DE69128001T2

DE69128001T2 - Dichroitischer Spiegel und damit ausgerüsteter Projektor

Info

Publication number: DE69128001T2
Application number: DE69128001T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Mitsutake
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2011-07-26
Also published as: US5648870A; DE69128001D1; EP0468501B1; JPH04212102A; EP0468501A2; EP0468501A3; ATE159592T1; GR3025903T3; ES2108021T3; DK0468501T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen dichraitischen Strahlenteiler, ein optisches Gerät und einen damit ausgerüsteten Projektor.

Stand der Technik

Einen konventionellen dichroitischen Spiegel in perspektivischer Darstellung zeigt Figur 1. Die detaillierte Anordnung dieses Projektors wird in der japanischen offenlegungspatentanmeldung 61-13885 beschrieben.
Wie Figur 1 zeigt, ist in der Strahlenbahn des von einer Lichtquelle 82 emittierten weißen Lichtes ein polarisierter Strahlenteiler 83 angeordnet. Ein erster und ein zweiter dichroitischer Spiegel 84 bzw. 85 werden jeweils an der Verbindungsfläche von zwei rechtwinkligen Prismen erzeugt und sind entgegengesetzt (links) der Richtung des vom Polarisationsstrahlenteiler 83 reflektierten Lichtes hintereinander angeordnet. Der erste und der zweite dichroitische Spiegel 84 bzw. 85 spalten das weiße Licht in rotes, grünes und blaues Licht, richten diese Lichtstrahlen auf eine erste, eine zweite und eine dritte Flüssigkristallreflexionsplatte 81R, 81G und 81B zur Erzeugung eines roten, eines grünen bzw. eines blauen Bildes und synthetisieren die yon den Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B ausgehenden Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe. Die vom ersten und vom zweiten dichroitischen Spiegel 84 bzw. 85 synthetisierten Bildlichtstrahlen werden vergrößert und durch eine Projektionsimse 86 auf einen Bildschirm (nicht dargestellt) proj iziert.
Die Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B weisen oft ECB- Platten (elektrisch gesteuerte Doppelbrechung) auf, von denen jede die Eigenschaft hat, beim Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallschicht in Übereinstimmung mit dem entsprechenden Farbbildsignal die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes (S-polarisierte Komponente in diesem Fall) teilweise um 90º zu drehen.
In einem Flüssigkristallprojektionsgerät mit der oben beschriebenen Anordnung wird nur die S-polarisierte Komponente des von der Lichtquelle 82 emittierten weißen Lichtes vom Polarisationsstrahlenteiler 83 im rechten Winkel nach links in Figur 1 reflektiert. Das weiße Licht des reflektierten S- polarisierten Lichtes wird vom ersten und vom zweiten dichroitischen Spiegel 84 bzw. 85 in rotes, grünes und blaues Licht zerlegt. Diese Lichtstrahlen treffen dann auf die ent sprechende Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B.
Die polarisationsebenen der von den Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B ausgehenden Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe werden in Übereinstimmung mit den Bildsignalen der entsprechenden Bildelemente gedreht, so daß das austretende Bildlicht S- und P-polarisierte Komponenten einschließt. Die Lichtstrahlen der entsprechenden Farbe werden vom ersten und vom zweiten dichroitischen Spiegel 84 bzw. 85 synthetisiert und das synthetisierte Licht trifft auf den Polarisationsstrahlenteiler 83.
Die P-polarisierte Komponente der entsprechenden Farblichtstrahlen werden vom Polarisationsstrahlenteiler 83 durchgelassen und durch die Projektionslinse 86 auf einen Bildschirm (nicht dargestellt) projiziert. Die S-polarisierten Komponenten der entsprechenden Farblichtstrahlen werden dagegen vom Polarisationsstrahlenteiler 83 nach unten reflek tiert und kehren zur Lichtquelle 82 zurück. Das heißt, der Polarisationsstrahlenteiler 83 dient den Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B als Polarisator und auch als Analysator. Bei diesem Projektionsgerät werden für die Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B keine Polarisationsplatten zum Eliminieren der S-polarisierten Komponente der entsprechenden Farbe benötigt.
Dieses konventionelle Gerät hat jedoch die nachfolgend genannten Nachteile.
