬래브로의 통과로 인한 시상 및 정접 빔의 시차 변위의 결과이다.

n 및 n'의 값는 색 분산으로 인해 파장 의존적이며, 따라서 비점 수차의 값 또한 파장 의존적이다. 일반적으로 폴리에스테르형 필름 및 공중합체를 포함하는 MZIP 필름의 굴절율의 파장 의존성은 각각 표 I 및 II에 제시되어 있다.

MZIP 굴절율의 파장 의존성

파장 (㎚)	굴절율
435.8	1.5745
480	1.5691
546.1	1.5634
589.6	1.5594
643.8	1.5562

SF57 굴절율의 파장 의존성

파장 (㎚)	굴절율
435.8	1.8939
486.1	1.872
546	1.855
587.5	1.8466
656	1.8365

수학식 1을 이용하여, SF57 유리 프리즘 내의 225 ㎛ 두께의 필름에 의해 야기되는 비점 수차는 다른 색에 대해: 적색 광 (645 ㎚)의 경우 169 ㎛, 녹색 광 (546 ㎚)의 경우 181 ㎛ 및 청색 광 (480 ㎚)의 경우 196 ㎛인 것으로 계산되었다. 많은 경우에, 녹색 광의 비점 수차를 보정하기에 충분할 수 있으며, 부수적으로 청색 및 적색 부분의 빛의 비점 수차를 감소시킨다. 보는 사람은 각각의 색 밴드에 대한 비점 수차가 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 작은, 실질적으로 비점 수차가 없는 영상을 보게 될 것이다. 따라서, 모든 파장에서의 비점 수차의 완전한 소거는 필요치 않다. 단일 값의 비점 수차가 아래에 제공될 때, 그것은 약 546 ㎚에서의 녹색 광에 대한 비점 수차의 값인 것으로 추정된다. 다른 방법에서, 다른 색 밴드에 대한 비점 수차는 개별적으로 보정될 수 있다.

상대적으로 높은 굴절율의 재료에 의해 둘러싸인 상대적으로 낮은 굴절율의 경사판에 의해 도입되는 비점 수차를 소거하는 첫번째 방법은 주위 재료 보다 낮은 굴절율을 가지며 제1 판의 회전축에 대해 수직인 회전축 주위에 경사진 제2 경사판을 통과하여 빛을 전파시키는 것이다. 제2 경사판은 임의의 적합한 고체, 액체 또는 기체 재료로 형성될 수 있다. 제2 판이 굴절율 및 두께 면에서 제1 판과 동일하다면, 비점 수차를 최소화하기 위해 제1 판과 동일한 각도로 경사져야 한다. 제2 판이 제1 판과 동일하지 않다면, 제2 판에 의해 도입되는 비점 수차의 크기는 비점 수차를 완전히 소거하기 위해 제1 판에 의해 도입되는 바와 동일한 것이 바람직하다. 이를 위해 판의 각도 및 두께 및 제2 판과 그의 주위 재료 사이의 굴절율 차이를 선택한다. 아래에 논의된 디자인에서, 구면 수차 및 코마 수차는 실제 목적에서 고려되지 않을 정도로 충분히 작다. 그러나, 광학 시스템에서는 비점 수차 보정 이외에 구면 수차 및 코마 수차에 대한 보정이 필요할 수 있다. 비점 수차 보정의 도입이 다른 수차를 증가시킬 수 있으므로, 수차 사이의 균형을 위해 비점 수차를 부분적으로 보정하는 것이 바람직할 수 있다.

주위 재료에 비해 굴절율이 상대적으로 낮은 제1 경사판에 의해 도입되는 비점 수차를 소거하는 두번째 방법은 주위 재료 보다 굴절율이 높은 제2 경사판을 도입하는 것이다. 제2 경사판은 고체, 액체 또는 기체 재료로 형성될 수 있다. 제2 경사판은 일반적으로 제1 경사판의 회전축에 평행인 회전축에 대하여 경사진다. 이러한 경우, 비점 수차를 보정하기 위하여 재료 두께, 굴절율 및 경사각을 선택할 필요가 있다. 비점 수차를 소거하는 이러한 방법을 이용하는 특정 실시태양은 이후에 논의된다.

본원에 논의된 비점 수차를 감소시키는 방법은 광범위한 f-수를 갖는 투사 시스템에 응용가능하며, 그것은 낮은 f-수를 갖는 투사 시스템에 특히 유리한 것으로 생각된다. 본원에 논의된 방법은 비점 수차를 감소시키거나 비점 수차를 실질적으로 보정하는데 사용될 수 있다. 많은 경우에, 비점 수차가 완전히 소거될 필요는 없지만, 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 작은 값으로 감소될 필요는 있다. 시야 심도가 일반적으로 f-수와 함께 증가되므로, 비점 수차 보정은 낮은 f-수 투사 시스템에 대해 더욱 더 중요하게 된다. "실질적으로 보정하는"이란 용어는 비점 수차가 사용되는 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 낮은 값으로 감소됨을 의미한다.

본원의 논의가 MRPB PBS에서 발생되는 비점 수차를 감소시키는 것에 관한 것이지만, 아래에 논의된 비점 수차를 감소시키는 방법이 또한 투사 시스템의 다른 부품에서 발생되는 비점 수차를 감소시키는데 유용함을 이해할 것이다.

비점 수차 감소는 색 프리즘의 적응을 바탕으로 도입될 수 있다. 다시 도 3A 및 3B에 대해서 보면, 일반적으로 회전축 (258)이 회전축 (256)에 대해 수직인 경우, 주위 재료에 비해 상대적으로 낮은 굴절율의 판을 사용함으로써 비점 수차 보정이 색 프리즘 (236)에 도입된다. 대조적으로, 색 선택적 표면의 회전축 (258)이 PBS의 회전축 (256)에 평행인 경우, 주위 재료에 비해 상대적으로 높은 굴절율의 판을 사용함으로써 비점 수차 보정이 색 프리즘에 도입된다.

본 발명자는 먼저 굴절율이 상대적으로 낮은 제2 경사판을 사용하는 본 발명의 특정 실시태양을 논의한다. 다른 디자인의 색 프리즘 (236)이 이용가능하며, 그 중 몇가지는 빛을 2가지 이상의 색 밴드로 분리하는데 사용되는 3 또는 4개의 프리즘을 포함한다. 종종, 색 프리즘 (236)은 빛을 그의 적색, 녹색 및 청색 성분으로 분리한다. 도 4에 예시된 필립스 프리즘 구조에서, 색 프리즘 (400)은 3개의 프리즘 (402, 404 및 406)으로 형성된다. 제1 프리즘 (402)으로 도입된 빛 (410)은 제1 필터 (412)에 입사되며, 제1 필터는 제1 색 밴드의 빛을 반사하고 제2 및 제3 색 밴드의 빛을 투과시킨다. 입력 표면 (416)과 PBS (450) 사이에 공기 갭 (417)이 있으므로, 제1 색 밴드 (414)의 빛은 입력 표면 (416)에서 제1 프리즘으로 완전히 내부적으로 반사되어 제1 영상기 (426)로 향한다.

제2 프리즘 (404) 내로 투과된 빛은 제2 필터 (418)에 입사되며, 제2 필터는 제2 색 밴드의 빛 (420)을 반사하며 제3 색 밴드의 빛 (424)을 투과시킨다. 제2 필터 (418)에 의해 반사된 빛 (420)은 갭 (422), 일반적으로 제1 및 제2 프리즘 (402 및 404) 사이의 공기 갭에서 완전히 내부적으로 반사되어 제2 영상기 (428)로 향한다. 제2 필터에 투과된 빛 (424)은 제3 프리즘 (406)을 거쳐 제3 영상기 (430)로 향한다.

일반적으로, 제1 색 밴드는 청색이고, 제2 색 밴드는 적색이고, 제3 색 밴드는 녹색이다. 그러나, 이것이 사례가 될 필요는 없고, 다른 색 밴드가 다른 색을 가질 수 있다.

제1 및 제2 프리즘 (402 및 404) 사이의 갭 (422)은 일반적으로 10 ㎛ 내지 25 ㎛ 범위로 통상적으로 작게 유지되며, 이는 제2 색 밴드에 대해 완전한 내부 반사가 일어나도록 하기에 충분하다. 그러나, 다음 실시예에 더 논의되는 바와 같이 비점 수차 보정을 위해 갭 (422)의 크기가 증가할 수 있다.

실시예 1

색 프리즘 (400)은 굴절율이 1.85인 낮은 복굴절 유리, PBH55로부터 형성되었다. 중앙 광선의 공기 갭 (422) 상으로의 입사각은 21°였다. 제1 색 밴드는 청색이었고, 제2 색 밴드는 적색이었고 제3 색 밴드는 녹색이었다. 색 프리즘 (400)은 PBS (450)에 대해 회전된 위치이므로 PBS (450)로부터의 공칭 s-편광된 빛은 색 프리즘 (400)에서 p-편광되었다.

공기 갭의 크기는 181 ㎛의 비점 수차 값을 보정하도록 조정되었다. 조정 전에, PBS/색 프리즘 어셈블리가 스크린 상에 수평 및 수직선 패턴을 투사하는 프로젝터 시스템에 사용되었다. 수평선 또는 수직선 상에 집속할 수 있지만, 둘다 동시에는 아니다. 예를 들어, 수평선이 투사 렌즈로부터 178 ㎝ 거리에서 집속되는 경우, 수직선은 105 ㎝에서 집속되었고, 초점 거리의 비는 1.7:1이었다. 최상의 동시 집속이 이용된 경우, 양 세트의 선이 상당히 희미하게 되었다.

갭 (422)을 조정하기 위하여, 제1 및 제2 프리즘 (402 및 404)을 분리하고 모노사이즈 마이크로스피어 사이즈 스탠다드 비드 (Monosized Microsphere Size Standard Beads from Duke Scientific Corp.; Palo Alto, CA)를 스페이서로서 사용하여 100 ㎛의 공기 갭 (422)을 갖도록 재조립하였다. 비드의 직경은 100 ㎛였다.

100 ㎛의 갭 (422)을 갖도록 재조립한 후에, 시스템의 비점 수차를 적색 빛 녹색 광에 대해 다시 측정하였다. 수직선은 135 ㎝에서 집속되고, 수평선은 178 ㎝에서 집속되었고, 초점 거리의 비는 1.32:1이었다. 또한, 초점이 최적화된 선의 정성적 외관은 갭 (422)이 10 ㎛인 상황으로부터 현저하게 개선되었다.