Als Beispiel wird ein Lichtstrahl im Wellenlängenbereich des blauen Lichtes gewählt. Die dichroitischen Spiegel 84 und 85, die als Farbzerleg-/-synthetisiervorrichtungen zur Durchführung der Farbzerlegung und Farbsynthese des weißen Lichtes dienen, haben für die reflektierte S-polarisierte Komponente einen größeren Wellenlängenbereich als für die reflektierte P-polarisierte Komponente, so daß ihre Reflexionseigenschaften polarisationsabhängig sind, wie Figur 2 zeigt. Wenn die auf die Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 818 treffenden Lichtstrahlen wie bei dem in Figur 1 gezeigten Flüssigkristallprojektionsgerät S-polarisierte Komponenten enthalten und die von den Flüssigkristallplatten 81R, 81G und 81B kommenden Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe P-polarisierte Komponenten enthalten, geht ein Teil der Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe verloren, weil die Reflexionseigenschaft der dichroitischen Spiegel 84 und 85 polarisationsabhängig ist. Aus diesem Grund werden Helligkeit und Kontrast unerwünscht herabgesetzt, so daß auf den Bildschirm kein klares Bild projiziert werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines dichroitischen Strahlenteilers mit geringer Polarisationsabhängigkeit und eines mit diesem Strahlenteiler ausgerüsteten optischen Gerätes, z.B. ein Projektor.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der im Anspruch 1 definierte dichroitische Strahlenteiler bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das in den Ansprüchen 12 und 13 definierte optische Gerät bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der in den Ansprüchen 14, 15 und 18 definierte Projektor bereitgestellt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 zeigt schematisch einen konventionellen Projektor mit dichroitischem Spiegel und Figur 2 dessen Reflexionsgrad in Form eines Diagramms.
Figur 3 zeigt schematisch die erste Ausführungsform des dichroitischen Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt die Struktur einer dichroitischen Spiegelfläche als Verbindungsfläche zwischen zwei Prismen gemäß Figur
Die Figuren 5A und 5B zeigen in Diagrammen die Reflexionscharakteristik des in den Figuren 4 und 6 dargestellten ersten bzw. zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms.
Figur 6 zeigt die Struktur einer dichroitischen Spiegelfläche, welche in der zweiten Ausführungsform des dichroitischen Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Figur 7 zeigt schematisch den dichroitischen Spiegel in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 8 zeigt schematisch den dichroitischen Spiegel in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 9 zeigt die Draufsicht einer ersten Ausführungsform des Projektionsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 10 zeigt die Seitenansicht des in Figur 9 dargestellten Proj ektionsgerätes.
Figur 11 zeigt die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Projektionsgerätes.
Figur 12A zeigt im Diagramm die Abhängigkeit des Spektralreflexionsgrades vom polarisierten Licht bei einem blaues Licht reflektierenden Mehrschichtenfilm.
Figur 12B zeigt im Diagramm die Abhängigkeit des Spektralreflexionsgrades vom pölarisierten Licht bei einem rotes Licht reflektierenden Mehrschichtenfilm.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein mit Bezug auf jede Ausführungsform zu beschreibender dichroitischer Spiegel hat dichroitische Spiegeiflächen, die durch Einfügen einer ersten Halbwellenplatte zwischen den ersten und den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm erzeugt werden, wobei der erste und der zweite optische, dichroitische Film die gleiche Reflexionscharaktenstik für S-polarisierte Komponenten im Wellenlängengrenzbereich an mindestens einer Seite des vorausbestimmten sichtbaren Lichtes aufweist, oder er hat eine zusätzliche Halbwellenplatte, die auf der Oberfläche des ersten oder zweiten optischen, dichroitischen Films entgegengesetzt der ersten Halbwellenplatte befestigt ist. In diesem Fall haben die Achsen mit großem bzw. kleinem Index der ersten und der zweiten Halbwellenplatte entgegengesetzte Richtungen. Das heißt, die Achse mit großem Index der einen Halbleiterplatte hat die gleiche Richtung wie die Achse mit kleinem Index der anderen Halbleiterplatte.
Die dichroitische Spiegelfläche kann an der Verbindungsfläche von zwei rechtwinkligen 45º-Prismen erzeugt werden.
Dichroitische Spiegelflächen können an den Verbindungsflächen von vier rechtwinkligen 45º-Prismen werden, wenn das Verbinden der Prismen so erfolgt, daß deren 90º-Scheitelpunkte die Mitte bilden.
Eine transparente flache Platte kann mindestens an einer der dichroitischen Spiegelflächen befestigt werden.
Anzumerken ist, daß die optischen Mehrschichtenfilme der dichroitischen Spiegelflächen aus dielektrischem Material gefertigt sind und die Halbwellenplatte Doppelbrechungseigenschaft hat.
Ein mit Bezug auf jede Ausführungsform zu beschreibendes Projektionsgerät weist auf
- eine Lichtquelle zum Emittieren von weißem Licht,
- Flüssigkristallreflexionsvorrichtungen zum Drehen der Polarisationsebene eines roten, eines grünen und eines blauen Strahles in übereinstimmung mit der roten, grünen bzw. blauen Komponente eines Bildsignales und zum Umwandeln des roten, des grünen und des blauen Strahles in einen roten, einen grünen und einen blauen Bildstrahl und