100 ㎛ 스페이서 비드를 140 ㎛ 스페이서 비드 (Duke Scientific 제품)로 대체하여 갭 (422)을 140 ㎛로 재조정하였다. 비점 수차에 대해 시험할 때, 수직선과 수평선의 초점 사이의 차이를 정량화하기가 어렵다. 시상 광선은 1.1:1 미만의 초점 비의 경우 프로젝터로부터 160 ㎝와 170 ㎝ 사이에서 집속된 것으로 보인다. 최상의 전체 집속을 제공하기 위해 재집속될 때, 수직선 또는 수평선 어느 것도 희미함이 명백하지 않았다.

공기 갭 (422)의 조정이 제1 색 밴드의 빛 (414)에 대한 비점 수차에 영향을 미치지 않음을 이해할 것이다. 적색 및 녹색 비점 수차의 보정 만으로 기준에 맞는 영상을 얻게 될 것인지를 결정하기 위해 정성적 시험을 실시하였다. 청색, 적색 및 녹색 영상이 주위깊게 정렬되고 다른 콘트라스트의 영상이 관찰되었다. 어두운 배경 위의 백색 선을 주위깊게 검사한 결과 청색 희미함 만이 인식되었고, 밝은 배경 위의 어두운 선에 대해서는 인식되지 않았음이 확인되었다. 이는 청색 비점 수차의 감소가 녹색 및 적색 비점 수차의 감소 만큼 중요하지 않을 수 있음을 의미한다. 이것이 가능한 이유는 사람 눈의 청색 수용체의 밀도가 녹색 및 적색 수용체에 대한 밀도 보다 작으므로 청색 영상의 정규 해상도가 녹색 또는 적색 영상 보다 작기 때문이다.

그러나, 제1 색 밴드에 대한 비점 수차는, 제1 프리즘 (402)이 공기 갭 (502)이 사이에 있는 두 부분 (402a 및 402b)으로 이루어진 것을 제외하고는, 도 4에 예시된 것과 유사한 색 프리즘을 나타내는 도 5에 예시된 방법을 이용하여 보정될 수 있다. 제조 상의 이유로 프리즘 (402b)의 예각 단부에 무딘 선단 (504)이 필요하다. 바람직하게는, 갭 (502)의 크기 및 위치는 공기 갭 (502)이 PBS (450)로부터 색 프리즘 (400)에 유입되는 빛 (410)을 차단하지 않도록 선택된다. 또한,갭 (502)의 크기 및 위치는 빛 (414)이 입력 면 (416)에서 완전히 내부적으로 반사될 때 까지 갭 (502)이 제1 색 밴드의 빛 (414)의 경로 안에 있지 않도록 선택된다. 상기 수학식 1을 이용하여, 공기 갭 (502)은 196 ㎛의 비점 수차를 보정하기 위해 약 32.25°의 각도에서 너비가 약 0.875 ㎜이어야 하지만, 다른 갭 (422)에 대해 보정된 비점 수차는 다른 값을 가질 수 있다. 이러한 큰 분리가 오히려 다른 수차를 유도할 수 있으므로 비점 수차를 부분적으로 보정하기 위해 더 낮은 수차를 도입하는 더 작은 갭을 사용할 수 있다. 당 업계의 숙련인은 컴퓨터의 광학 시뮬레이션을 통해 또는 실험을 통해 영상을 최적화할 수가 있음을 이해할 것이다.

공기 갭 (422 및 502)은 더 높은 굴절율 재료, 예를 들면 프리즘 유리에 의해 둘러싸인, 더 낮은 굴절율의 시트 재료, 공기의 예이다. 공기가 프리즘 재료와 큰 굴절율 차이를 제공하므로 유용하긴 하지만, 갭 (422 및 502)이 공기로만 채워질 필요는 없다. 갭 (422 및 502)은 또한 공기 이외의, 상대적으로 낮은 굴절율의 또다른 재료로 채워질 수도 있다. 그러나, 예를 들면, 제2 프리즘 (404)과 갭 (422) 사이의 굴절율 차이는, 갭 (422)이 공기로 채워지지 않은 경우에도 빛 (420)의 완전한 내부 반사를 유지하기에 충분해야 한다. 마찬가지로, 아래에 논의된 다른 갭은 공기로 채워질 필요가 없지만, 갭 주위의 재료 보다 굴절율이 더 낮은 재료로 채워질 필요는 있다.

비점 수차를 보정하는 또다른 방법은 도 6을 참고로 하여 설명된다. 이 실시태양에서, 웨지 프리즘 (662)은 색 프리즘 (600)과 PBS (650) 사이에 배치되며, 웨지 프리즘 (662)과 색 프리즘 (600) 사이에는 갭 (664)이 있다. 변형된 필립스프리즘으로서 알려진 색 프리즘 (600)은 제1, 제2 및 제3 프리즘 (602, 604 및 606)으로 형성되며, 제1 및 제2 프리즘 (602 및 604) 사이에는 완전히 내부적으로 반사하는 갭 (622)이 있다. 예시된 실시태양에서, 제3 프리즘 (606)은 또한 완전히 내부적으로 반사하는 표면 (656)을 포함한다. 이것이 사례가 될 필요는 없고, 제3 프리즘 (606)은 완전 반사하는 표면을 포함하지 않는 형태를 이용하여 형성될 수 있다.

통상의 웨지 프리즘 시스템에서, 웨지 프리즘 (662)과 제1 프리즘 (602) 사이의 공기 갭 (664)은 제1 프리즘 (602) 내에서 반사된 제1 색 밴드의 빛 (614)의 완전한 내부 반사를 가능하기에 충분히 크다. 그러나, 웨지 프리즘 (662)과 제1 프리즘 (602) 사이의 공기 갭 (664)은 PBS (650) 내에서 발생되는 비점 수차를 실질적으로 감소시키고 보정하기 위해 더 큰 너비를 갖도록 선택될 수 있다. 갭 (664)의 너비는 수학식 1을 따라서 선택된다.

예를 들면, PBS (650)의 비점 수차가 181 ㎛이고, 웨지 프리즘 (662)의 웨지 각이 10°인 경우, 수학식 1은 비점 수차가 약 2.104 ㎜의 공기 갭 (664)에 의해 보정될 수 있음을 제시한다.

낮은 굴절율 판을 도 4-6을 참고로 하여 공기 갭으로서 설명하였지만, 굴절율이 낮은 다른 재료, 예를 들면 굴절율이 낮은 고분자 필름이 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 비점 수차를 보정하기 위해 색 프리즘의 프리즘 사이의 갭과, 색 프리즘과 웨지 프리즘 사이의 갭을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 비점 수차 감소는 여기에 예시된 것 이외의 다른 실시태양의 색 프리즘으로 이행될 수있음을 이해할 것이다.

상기 도입된 PBS의 비점 수차를 보정하는 두번째 방법은 PBS 편광자 필름의 경사축에 평행인 축에 대해 경사진 상대적으로 높은 굴절율의 경사면을 도입하는 것이다. 색 프리즘이 PBS 기준으로 회전되지 않으므로 PBS로부터의 공칭 s-편광된 빛이 또한 색 프리즘 내에서 공칭 s-편광되는 이러한 방법이 유용하다.

제1, 제2 및 제3 프리즘 (702, 704 및 706)으로 형성된 색 프리즘 (700)을 나타내는, 이 방법의 하나의 특정 실시태양은 도 7에 예시되어 있다. 제1 및 제2 프리즘 (702 및 704) 보다 굴절율이 높은 투명 재료로 형성된 고 굴절율 판 (760)은 제1 프리즘 (702)의 출력 표면 상에 배치된다. 일반적으로 너비가 약 10 ㎛인 공기 갭 (722)이 고 굴절율 판 (760)과 제2 프리즘 (704) 사이에 제공되므로 제2 색 밴드의 빛이 제2 프리즘 (704) 내에서 출력 면 (727)을 향하여 내부 반사된다.

제1 필터 (712)가 고 굴절율 판 (760)의 제2 표면 (762) 상에 배치되는 경우, 제1 색 밴드의 빛 (714)은 제1 프리즘 (702)을 빠져나가기 전에 고 굴절율 판을 두번 통과하며, 제2 색 밴드의 빛 (720) 및 제3 색 밴드의 빛 (724)은 제2 및 제3 프리즘 (704 및 706)을 빠져나가기 전에 고 굴절율 판 (760)을 한번만 통과한다. 따라서, 제1 색 밴드의 빛은 제2 및 제3 색 밴드와 상이한 양으로 비점 수차 보정된다. 청색광의 비점 수차는 상기 논의된 바와 같이 녹색 또는 적색광 보다 영상을 보는 사람에게 덜 인식되므로, 제1 색 밴드가 청색광인 이 실시태양은 적절한 비점 수차 보정을 제공할 수 있다.

제1 필터 (712)가 예시된 바와 같이 제1 프리즘의 출력 표면 (703) 상에 놓여진 경우, 제1 색 밴드의 빛 (714)은 고 굴절율 판 (760)을 통과하지 않으므로 제1 색 밴드의 빛 (714)은 비점 수차 보정되지 않는다. 상기 논의된 바와 같이, 제1 색 밴드의 빛 (714)이 청색인 경우, 녹색 및 적색광에 대한 비점 수차 보정 만으로 보는 사람에게 충분한 보정을 제공할 수 있다.

도 8에 예시된 또다른 실시태양에서, 제1 프리즘 (702)은 두 부분 (702a 및 702b)으로 구분될 수 있다. 제1 색 밴드의 비점 수차를 감소시키도록 선택된 두께, 배향각 및 굴절율을 가진 제2 고 굴절율 판 (862)이 프리즘 부분 (702a 및 702b) 사이에 위치될 수 있다. 필터 (712)가 제1 프리즘 부분 (702a)과 고 굴절율 판 (760) 사이에 위치된 이러한 실시태양이 특히 유용하다. 따라서, 색 프리즘 (800)은 3가지 색 밴드 모두에 대해 보정을 제공할 수 있다.

비점 수차 보정은 X-큐브 빔분할기/조합기에서 이행될 수도 있다. X-큐브 빔분할기 및 조합기를 사용하는 투사 엔진 (900)의 실시태양은 도 9에 부분적으로 예시되어 있다. 광원 (도시되지 않음)으로부터의 빛 (902)은 빛 (902)을 3가지 색 밴드로 분리하는 X-큐브 빔분할기 (904)에 입사된다. 제1 색 밴드의 빛 (906)은 X-큐브 빔분할기 (904)를 거쳐 제1 반사기 (908)로 투과되며, 제2 색 밴드의 빛 (910)은 X-큐브 빔분할기 (904)에 의해 제2 반사기 (912)를 향한 도면의 면 내로 반사된다. 제3 색 밴드의 빛 (914)은 제3 반사기를 향한 도면의 면 밖의 방향으로 반사된다. 제3 색 밴드에 대해 작용하는 광학 요소는 명확하게 하기 위해 도면에 나타내지 않았다. 3개의 PBS를 사용하는 투사 엔진 (900)에서는, 백 포커스 길이가 감소되므로 간편화된 투사 렌즈 시스템을 사용할 수 있게 된다. 또한, 넓은 시계 각에 필요한 투사 렌즈 시스템의 중량이 감소될 수 있다.

제1 및 제2 반사기 (908 및 912)는 각각 제1 및 제2 색 밴드의 빛을 제1 및 제2 편광 빔분할기 (916 및 918)를 향하여 반사시킨다. 제1 및 제2 반사기는 거울, 예를 들면 다층 거울 또는 금속 거울이거나, 원하는 편광 상태의 빛을 제1 및 제2 편광 빔분할기 (916 및 918)를 향하여 반사하도록 배향된 반사 편광자일 수 있다.

제1 색 밴드의 빛 (906)은 MPBR 필름 (917)을 갖는 제1 PBS (916)에 의해 제1 반사 영상기 (920)를 향하여 반사되며, 제1 반사 영상기 (920)는 제1 색 밴드의 빛 (906)을 반사하고 빛 (906)의 선택된 파면 부분의 편광을 회전시켜 제1 PBS (916)를 거쳐 X-큐브 조합기 (924)로 투과되는 제1 색 밴드의 영상 광선 (922)을 형성한다. 유사하게, 제2 색 밴드의 빛 (910)은 제2 PBS (918)에 의해 제2 반사 영상기 (926)를 향하여 반사된다. 제2 반사 영상기 (926)는 제2 PBS (918)를 거쳐 X-큐브 조합기 (924)를 향하여 투과되는 제2 색 밴드의 영상 광선 (928)을 형성한다.

투사 엔진 (900)이 또한 제3 반사기 (도시하지 않음), 제3 PBS (도시하지 않음) 및 제3 영상기 (도시하지 않음)를 포함하여 도면의 면 밖의 방향으로부터 X-큐브 조합기 (924)로 향하는 제3 색 밴드의 영상 광선 (930)을 형성하게 됨을 이해할 것이다. 3가지의 영상 광선 (922, 928 및 930)은 X-큐브 조합기에서 조합되어 일반적으로 일련의 투사 광학소자에 의해 스크린에 투사되는 3색 영상 광선 (932)을 형성한다.

X-큐브 조합기 (924)의 더욱 상세한 예시는 영상 광선 (922, 928 및 930)이 통과하는 X-큐브 조합기의 단면을 나타내는 도 10A에 제시되어 있다. X-큐브 조합기 (924)는 4가지 직각 프리즘 (1002, 1004, 1006 및 1008)의 계면 사이에, 각종 반사 코팅, 예를 들면 다층 유전 반사 코팅을 갖는 4가지 직각 프리즘 (1002, 1004, 1006 및 1008)으로부터 조립된다. 코팅 (1010 및 1012)은 제2 색 밴드의 영상 광선 (928)을 반사하며 코팅 (1014 및 1016)은 제3 색 밴드의 영상 광선 (930)을 반사한다.

2개의 슬래브 (1020 및 1022)는, 제1 영상 광선 (922)의 작은 중앙 부분을 제외한 각 영상 광선 (922, 928 및 930)이 슬래브 (1020) 또는 (1022) 중의 어느 하나를 한번만 통과하는 위치로 X-큐브 조합기 (924) 내에 삽입된다. 예시된 실시태양에서, 제1 슬래브 (1020)는 제4 프리즘 (1008)과 제1 프리즘 (1002) 사이에 배치되며, 제2 슬래브 (1022)는 제1 프리즘 (1002)과 제2 프리즘 (1004) 사이에 배치된다.

도 9 및 10A에 예시된 실시태양에서, MPBR 필름 (917)의 회전축 및 슬래브 (1020 및 1022)의 회전축은 수직 관계이다. 그러므로, 슬래브 (1020 및 1022)의 굴절율은 프리즘 (1002-1008)의 굴절율 보다 작게 선택된다. 예를 들면, 프리즘은 SF57 유리로부터 형성될 수 있으며, 슬래브 (1020 및 1022)는 굴절율이 1.517인, BK7과 같은 더 낮은 굴절율 유리로부터 형성된다. 슬래브 (1020 및 1022)의 두께는 PBS에서 발생되는 비점 수차를 적어도 부분적으로 보정하도록 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 비점 수차가 181 ㎛이고, 프리즘 (1002-1008)이 SF57 유리로부터 형성되고 슬래브 (1020 및 1022)가 BK7로부터 형성된다면, 비점 수차는 슬래브 두께가 150 ㎛인 경우에 보정된다. X-큐브 조합기 (924)의 입사각은 45°인 것으로 예측된다.

너비가 d1인 제1 영상 광선 (922)의 중앙 부분은 슬래브 (1020 및 1022)의 전체 두께를 1회 통과하지 않으므로 비점 수차에 대해 보정되지 않을 수 있다. 일반적으로, 중앙 부분의 면적은 광선 (922)의 유효 간극에 비해 작으며, 따라서 비점 수차가 보정되지 않는 빛의 양은 전체 출력 광의 몇% 정도로 작다. 중앙 부분은 비점 수차 보정되지 않거나, 예를 들면 5% 미만의 전력 손실을 나타내는 흑색 페인트를 이용하여 차단될 수 있다. 광선 (922)이 보는 사람의 눈에서 더 작은 비점 수차 효과를 나타내는 색 밴드의 빛, 예를 들면 청색광을 함유하는 경우 광선 (922)의 중앙 부분을 보정하지 않는 전체적인 영향은 줄어들 수 있다.

X-큐브 조합기 (1050)의 또다른 실시태양은 도 10B에 예시되어 있다. 하나의 색 밴드의 빛 (1070)은 PBS (1054)에 유입되고 영상기 (1072)로 반사되며, 영상기 (1072)는 빛 (1070)의 특정 부분의 편광을 회전시켜 영상 광 (1074)을 형성한다. 영상 광 (1074)은 PBS (1054)를 거쳐 X-큐브 조합기 (1050)에 투과된다. 하나 이상의 색 밴드의 영상 광 (1076)은 X-큐브 조합기 (1050)로 향하여 영상 광 (1074)과 조합된다.

이 실시태양에서, PBS (1054) 내의 MPBR 필름 (1052)의 회전축은 슬래브 (1056 및 1058)의 회전축과 평행이다. 따라서, 슬래브 (1056 및 1058)의 굴절율은 X-큐브 조합기를 형성하는 프리즘 (1060-1066)의 굴절율 보다 크도록 선택된다.

X-큐브 조합기 (1050)에 선택되는 유리는 고 굴절율 유리로 제한되지 않으므로, 조합기 (1050)는 BK7과 같은, 가장 통상적인 유형의 유리로 형성될 수 있다. PBS (1054)에 의해 도입된 비점 수차가 약 181 ㎛이면, 비점 수차 보정하는데 필요한 슬래브 (1056 및 1058)의 두께는 약 1.1 ㎜인 것으로 계산되며, 이때 슬래브 (1056 및 1058)는 PBH71 유리로 형성되고 프리즘 (1060-1066)은 BK7로 형성된다.

도 11에 예시된, 상대적으로 높은 굴절율 재료의 판을 이용하는 프로젝터 시스템에서 비점 수차 보정의 또다른 특별한 실시태양은 PBS (1100) 내에 상대적으로 높은 굴절율 재료의 판을 포함하는 것이다.

PBS (1100)는 2개의 프리즘 (1102 및 1104)으로 형성되며, 프리즘 (1102 및 1104) 사이에는 2개의 층, MRPB/접착제 층 (1106) 및 고 굴절율 층 (1108)이 있다. 고 굴절율 층 (1108)의 굴절율 n₂는 프리즘 (1102 및 1104)의 굴절율 n₀보다 높다. MRPB/접착제 층 (1106)의 굴절율이 n₁로 표시되는 경우, 다음의 관계가 유지된다: n₂>n₀>n₁. 고 굴절율 층 (1108)의 두께 d₂는 고 굴절율 층 (1108)에 의해 도입되는 비점 수차가 MRPB/접착제 층 (1106)으로부터 발생된 비점 수차를 감소시키도록 선택된다. 예를 들어, 프리즘 (1102 및 1104)이 굴절율이 1.85인 PBH55 유리로 형성되고 굴절율이 1.56인 MRPB/접착제 층 (1106)이 225 ㎛의 두께를 갖는 경우, 비점 수차는 181 ㎛이다. 이러한 비점 수차 값은 고 굴절율 층 (1108)으로서, 굴절율이 1.92인 3.8 ㎜ 두께의 PBH71 유리 층을 이용하여 보정될 수 있다. 고 굴절율 층을 프리즘에 부착하는데 접착제 층이 사용될 수 있음을 이해할 것이며, 그러한접착제 층의 효과는 간단하게 하기 위해 여기서 생략되었다. PBS (1100)에서의 색 분산은 하나의 색의 빛이 또다른 파장의 빛에 대한 영상을 가로질러 옮겨지는 색 변이 효과를 유도할 수 있다. 색 변이 효과는, 예를 들면 제1 PBS 이후에 제2 PBS를 이용함으로써 감소될 수 있으며, 이때 제2 PBS는 영상 광을 투과시키고 제1 PBS (1100)에서 일어나는 색 변이를 보정하는 색 변이를 제공하도록 배향된다.

영상기가 하나 만 존재하고, 색 프리즘은 존재하지 않는 PBS (1100)가 사용될 수 있다. 단일 영상기 만을 사용하는 이점 중의 하나는, 다중 영상기 투사 엔진의 경우와 같이 하나의 영상기에 의해 형성되는 영상을 다른 영상기에 의해 형성되는 영상 위에 정렬시킬 필요가 없다는 점이다. 또다른 이점은, 색 프리즘, x-프리즘 등과 같은, 색 분리기/조합기를 필요로 하지 않으므로, 엔진의 백 포커스 길이가 감소될 수 있고, 따라서 예를 들어 f/1.8 이하의 낮은 f-수 투사 렌즈 시스템이 사용될 수 있다는 점이다.

일반적으로, 단일 패널 영상기는 몇가지 종류의 칼라 휠 또는 고속 가변 색 필터와 같은 색 선택 기구와 함께 작동한다. 따라서, 3가지 색 밴드 중의 하나에 함유된, 영상기에 입사되는 빛의 약 ⅓ 만이 한번에 사용되므로, 높은 광효율은 3개 패널 엔진에서 보다 단일 패널 엔진에서 훨씬 더 바람직하다. f/1.8의 f-수를 가진 시스템 너비는 f/3.0의 f-수를 가진 엔진의 것 보다 2.7배 더 크며, 따라서 엔진의 총 광 처리량은 더 낮은 f-수에서 증가된다. 추가로, 투사 엔진의 가간섭성 길이는 더 낮은 f-수에서 감소되어 스펙클이 더 적게 된다.

PBS 자체로 비점 수차 보정함으로써 비점 수차 감소가 이루어지는, 다중-영상기 투사 시스템 (1600)의 실시태양이 도 16에 개략적으로 예시되어 있다. 빛 (1602)이 광원 (1604)으로부터 방출된다. 광원 (1604)은 아크 또는 필라멘트 램프, 또는 영상을 투사하는데 적합한 빛을 발생시키기 위한 임의의 다른 적합한 광원일 수 있다. 광원 (1604)은 타원 반사기 (도시됨), 파라볼라 반사기 등과 같은 반사기 (1606)에 의해 둘러싸여 투사 엔진을 향하는 빛의 양을 증가시킬 수 있다.

빛 (1602)은 일반적으로 다른 색 밴드로 분할되기 전에 처리된다. 예를 들면, 빛 (1602)은 선택적 재-편광자 (1608)를 통과하여 필요한 편광의 빛 만이 투사 엔진을 향하게 된다. 예비-편광자는 반사 편광자의 형태일 수 있으므로, 원하지 않는 편광 상태의 반사광은 재순환을 위해 다시 광원 (1604)으로 향하게 된다. 빛 (1602)은 또한 투사 엔진 내의 영상기가 균일하게 조사되도록 균질화될 수도 있다. 빛 (1602)을 균질화하는 한가지 방법은 빛 (1602)을 반사 터널 (1610)에 통과시키는 것이며, 빛을 균질화하는 다른 방법이 이용될 수도 있음을 이해할 것이다.

예시된 실시태양에서, 균질화 광 (1612)은 제1 렌즈 (1614)를 통과하여 발산각이 감소된다. 그후에, 빛 (1612)은 예를 들면, 유전 박막 필터일 수 있는 제1 색 분리기 (1616)에 입사된다. 제1 색 분리기 (1616)는 제1 색 밴드의 빛 (1618)과 잔류 광 (1620)을 분리한다.

제1 색 밴드의 빛 (1618)은 제2 렌즈 (1622) 및 임의로 제3 렌즈 (1623)를 통과함으로써 제1 PBS (1624)에 입사되는 제1 색 밴드의 빛 (1618)의 발산이 조절된다. 빛 (1618)은 제1 PBS (1624)로부터 제1 영상기 (1626)로 이동한다. 영상기는 PBS (1624)를 투과한 편광 상태의 영상 광 (1628)을 x-큐브 색 조합기 (1630)로반사한다. PBS (1624)는 반사된 영상 광에 비점 수차 보정을 제공할 수 있다. 예를 들면, PBS (1624)는 도 11을 참고로 설명된 PBS (1100)와 유사하다. 영상기 (1626)는 지연 요소와 같은 하나 이상의 보정 요소를 포함하여 추가의 편광 회전 및 그에 따른 최대 콘트라스트를 영상 광에 제공할 수 있다.

잔류 광 (1620)은 제3 렌즈 (1632)를 통과할 수 있다. 그후에, 잔류 광 (1620)은 박막 필터 등과 같은 제2 색 분리기 (1634)에 입사되어 제2 색 밴드의 빛 (1636)과 제3 색 밴드의 빛 (1638)을 형성한다. 제2 색 밴드의 빛 (1636)은 제2 PBS (1642)를 거쳐 제2 영상기 (1640)로 향한다. 제2 PBS (1642)는 제2 색 밴드의 빛에 비점 수차 보정을 제공할 수 있다. 제2 영상기 (1640)는 제2 색 밴드의 빛 (1644)을 x-큐브 색 조합기 (1630)로 향하게 한다.

제3 색 밴드의 빛 (1638)은 제3 PBS (1648)를 거쳐 제3 영상기 (1646)로 향한다. 제3 PBS (1648)는 제3 색 밴드의 빛에 비점 수차 보정을 제공할 수 있다. 제3 영상기 (1646)는 제3 색 밴드의 빛 (1650)을 x-큐브 색 조합기 (1630)로 향하게 한다.

제1, 제2 및 제3 색 밴드의 영상 광 (1628, 1644 및 1650)은 x-큐브 색 조합기 (1630)에서 조합되고 전색 영상 빔으로서 투사 광학소자 (1652)로 향한다. 편광 회전 광학소자 (1654), 예를 들면 반파장 지연판 등은 PBS (1624, 1642 및 1648)와 x-큐브 색 조합기 (1630) 사이에 제공되어 x-큐브 색 조합기 (1630)에서 조합된 빛의 편광을 조절할 수 있다. 예시된 실시태양에서, 편광 회전 광학소자 (1654)는 x-큐브 색 조합기 (1630)와 제1 PBS 및 제3 PBS (1624 및 1648) 사이에배치된다.

예시된 실시태양의 변형이 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, PBS는 빛을 영상기로 반사하고 그후에 영상 광을 투과시키지 않고, 빛을 영상기로 투과시키고 그후에 영상 광을 반사한다.

도 16에 예시된 투사 시스템에 대한 몇가지 이점이 있다. 한가지 이점은 다층 필름 PBS가 맥네일 (McNeille) 편광자와 다른, 광각 (wide-angle) 카티션 빔분할기 형태일 수 있다는 사실에서 얻게 된다. 따라서, 다층 필름 PBS는 예를 들면, 2.5 이하의 f-수를 갖는 신속 조사 광학소자를 사용할 수 있게 하며, 따라서 투사 시스템의 전체 효율이 증가될 수 있다. 또다른 이점은 다층 필름 PBS가 그의 각각의 색 밴드에 대해 각각 최적화될 수 있으므로, 각 색 밴드의 영상 광의 편광 콘트라스트가 높다는 사실에서 얻게 된다. 결과적으로, 투사 시스템은 후-편광자 없이 작동할 수 있다. 더우기, 각 색 밴드에 대해 개별적인 예비-편광자를 사용하지 않고, 단일 예비-편광자 만을 사용하여 모든 색 밴드를 커버할 수 있다. 이러한 실시태양의 또다른 이점은 다층 필름 PBS가 각 (angular) 정렬에 대해 비교적 둔감하므로, 투사 시스템 (1600)은 정렬하기가 더 쉽다.

또한, PBS가 그의 각각의 색 밴드에 대해 최적화될 수 있으므로, 어두운 상태에서 누출이 거의 없으며, 그에 따라 영상 콘트라스트가 증가된다. 투사 시스템 (1600)으로부터의 파장 (x-축)의 함수로서의 콘트라스트 비 (y-축)를 나타내는 그래프가 도 17에 제시되어 있다. 도 17에 제공된 데이타를 얻기 위하여, 영사기를 4분할파 거울로 대체했다. 4분할파 거울은 4분할파 지연체와 알루미늄 거울의 조합이다. 4분할파 지연체를 한 방향으로 배향한 결과 반사광의 편광 회전이 일어나지 않으며, 따라서 반사광은 PBS를 거쳐 다시 광원으로 향하게 된다. 4분할파 지연체를 재배향한 결과 반사광의 편광 회전이 일어나게 되므로 본질적으로 모든 반사광은 PBS에 의해 투사 렌즈로 향하게 된다. 알 수 있는 바와 같이, 투사된 영상의 콘트라스트는 약 425 ㎚ - 700 ㎚의 파장 범위에서 400 미만의 콘트라스트가 없을 정도로 높다.

투사 엔진 (1800)의 또다른 실시태양은 도 18에 예시되어 있다. 이 투사 엔진은 2개의 영상기 사용을 기준으로 한 것이다. 광 조사 광학소자는 투사 엔진 (1600)에 관해서 상기한 바와 유사할 수 있으며, 따라서 동일한 참조 부호로 표시된다.

예비편광된, 균질화 광은 (1612)은 제1 발산 감소 렌즈 (1614)를 통과하여 제1 색 분리기 (1810)에 입사된다. 색 분리기 (1810)는 유전 박막 필터의 형태일 수 있다. 제1 색 밴드의 빛 (1818)은 제1 PBS (1820)로 향하게 된다. 빛 (1818)은 또다른 렌즈 (1822) 또는 렌즈 시스템에 통과할 수 있다. 빛 (1818)은 반사광 (1826)에 영상을 얹는 제1 영상기 (1824)로 향한다. 영상 광 (1826)은 PBS (1820)를 거쳐 색 조합기 (1828)로 이동한다.

제1 색 밴드로부터 제2 색 밴드로서 분리된 빛 (1830)은 제2 PBS (1832)로 향하고, 제2 PBS는 빛 (1830)을 제2 영상기 (1834)로 향하게 한다. 빛 (1830)은 1개 이상의 렌즈 (1831)를 통과함으로써 그의 발산이 조절된다. 영상기 (1834)는 반사 광 (1836)에 영상을 얹는다. 그후에, 영상 광 (1836)은 색 조합기 (1828)에서 영상 광 (1826)과 색 조합된다. 제2 색 밴드의 빛 (1830)은 색 변조기 (1838)에 의해, 예를 들어 모터 (1840)에 의해 회전되는 칼라 휠을 통과함으로써 색 변조될 수 있다. 칼라 휠은 2개 이상의 다른 색 서브-밴드에 대한 투과 필터 (1842 및 1844)를 포함한다. 따라서, 빛 (1830)은 선택적으로 제1 및 제2 색 서브-밴드가 되도록 일시적으로 변조될 수 있다. 예로서, 제1 색 밴드의 빛 (1818)은 청색이고, 제2 색 밴드의 빛 (1830)은 녹색 및 적색일 수 있다. 그러한 경우에, 칼라 휠은 일반적으로 교대의 녹색 및 적색 투과 필터를 가지므로, 한번에 제2 PBS (1832)에 도달하는 색 변조된 빛 (1846)은 녹색 또는 적색이 된다. 또다른 실시태양에서, 제1 색 밴드의 빛 (1818)은 적색이고, 제2 색 밴드의 빛 (1830)은 녹색 및 청색이다. 다른 방법을 이용하여 빛 (1830)을 색 변조할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 색 변조기 (1838)는 문헌 ("High throughput Color Switch for Sequential Color Projection" by G.D. Sharp et al., SID 2000 Digest, paper 9.4, 2000)에 기재된 바와 같은 전기-광학 방법 색 변조기일 수 있다.

영상기 (1824 및 1834)는 정확한 시간에 적절한 영상을 표시하도록 조절기 (1850)에 의해 작동될 수 있다. 색 변조기 (1838)는 또한 조절기 (1850)에 의해 조절되어, 색 변조기를 투과한 빛 (1846)의 색이 영상기 (1834)에 의해 표시되는 영상과 일치하게 된다.

PBS (1820 및 1832)는 예를 들어, 도 11에 대하여 상기한 방식으로 비점 수차 보정을 제공할 수 있다. 도 15를 참고로 아래에 기재된 바와 같은, 다른 비점 수차 보정 방법이 이용될 수도 있다.

3-영상기 투사 시스템 (1900)의 또다른 실시태양은 도 19에 개략적으로 예시되어 있다. 투사 시스템 (1600)과 유사한 투사 시스템 (1900)의 요소는 동일하게 표시되어 있다.

이 실시태양에서, 제1 및 제2 PBS (1924 및 1942)는 다층 편광 필름 (1952)과 굴절율이 거의 유사한 굴절율의 커버 (1950)를 이용하여 형성된다. 이것은 PET계 편광 필름과 같은, 아주 청색의 투명한 편광 필름을 사용할 필요가 없는 색 밴드의 빛에 대해 특히 유리하다. 한편, PET 필름이 청색 광에 의해 조사될 때 다른 유형의 다층 필름 보다 적게 변질되므로, PET계 다층 필름이 통상적으로 청색 밴드에 대해 사용된다. 청색 밴드는 또한 열 유도성 복굴절에 대해 민감하므로, 청색 밴드에 사용되는 PBS의 커버는 낮은 광탄성 계수를 갖는 것이 바람직하다. 그러므로, 통상적으로 PET계 다층 필름을 사용하고 열 복굴절을 감소시키기 위하여 청색 밴드에 대해 비교적 고 굴절율 유리 재료의 커버를 사용한다. 결과적으로, 청색 밴드의 PBS (1948)는 여전히 비점 수차 보정을 포함할 수 있다.

녹색 및 적색 밴드가 PEN계 필름과 같은, 고 광파워를 갖는 다층 필름을 사용할 수 있으므로, 이들 색 밴드에 대해 더 낮은 굴절율의 유리 커버를 사용함으로써 PBS (1924 및 1942)에 의해 도입되는 비점 수차가 감소된다. 예를 들면, PBS (1924 및 1942)의 커버가 n = 1.62의 굴절율을 가진 SF12 유리로 형성된다면, 다층 필름이 PEN계일 때, 비점 수차는 약 17 ㎛ 정도로 작다. 따라서, 녹색 및 적색 밴드의 빛은 비점 수차 보정을 포함하지 않는 PBS를 사용할 수 있다. 청색 밴드에 대한 PBS (1948)는 예를 들면 PBH55 유리 커버 및 PBH71로 제조된 유리 슬래브를사용할 수 있다.

영상기와 투사 광학소자 (1652) 사이의 광로 길이는 각각의 광 밴드에 대해 대략 동일하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 각각의 영상기와 색 조합기 (1630) 사이의 물리적 분리를 각각 다른 값으로 설정하거나, 또는 다른 두께의 유리 커버를 사용한다.

하나의 영상기 만을 사용하는 시스템에서 비점 수차를 보정하는 다른 방법은 도 12에 나타낸 실시태양에 예시되어 있다. 광원 (도시하지 않음)으로부터의 빛 (1202)은 유리 프리즘 (1210) 사이에 끼어있는 MRPB 필름 (1208)으로 형성된 PBS (1206)에 의해 영상기 (1204)를 향하여 반사된다. 영사기 (1204)로부터 반사된 영상 광 (1212)은 PBS (1206)에 투과된다. 영상 광 (1212)은 PBS (1206)의 통과로 인해 비점 수차가 생긴다.

영상 광 (1212)은 상대적으로 높은 굴절율의 2개의 프리즘 (1218) 사이에 끼워진 상대적으로 낮은 굴절율의 필름 (1216)을 가진 비점 수차-보정 큐브 (1214)를 통과한다. 필름 (1216)의 면은 PBS (1206) 내의 MRPB 필름 (1208)의 회전축 (1222)에 수직인 회전축 (1220) 주위에 회전된다. 필름 (1216)의 두께 및 각도는 PBS (1206) 또는 투사 시스템의 다른 성분에서 발생되는 비점 수차를 감소시키거나 실질적으로 보정하도록 선택될 수 있다.

한 실시태양에서, 큐브 (1214)는 PBS (1206)의 유리 프리즘 (1210)과 유사한 2개의 유리 프리즘 (1218) 사이에 끼워진, MRPB 필름 (1208)과 유사한 MRPB 필름 (1216)으로 형성될 수 있다. 그러한 경우에, MRPB 필름 (1216)은 영상 광 (1212)을 투과하도록 배향된다. 제2 MRPB 필름 (1216)이 후-편광자로서 사용되어 PBS (1206)에 의해 차단되는 편광 상태의 빛의 투과를 감소시킴으로써 콘트라스트가 증가하게 된다.

제1 MRPB 필름 (1208)의 광학적 요건, 즉 한가지 편광 상태의 높은 투과율 및 다른 편광 상태의 높은 반사율은, 영상 빔 (1212)에서 양호한 콘트라스트가 얻어질 정도로 높다. 이는 MRPB 필름의 제조 길이 중 최상의 성능을 가진 구간 만이 제1 MRPB 필름 (1208)으로서 사용하기에 적합함을 의미한다. 그러나, 제2 MRPB 필름 (1216)은 콘트라스트를 발생시키는 주요 수단이 아니고, 비점 수차 보정 및 클린 업에 주로 사용되는 것이므로, 그의 광학적 요건은 더욱 완화된다. 투과된 빛에 대한 소멸 비는 100:1 - 10:1일 수 있다. 그러므로, 제2 MRPB 필름 (1216)은 MRPB 필름의 제조 길이 중 최적 보다 부족한 성능의 구간으로 형성될 수 있으므로, 유용한 MRPB 필름 제조 길이의 비율이 증가하게 된다.

큐브 (1214)는 또한 두꺼운 판을 가진 맥네일 PBS일 수도 있다. 맥네일 PBS가 투과시에만 작용하고, 혼합된 편광 상태를 함유하는, 맥네일 PBS에 의해 반사되는 빛이 무시되기 때문에 이 실시태양에서 맥네일 PBS을 사용할 수 있다. 맥네일 PBS가 사용되는 경우, 제2 큐브는 BK7 유리로부터 형성될 수 있다.

도 12에 예시된 비점 수차 보정의 실시태양은, PBS (1206)와 영상기 사이에 색분리기/조합기가 사용되는 다중 영상기 코어에서 이행될 수도 있음을 이해할 것이다.

두 영상기를 기본으로 하는 투사 엔진 (1300)에서 비점 수차를 보정하는데유리한, 비점 수차 보정의 또다른 특별한 실시태양은 도 13에 개략적으로 예시되어 있다. 이 실시태양에서, 광원 (도시되지 않음)으로부터의 빛 (1302a 및 1302b)은 각각의 카티션 PBS (1304a 및 1304b)에 입사된다. 다른 광선 (1302a 및 1302b)은 반사 이색 필터를 사용하여 광원으로부터 빛을 분리하거나 또는 2가지 색 밴드를 형성하는데 적합한 임의의 방법에 의해 발생될 수 있다. PBS (1304a 및 1304b)는 각각의 MRPB 필름 (1306a 및 1306b)을 사용하여 특별한 편광 상태의 빛을 반사한다. PBS (1304a 및 1304b)로부터 반사된 빛 (1308a 및 1308b)은 각각의 영상기 (1314 및 1318)로 향한다. 제1 영상기 (1314)에 의해 반사된 영상 광 (1312a)은 PBS (1304a)를 거쳐 이색 조합기 (1310)로 투과된다. 제2 영상기 (1318)에 의해 반사된 영상 광 (1312b)은 PBS (1304b)를 거쳐 이색 조합기 (1310)로 투과된다. 제1 색 밴드의 영상 광 (1312a)이 이색 조합기 (1310)를 투과하는 동안, 제2 색 밴드의 영상 광 (1312b)은 제1 영상 광 (1312a)과 조합되도록 이색 조합기 (1310)에 의해 반사되어 조합된 영상 광 출력 (1320)을 나타낸다.

이색 조합기 (1310)는 일반적으로 유리 프리즘인, 2개의 프리즘 (1322 및 1324)으로 형성된다. 프리즘 (1322 및 1324)은 제1 굴절율을 가진 재료로 형성된다. 각 프리즘 (1322 및 1324)은 각각 그의 베이스를 따라, 고 굴절율 유리와 같은 고 굴절율 재료 판 (1326 및 1328)을 갖는다. 이색 필름 (1330)은 고 굴절율 재료의 2개의 판 (1326 및 1328) 사이에 배치된다.

고 굴절율 재료 판 (1326 및 1328)은 비점 수차, 예를 들면 PBS (1304a 및 1304b)에서 발생되는 비점 수차를 실질적으로 감소시키는 두께를 갖도록 선택된다.판 (1326 및 1328)은 예시된 바와 같이 동일한 두께를 갖도록 선택된다. 판 (1326 및 1328)은 또한 도 14에 나타낸 바와 같이, 하나의 판이 다른 것 보다 더 두껍도록 선택될 수도 있다. 이러한 후자의 실시태양은, 예를 들면 하나의 색 밴드가 다른 색 밴드 보다 더 많은 비점 수차 보정을 필요로 하는 경우에 유리할 수 있다. 예를 들면, 더 짧은 파장 범위를 갖는 색 밴드는 더 긴 파장 밴드의 빛 보다 더 적은 비점 수차 보정을 필요로 하는 것으로 확인된다. 제1 판 (1326a)이 두께 d1을 갖고 제2 판 (1328a)이 두께 d2를 가질 때, 제1 색 밴드의 빛 (1312a)은 d1 + d2의 고 굴절율 재료의 조합된 두께를 통과한다. 한편, 제2 색 밴드의 빛 (1312b)은 2 x d2의 고 굴절율 재료의 조합된 두께를 통과한다. 따라서, d1 > d2인 경우, 제2 색 밴드의 영상 광 (1312b) 보다 제1 색 밴드의 영상 광 (1312a)에서 더 많은 양의 비점 수차 보정이 일어난다.

비점 수차 감소를 위해 고 굴절율 또는 저 굴절율의 슬래브를 광학 시스템에 첨가하는 것 외에, 웨지형 부품을 광학 시스템에 도입함으로써 비점 수차가 감소될 수도 있다. 웨지형 비점 수차 보정 요소의 한가지 특별한 실시태양은 도 15에 예시되어 있으며, 이는 MRPB 필름 (1506)이 사이에 끼워진 2개의 유리 프리즘 (1502 및 1504)으로 형성된 PBS (1500)를 나타낸다. 광원 (도시하지 않음)으로부터의 빛 (1508)은 MRPB 필름 (1506)에 의해 1개 이상의 영상기 (1510)로 반사된다. 1개를 넘는 영상기 (1510)가 사용된다면, 색 프리즘 (1512)은 PBS (1500)와 다중 영상기 사이에 놓여질 수 있다.

웨지 판 (1514)은 MRPB 필름 (1506)과 프리즘 (1502 및 1504) 중의 하나와의사이에 배치된다. 웨지 판 (1514)은 임의의 적합한 투명 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 웨지 판 (1514)은 유리 또는 고분자로 형성될 수 있다. 하나의 특별한 실시태양에서, 웨지 판 (1514)은 MRPB 필름 (1506)을 프리즘 (1504)에 부착시키는 노를랜드 61과 같은 광학 접착제로 형성된다.

실시태양은 예를 들어 추가로 설명된다. 유리 프리즘 (1502 및 1504)이 SF57 유리로 형성되고 MRPB 필름/접착제 층이 225 ㎛의 두께를 갖는 경우, 광선 추적 프로그램 ZEMAX를 사용하여 계산된, 비점 수차 보정에 필요한 웨지 각 α는 0.15 °-0.25°이다. 프리즘 높이가 h인 경우, 웨지 (1514)의 넓은 쪽의 웨지 두께 w는 다음 수학식으로 표시된다.

h = 35 ㎜인 경우, 두께 w는 129 ㎛로 계산되고, 따라서 PBS의 중앙에서의 광로 길이 변화는 65 ㎛이다. 프리즘 (1504)의 한쪽에 129 ㎛ 스페이서를 놓고 형성된 웨지형 공간에 광학 접착제를 채움으로써 웨지가 광학 접착제로 형성될 수 있다. 그후에, 광학 접착제는 UV 광을 이용하여 경화될 수 있다.

스페이서는 웨지의 넓은 쪽 만을 따라서 놓여진 유리 또는 플라스틱 구일 수 있다. 별법으로, 스페이서는 MRPB 필름 (1506)에 엠보싱되거나 PBS 프리즘 (1504)에 부착된 구조일 수 있다. 제조 공차가 적당히 높으면, 스페이서가 전혀 없을 수있다. 프리즘 중의 하나를 서로에 대해 편향시킴으로써 기계는 간단히 제조 중에 접착제로 채워질 웨지에 대한 갭을 자동적으로 형성할 수 있다. 기타 프리즘 (1502)의 형태는 영상화 경로에서 PBS (1500)의 비-병렬을 보정하도록 조정될 수 있다.

비점 수차를 보정하기 위해 웨지형 요소 (1514)를 사용하는 이점 중의 하나는 PBS의 총 두께가, 예를 들어 고 굴절율 판의 첨가가 광로를 2.8 ㎜ 이상 증가시킨 도 11에 예시된 실시태양 보다 작을 수 있다는 것이다. 웨지 각이 작으므로, 웨지 (1514)는 MRPB 필름 (1506)을 프리즘 (1502 및 1504)에 부착시키는데 사용된 접착제로부터 간단히 형성될 수 있다. 웨지형 PBS 어셈블리에 슬래브와 같은 별도의 광학 부품이 필요하지 않다. 다른 부품, 예를 들어 이색 분리기/조합기 또는 X-큐브 조합기에 웨지 비점 수차 보정이 도입될 수 있음을 이해할 것이다.

도 15에 예시된 바와 같이 단일 영상기 투사 시스템이 다른 유형의 비점 수차 감소된 PBS를 이용할 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, PBS (1500)는 도 11에 예시된 PBS (1100)와 같은 PBS로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 비점 수차 감소된 PBS (1500)는 다중 영상기 투사 시스템, 예를 들면 도 16 및 18에 개략적으로 예시된 다중 영상기 투사 시스템에 사용될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 소자에 응용가능하며, 투사 시스템의 비점 수차, 예를 들면 고분자 다층 반사형 편광 빔분할기 필름을 이용하는 편광 빔분할기에 의해 도입되는 비점 수차를 감소시키는데 특히 유용한 것으로 생각된다. 통상적인 유형의 고분자 다층 반사형 편광 빔분할기 필름은 매치된 굴절율의다층 필름이다. 본 발명은 또한 투사 시스템의 다른 부품에서 발생되는 비점 수차를 감소시키는데 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명은 광범위한 f-수를 갖는 투사 시스템에 응용가능하지만, 낮은 f-수를 갖는 투사 시스템에 특히 유용한 것으로 생각된다.

본 발명은 상기한 특별한 실시예에 제한되는 것으로 간주되지 않아야 하며, 부착된 청구의 범위에 적절하게 설명된 바와 같이 본 발명의 모든 면을 커버하는 것으로 이해되어야 한다. 각종 변형, 등가 방법 및 본 발명이 응용될 수 있는 많은 구조가 본 명세서의 재검토 시에 당업계의 숙련인에게 자명할 것이다. 청구의 범위는 그러한 변형 및 장치를 커버하기 위한 것이다.

Claims

빛을 발생시키는 광원;

광원으로부터의 빛에 영상을 얹기 위한 것으로서, 적어도 제1 반사 영상기 및 제1 편광 빔분할기를 포함하며, 제1 편광 빔분할기가 반사 영상기로부터 반사된 영상 광에서 비점 수차를 감소시키는데 적합한 것인 영상화 코어; 및

영상화 코어로부터 받은 비점 수차-감소된 영상 광을 투사하는 투사 렌즈 시스템

을 포함하는 투사 시스템.
제1항에 있어서, 영상화 코어가 제2 반사 영상기 및 제2 편광 빔분할기를 추가로 포함하며, 제1 및 제2 반사 영상기 및 제1 및 제2 편광 빔분할기가 각각의 제1 및 제2 색 밴드에 빛을 얹는 시스템.
제2항에 있어서, 영상화 코어가 적어도 제1 및 제2 반사 영상기로부터 받은 각각의 색 밴드의 영상 광을 조합하도록 배치된 색 조합기를 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 제1 및 제2 편광 빔분할기 중의 하나와 색 조합기의 사이에 배치된 편광 회전 요소를 추가로 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 제3 반사 영상기 및 제3 편광 빔분할기를 추가로 포함하며, 색 조합기가 제1, 제2 및 제3 반사 영상기로부터의 영상 광을 조합하도록 배치된 x-큐브 색 조합기인 시스템.
제5항에 있어서, 색 조합기와 제1, 제2 및 제3 편광 빔분할기 중 하나 이상과의 사이에 배치된 편광 회전 요소를 추가로 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 광원으로부터의 빛을 적어도 제1 및 제2 반사 영상기로 향하는 각각의 색 밴드로 분리하도록 배치된 색 분리 광학 요소를 추가로 포함하는 시스템.
제3항에 있어서, 반사 영상기 중의 하나 이상으로 향한 빛의 색을 변조하기 위하여 반사 영상기 중의 하나 이상으로 향한 광선 내에 배치된 일시적으로 변조된 색 필터를 추가로 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 일시적으로 변조된 색 필터가 칼라 휠인 시스템.
제9항에 있어서, 일시적으로 변조된 칼라 휠과 반사 영상기 중의 하나 이상으로 향하는 영상 정보의 타이밍을 동기화하도록 결합된 조절기를 추가로 포함하는 시스템.
제8항에 있어서, 일시적으로 변조된 색 필터가 전기-광학 칼라 스위치인 시스템.
제11항에 있어서, 일시적으로 변조된 전기-광학 칼라 스위치와 반사 영상기 중의 하나 이상으로 향하는 영상 정보의 타이밍을 동기화하도록 결합된 조절기를 추가로 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 영상 광의 비점 수차가 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 작은 값으로 감소되는 시스템.
제1항에 있어서, 광원과 영상화 코어 사이에 배치된 광 조절 광학소자를 추가로 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 반사 영상기에 입사되는 빛에 얹혀지는 영상을 조절하기 위해 적어도 제1 및 제2 반사 영상기에 결합된 조절기를 추가로 포함하는 시스템.
제1항에 있어서, 제1 편광 빔분할기가 카티션 (Cartesian) 편광 빔분할기인 시스템.
제1항에 있어서, 2.5 이하의 f-수를 갖는, 광원과 영상화 코어 사이에 배치된 광 조절 광학소자를 추가로 포함하는 시스템.
제17항에 있어서, 투사 렌즈 시스템이 광 조절 광학소자의 f-수에 매치되는 f-수를 갖는 시스템.
제1항에 있어서, 영상화 코어가 텔레센트릭 조사 및 투사를 위해 설계된 시스템.
제1항에 있어서, 제1 편광 빔분할기가 제1 굴절율 범위 내의 굴절율을 갖는 다층 편광 민감성 반사 필름, 및 제1 굴절율 범위 보다 높은 제2 굴절율을 갖는, 다층 편광 민감성 반사 필름의 어느 면 상의 커버를 포함하며, 다층 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 제2 굴절율 보다 높은 제3 굴절율을 갖는 시트 재료가 놓여있는 시스템.
제1항에 있어서, 제1 편광 빔분할기가 제1 커버와 제2 커버 사이에 배치된 다층 편광 민감성 반사 필름을 포함하며, 커버의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 갖는 웨지 재료가 다층 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 배치되는 시스템.
제1항에 있어서, 광원으로부터의 빛은 제1 편광 빔분할기에서 반사되고 영상기로부터 반사된 영상 광은 제1 편광 빔분할기에 투과되는 시스템.
빛을 발생시키기 위한 발광 수단;

발광 수단으로부터의 빛에 영상을 얹기 위한 것으로서, 적어도 제1 영상기 수단 및 편광 모드 빔분할하기 위한 제1 편광 빔분할 수단을 포함하며, 빔분할 수단 중의 하나 이상이 영상 광의 비점 수차를 감소시키는데 적합한 것인 영상화 코어 수단; 및

영상화 코어 수단으로부터 받은 비점 수차-감소된 영상 광을 투사하는 투사 렌즈 유닛

을 포함하는 투사 시스템.
커버 사이에 배치된 다층 편광 민감성 필름 및 편광 필름에 의해 도입되는 비점 수차를 감소시키기 위해 커버의 대향 외면 사이에 배치된 비점 수차 감소 요소를 포함하는 편광 빔분할기.
제24항에 있어서, 다층 편광 민감성 필름이 다층 고분자 편광 민감성 필름인 빔분할기.
제24항에 있어서, 비점 수차 감소 요소가 커버 사이에 배치된 빔분할기.
제24항에 있어서, 커버가 다층 필름의 굴절율 보다 높은 굴절율을 갖는 재료로 형성된 빔분할기.
제24항에 있어서, 비점 수차 보정 요소가 커버 사이에 배치된, 제1 및 제2 커버의 굴절율 보다 높은 굴절율을 갖는 판 재료인 빔분할기.
제24항에 있어서, 비점 수차 보정 요소가 제1 및 제2 커버의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 갖는 웨지 재료인 빔분할기.
제24항에 있어서, 커버가 유리 프리즘인 빔분할기.
제24항에 있어서, 다층 편광 민감성 필름이 적색, 녹색 또는 청색 투사 색 밴드 중의 하나의 편광 감도에 최적인 빔분할기.
빛을 발생시키는 광원;

광원으로부터의 빛에 영상을 얹기 위한 것으로서, 적어도 제1 반사 영상기 및 제1 편광 빔분할기를 포함하며, 제1 편광 빔분할기가 커버 사이에 배치된 다층 편광 필름 및 편광 필름에 의해 도입되는 비점 수차를 감소시키기 위한 비점 수차 감소 요소를 포함하는 영상화 코어; 및

영상화 코어로부터 받은 영상 광을 투사하는 투사 렌즈 시스템

을 포함하는 투사 시스템.
제32항에 있어서, 영상화 코어가 제2 반사 영상기 및 제2 편광 빔분할기를 추가로 포함하며, 제1 및 제2 반사 영상기 및 제1 및 제2 편광 빔분할기가 각각의 제1 및 제2 색 밴드에 빛을 얹는 시스템.
제33항에 있어서, 영상화 코어가 적어도 제1 및 제2 반사 영상기로부터 받은 각각의 색 밴드의 영상 광을 조합하도록 배치된 색 조합기를 포함하는 시스템.
제34항에 있어서, 제1 및 제2 편광 빔분할기 중의 하나와 색 조합기의 사이에 배치된 편광 회전 요소를 추가로 포함하는 시스템.
제34항에 있어서, 제3 반사 영상기 및 제3 편광 빔분할기를 추가로 포함하며, 색 조합기가 제1, 제2 및 제3 반사 영상기로부터의 영상 광을 조합하도록 배치된 x-큐브 색 조합기인 시스템.
제36항에 있어서, 색 조합기와 제1, 제2 및 제3 편광 빔분할기 중 하나 이상과의 사이에 배치된 편광 회전 요소를 추가로 포함하는 시스템.
제34항에 있어서, 광원으로부터의 빛을 적어도 제1 및 제2 반사 영상기로 향하는 각각의 색 밴드로 분리하도록 배치된 색 분리 광학 요소를 추가로 포함하는 시스템.
제34항에 있어서, 반사 영상기 중의 하나 이상으로 향한 빛의 색을 변조하기 위하여 반사 영상기 중의 하나 이상으로 향한 광선 내에 배치된 일시적으로 변조된 색 필터를 추가로 포함하는 시스템.
제32항에 있어서, 영상 광의 비점 수차가 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 작은 값으로 감소되는 시스템.
제32항에 있어서, 광원과 영상화 코어 사이에 배치된 광 조절 광학소자를 추가로 포함하는 시스템.
제32항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 반사 영상기에 입사되는 빛에 얹혀지는 영상을 조절하기 위해 적어도 제1 및 제2 반사 영상기에 결합된 조절기를 추가로 포함하는 시스템.
제32항에 있어서, 제1 편광 빔분할기가 카티션 (Cartesian) 편광 빔분할기인 시스템.
제32항에 있어서, 2.5 이하의 f-수를 갖는, 광원과 영상화 코어 사이에 배치된 광 조절 광학소자를 추가로 포함하는 시스템.
제32항에 있어서, 영상화 코어가 텔레센트릭 조사 및 투사를 위해 설계된 시스템.
제32항에 있어서, 다층 필름이 제1 굴절율 범위 내의 굴절율을 가지며, 커버가 제1 굴절율 범위 보다 높은 제2 굴절율을 가지며, 비점 수차 감소 요소가 제2 굴절율 보다 높은 제3 굴절율을 갖는, 다층 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 놓여있는 시트 재료를 포함하는 시스템.
제32항에 있어서, 비점 수차 감소 요소가 다층 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 배치된 웨지 재료를 포함하며, 웨지 재료의 굴절율이 커버의 굴절율 보다 낮은 시스템.
제32항에 있어서, 다층 편광 민감성 필름이 다층 고분자 편광 민감성 필름인 시스템.
제1 편광 상태의 빛이 통과하는 제1 경로가 형성되는 편광 빔분할기;

빛을 편광 빔분할기로 다시 반사하도록 배치되어, 그것에 입사된 빛의 일부분을 편광 회전시키고, 편광 회전된 빛이 그것으로부터 편광 빔분할기를 거치는 제2 경로를 따라 전파되도록 하는 1개 이상의 영상기;

편광 빔분할기에 의해 야기된 편광 회전된 빛의 비점 수차를 감소시키기 위해 제2 경로 상에 배치된 비점 수차 보정 요소

를 포함하는 광학 디바이스.
제49항에 있어서, 빛을 발생시키는 광원 및 편광 빔분할기에 도달하기 전에 빛을 조절하는 광 조절 광학소자를 추가로 포함하는 디바이스.
제49항에 있어서, 1개 이상의 영상기로부터 받은 영상 광을 투사하는 투사 렌즈 시스템을 추가로 포함하는 디바이스.
제51항에 있어서, 비점 수차 보정 요소가 비점 수차를 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 작은 값으로 감소시키는 디바이스.
제49항에 있어서, 1개 이상의 영상기에 입사된 빛에 얹혀진 영상을 조절하기 위해 1개 이상의 영상기에 결합된 조절기를 추가로 포함하는 디바이스.
제49항에 있어서, 편광 빔분할기가, 편광 고정축을 한정하는 구조적 배향을갖는 카티션 편광 빔분할기이며, 2.5 이하의 f-수를 갖는 영상기 조사 광학소자를 추가로 포함하며, 디바이스가 가시광 범위의 투사된 색 밴드에 대해 100:1 이상의 동적 범위를 갖는 디바이스.
제49항에 있어서, 편광 빔분할기가 상대적으로 낮은 굴절율을 가진 다층 편광 민감성 반사 필름 및 상대적으로 높은 굴절율을 가진 편광 민감성 반사 필름의 어느 면 상의 커버를 포함하는 디바이스.
제55항에 있어서, 다층 편광 민감성 반사 필름이 x-y 면에 놓여있고 z-방향의 두께를 가지며, 필름이 x- 및 y-굴절율 중의 하나와 실질적으로 매치되는 z-굴절율을 갖는 디바이스.
제55항에 있어서, 비점 수차 보정 요소가 고 굴절율 재료 판의 적어도 한면 상에 재료의 굴절율 보다 더 높은 굴절율을 가진 고 굴절율 재료 판을 포함하는 디바이스.
제57항에 있어서, 고 굴절율 재료 판이 커버의 굴절율 보다 높은 굴절율을 가지며, 고 굴절율 재료 판이 편광 민감성 반사 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 배치된 디바이스.
제55항에 있어서, 비점 수차 보정 요소가 편광 민감성 반사 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 편광 빔분할기 내의 웨지형 요소를 포함하는 디바이스.
제59항에 있어서, 웨지형 요소가 커버의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 갖는 디바이스.
제59항에 있어서, 웨지형 요소가 편광 민감성 반사 필름에 커버 중의 하나를 부착시키는 웨지형 접착제 층인 디바이스.
제49항에 있어서, 편광 빔분할기로부터의 광 출력을 제1 경로를 따라 받아들이도록 배치된 색 분리 프리즘을 추가로 포함하며, 1개 이상의 영상기가 색 분리 프리즘의 각각의 색 출력 면에 인접하여 배치된 다중 영상기를 포함하는 디바이스.
제62항에 있어서, 색 분리 프리즘이 적어도 제1 및 제2 색 분리 요소를 포함하며, 제1 색 분리 요소가 적어도 제2 색 분리 요소 보다 편광 빔분할기에 더 가까우며, 제1 및 제2 색 분리 요소가 색 분리 요소의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 가진 재료의 갭 층에 의해 분리되고, 갭 층의 두께가 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 감소시키도록 선택된 디바이스.
제63항에 있어서, 제1 갭 층이 50 ㎛ 이상의 두께를 갖는 공기 갭인 디바이스.
제63항에 있어서, 제1 색 분리 요소가 제2 갭 층에 의해 분리되는 두 부분으로 이루어지고, 제2 갭 층이 제1 색 분리 요소에 의해 분리되지 않은 빛이 제1 색 분리 요소를 거쳐 이동되는 경로 외측에 위치되며, 제2 갭 층이 제1 색 분리 요소에 의해 분리된 파장 범위의 빛에 대해 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 감소시키도록 선택된 두께를 갖는 디바이스.
제65항에 있어서, 제2 갭 층이 공기 갭인 디바이스.
제62항에 있어서, 색 분리 프리즘과 편광 빔분할기 사이에 배치된 웨지 프리즘을 추가로 포함하며, 웨지 프리즘과 색 분리 프리즘 사이의 제3 갭 층이 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 감소시키도록 선택된 두께를 갖는 디바이스.
제67항에 있어서, 제3 갭 층의 두께가 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 실질적으로 보정하도록 선택된 디바이스.
제67항에 있어서, 색 분리 프리즘이 제1 색 분리 요소 및 적어도 제2 색 분리 요소를 포함하며, 제1 색 분리 요소가 적어도 제2 색 분리 요소 보다 웨지 프리즘에 더 가까우며, 제1 및 제2 색 분리 요소가 제1 갭 층에 의해 분리되고, 제1 및제3 갭 층의 두께가 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 실질적으로 보정하도록 선택된 디바이스.
제62항에 있어서, 색 분리 프리즘이 편광 빔분할기의 반사 면에 대략 수직인 면에서 빛을 다른 색으로 분리하는 디바이스.
제62항에 있어서, 색 분리 프리즘이 편광 빔분할기의 반사 면에 대략 평행인 면에서 빛을 다른 색으로 분리하는 디바이스.
제62항에 있어서, 색 분리 프리즘이 적어도 제1 및 제2 색 분리 요소를 포함하며, 제1 색 분리 요소가 적어도 제2 색 분리 요소 보다 편광 빔분할기에 더 가까우며, 제1 및 제2 색 분리 요소 중의 적어도 하나의 굴절율 보다 높은 굴절율을 가진 제1 재료로 형성된 판이 제1 및 제2 색 분리 요소 사이에 배치된 디바이스.
제72항에 있어서, 제1 재료 판이 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 감소시키도록 선택된 두께를 갖는 디바이스.
제72항에 있어서, 제1 색 분리 요소가 제1 색 분리 요소의 재료와 다른 제2 재료 판으로 분리되는 두 부분으로 이루어지고, 제2 재료 판이 제1 색 분리 요소에 의해 분리되지 않은 빛이 이동되는 경로 외측에 위치되는 디바이스.
제74항에 있어서, 제2 재료 판의 너비가 제1 색 분리 요소에 의해 분리된 파장 범위의 빛에 대해 편광 빔분할기에서 발생되는 비점 수차를 감소시키도록 선택된 디바이스.
제74항에 있어서, 제2 재료가 제1 재료와 동일한 디바이스.
제49항에 있어서, 빛을 2가지 이상의 색 밴드로 분리하기 위한 색 분리 요소 및 2가지 이상의 색 밴드의 빛을 조합하는 x-큐브를 추가로 포함하며, 적어도 각각의 반사 편광 빔분할기 및 각각의 영상기가 2가지 이상의 색 밴드 각각에 대한 색 분리 요소와 x-큐브 조합기 사이에 배치되고, x-큐브 조합기가 x-큐브를 형성하는 x-큐브 프리즘의 굴절율과 다른 굴절율을 가진 재료의 비점 수차-감소 슬래브를 포함하는 디바이스.
제77항에 있어서, 비점 수차-감소 슬래브가 x-큐브 프리즘의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 가진 재료로 형성된 디바이스.
제49항에 있어서, 1개 이상의 영상기가 2개의 영상기를 포함하고, 편광 빔분할기와 2개의 영상기 사이에 배치된 이색 빔분할기를 추가로 포함하며, 이색 빔분할기가 제1 굴절율의 재료로 형성된, 대각선 베이스를 갖는 제1 및 제2 프리즘,제1 및 제2 프리즘의 대각선 베이스 사이에 배치된 이색 필름, 및 이색 필름과 제1 프리즘의 베이스 사이에 배치된, 제1 굴절율 보다 높은 굴절율을 가진 제1 층 및 이색 필름과 제2 프리즘의 베이스 사이에 배치된, 제1 굴절율 보다 높은 굴절율을 가진 제2 층을 포함하는 디바이스.
제49항에 있어서, 비점 수차 보정 요소가 제2 경로 상에 제1 필름을 포함하며, 제1 필름이 제1 및 제2 커버 사이에 배치되며, 제1 및 제2 커버가 제1 필름의 굴절율 보다 높은 굴절율을 가진 디바이스.
제80항에 있어서, 제2 경로에 대한 제1 필름의 회전축이 편광 빔분할기 내의 편광 민감성 반사 필름의 회전축에 수직인 디바이스.
제80항에 있어서, 제1 필름이 다층 편광 민감성 반사 필름인 디바이스.
제1 편광 상태의 빛을 제1 경로를 따라 향하게 하고 제1 편광 상태에 직교하는 제2 편광 상태의 빛을 제1 경로와 다른 제2 경로를 따라 향하게 하기 위한 편광 빔분할기 수단;

빛의 일부분을 편광 회전시키고 빛을 편광 빔분할기로 반사하여 빛에 영상을 얹기 위한 것으로서, 영상 광이 편광 빔분할기 수단을 거치는 제2 경로를 따라 전파되도록 하는 광 영상화 수단; 및

편광 빔분할기 수단에 의해 야기된 영상 광의 비점 수차를 감소시키기 위해 제2 경로 상에 배치된 비점 수차 보정 수단

을 포함하는 광학 디바이스.
빛을 발생시키는 광원;

광원으로부터의 빛을 조절하는 광 조절 광학소자;

조절 광학소자로부터의 조절된 빛에 영상을 얹어서 영상 광을 형성하기 위한 것으로서, 편광 빔분할기 및 1개 이상의 영상기를 포함하며, 영상화 코어 내의 1가지 이상의 요소가 영상 광의 비점 수차를 감소시키기에 적합한 것인 영상화 코어; 및

영상화 코어로부터 받은 비점 수차-감소된 영상 광을 투사하는 투사 렌즈 시스템

을 포함하는 투사 시스템.
제84항에 있어서, 비점 수차를 감소시키기에 적합한 영상화 코어 내의 1가지 이상의 요소가 비점 수차를 투사 렌즈 시스템의 시야 심도 보다 작은 값으로 감소시키는 시스템.
제84항에 있어서, 1개 이상의 영상기에 입사된 빛에 얹혀진 영상을 조절하기 위해 1개 이상의 영상기에 결합된 조절기를 추가로 포함하는 시스템.
제84항에 있어서, 편광 빔분할기가 편광 고정축을 한정하는 구조적 배향을 갖는 카티션 편광 빔분할기이며, 광 조절 광학소자가 2.5 이하의 f-수를 가지며, 시스템이 가시광 범위의 투사된 색 밴드에 대해 100:1 이상의 동적 범위를 갖는 시스템.
제84항에 있어서, 영상화 코어가 텔레센트릭인 시스템.
제84항에 있어서, 편광 빔분할기가 상대적으로 낮은 굴절율을 가진 다층 편광 민감성 반사 필름 및 상대적으로 높은 굴절율을 가진 편광 민감성 반사 필름의 어느 면 상의 커버를 포함하며, 비점 수차가 편광 빔분할기에서 적어도 부분적으로 발생되는 시스템.
제89항에 있어서, 편광 빔분할기가 다층 편광 민감성 반사 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 배치된 웨지를 포함하며, 웨지가 커버의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 갖는 시스템.
제89항에 있어서, 편광 빔분할기가 다층 편광 민감성 반사 필름과 커버 중의 하나와의 사이에 배치된 판을 포함하며, 판이 커버의 굴절율 보다 높은 굴절율을 갖는 시스템.
제89항에 있어서, 영상화 코어가 편광 빔분할기와 투사 렌즈 시스템 사이에 배치된 비점 수차-감소 큐브를 포함하며, 비점 수차-감소 큐브가 층 굴절율과 다른 커버 굴절율을 가진 커버 사이에 배치된 층 굴절율을 가진 층을 포함하며, 상기 층이 영상 광의 전파 방향에 대해 편향된 것인 시스템.
제92항에 있어서, 층이 편광 층인 시스템.
제84항에 있어서, 편광 빔분할기와 1개 이상의 영상기 사이에 배치된 색 분리기를 추가로 포함하는 시스템.
제94항에 있어서, 색 분리기가 적어도 제1 및 제2 색 분리 요소를 갖는 색 분리 프리즘이며, 제1 및 제2 색 분리 요소가 제1 및 제2 색 색 분리 요소의 굴절율과 다른 굴절율을 가진 재료의 갭 층에 의해 분리되며, 갭 층의 두께가 영상 광의 비점 수차를 감소시키도록 선택된 시스템.
제95항에 있어서, 갭 층이 제1 및 제2 색 분리 요소의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 갖는 시스템.
제95항에 있어서, 갭 층이 제1 및 제2 색 분리 요소의 굴절율 보다 높은 굴절율을 갖는 시스템.
제95항에 있어서, 제1 색 분리 요소가, 제1 색 분리 요소의 굴절율과 다른 굴절율을 가지며 영상 광의 비점 수차를 감소시키도록 선택된 두께를 갖는 제2 갭 층에 의해 분리된 두 부분으로 이루어지는 시스템.
제98항에 있어서, 제2 갭 층이 제1 색 분리 요소의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 갖는 시스템.
제98항에 있어서, 제2 갭 층이 제1 색 분리 요소의 굴절율 보다 높은 굴절율을 갖는 시스템.
제95항에 있어서, 색 분리 프리즘과 편광 빔분할기 사이에 배치된 웨지 프리즘을 추가로 포함하며, 웨지 프리즘과 색 분리 프리즘 사이의 제3 갭 층이 웨지 프리즘과 다른 굴절율을 가지며 비점 수차를 감소시키도록 선택된 두께를 갖는 시스템.
제95항에 있어서, 색 분리 프리즘이 편광 빔분할기의 반사 면에 대략 수직인 면에서 빛을 다른 색으로 분리하는 시스템.
제95항에 있어서, 색 분리 프리즘이 편광 빔분할기의 반사 면에 대략 평행인 면에서 빛을 다른 색으로 분리하는 시스템.
제84항에 있어서, 영상화 코어가 2가지 이상의 색 밴드의 빛을 조합하는 x-큐브를 추가로 포함하며, x-큐브 조합기가 x-큐브를 형성하는 x-큐브 프리즘의 굴절율과 다른 굴절율을 가진 재료의 비점 수차-감소 슬래브를 포함하는 시스템.
제104항에 있어서, 비점 수차-감소 슬래브가 x-큐브 프리즘의 굴절율 보다 낮은 굴절율을 가진 재료로 형성된 시스템.
제84항에 있어서, 영상화 코어가 2개의 영상기 및 편광 빔분할기와 2개의 영상기 사이에 배치된 이색 빔분할기를 포함하며, 이색 빔분할기가 제1 굴절율의 재료로 형성된 제1 및 제2 프리즘, 제1 및 제2 프리즘의 대각선 베이스 사이에 배치된 이색 필름, 및 이색 필름과 제1 프리즘 사이에 배치된, 제1 굴절율 보다 높은 굴절율을 가진 제1 층 및 이색 필름과 제2 프리즘 사이에 배치된, 제1 굴절율 보다 높은 굴절율을 가진 제2 층을 포함하는 시스템.