- eine Farbzerleg-/-synthetisiervorrichtung, welche das weiße Licht in einen roten, einen grünen und einen blauen Strahl zerlegt bzw. diese Strahlen auf die Flüssigkristallreflexionsvorrichtungen lenkt und den roten, den grünen und den blaue Bildstrahl synthetisiert, wobei die Farbzerleg-/-synthetisiervorrichtung dichroitische Spiegel aufweist.
Bei diesen dichroitischen Spiegeln trifft das einfallende Licht auf den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm und wird auf diesem in reflektiertes Farblicht und durchgelassenes Farblicht zerlegt. Die Polarisationsebene des durchgelassenen Farblichtes wird von der ersten Halbwellenplatte um 90º gedreht. Das gedrehte Farblicht trifft auf den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm.
Wenn das einfallende Licht eine S-polarisierte Komponente ist, wird es fast über den gesamten Wellenlängenbereich des reflektierten Farblichtes (d.h. ein vorausbestimmter sichtbarer Bereich) reflektiert. Wenn das einfallende Licht aber eine P-polarisierte Komponente ist, tritt fast über den gesamten Wellenlängenbereich des reflektierten Farblichtes keine Reflexion auf, da der Wellenlängenreflexionsbereich des ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms für die P-polarisierte Komponente größer ist als für die S-polarisierte Komponente. Genauer ausgedrückt, ein Farbstrahl im Grenzbereich des reflektierten Farblichtes mindestens an einem Ende durchdringt den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm. Der durchgelassene Farblichtstrahl wird durch die erste Halbwellenplatte in eine S-polarisierte Komponente umgewandelt und vom zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl wird durch die erste Halbwellenplatte wieder in eine P-polarisierte Komponente umgewandelt und emittiert.
Auch wenn das einfallende Licht eine P-polarisierte Komponente ist, kann die Reflexion fast über den gesamten Wellenlängenbereich wie bei der S-polarisierten- Komponente erfolgen.
Wenn die zweite Halbwellenplatte vorhanden ist und die Achsen mit kleinem und großem Index der ersten und der zweiten Halbwellenplatte entgegengesetzte Richtungen haben, kann die Polarisationsebene des aus dem dichroitischen Spiegel austretenden durchgelassenen Farblichtes so eingestellt werden, daß sie mit der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes identisch ist, wodurch eine Phasenkompensation des durchgelassenen Farblichtes erfolgt.
Beim Projektionsgerät, welches mit den oben genannten dichroitischen Spiegeln ausgerüstet ist, kann der Ausnutzungsgrad des weißen Lichtes erhöht werden, da die Farbzerleg-/-synthetisiervorrichtung von den genannten dichroitischen Spiegeln gebildet wird.
Den dichroitischen Spiegel bildet ein dichroitisches Kreuzprisma, welches durch Aneinanderfügen von vier rechtwinkligen 45º-Prismen erzeugt wird, wodurch der Abstand zwischen jeder Flüssigkristallreflexionsvorrichtung und der Projektionslinse (Schnittweite) verkürzt werden kann.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Figur 3 zeigt schematisch die erste Ausführungsform eines dichroitischen Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dieser dichroitische Spiegel wird generell als dichroitisches Prisma bezeichnet (nachfolgend dichroitisches Prisma genannt). Eine blaues Licht reflektierende, dichroitische Spiegelfläche (nicht dargestellt) 1 die einen blauen Strahl mit einer Wellenlänge von etwa 400 nm bis 500 nm reflektiert und einen roten und einen grünen Strahl mit einer Wellenlänge von jeweils 500 nm und mehr durchläßt, entsteht an der Verbindungsfläche 3, die durch Zusammenfügen von einem ersten und einem zweiten aus Glas oder Kunststoff hergestellten rechtwinkligen 45º-Prisma 1 bzw. 2 an deren Fläche mit der langen Seite erhalten wird.
Wie Figur 4 zeigt, hat die dichroitische Spiegeifläche einen Mehrschichtenaufbau, der durch Übereinanderstapeln eines ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 4 zum Reflektieren von blauem Licht, einer ersten Halbwellenplatte 5, eines zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 zum Reflektieren von blauem Licht und einer zweiten Halbwellenpiatte 7 von der Seite des ersten rechtwinkligen Prismas 1 aus erhalten wird.
Die Figuren 5A und 5B zeigen Diagramme der Reflexionscharakteristik des ersten und des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 4 bzw. 6.
Wie aus Figur 5A hervorgeht, ist die Reflexionscharaktenstik des ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 4 so definiert, daß der Wellenlängenreflexionsbereich für eine S-polarisierte Komponente (Reflexion einer S-polarisierten Komponente mit einer Wellenlänge von etwa 350 bis etwa 500 nm) sich über etwa 150 nm und der Wellenlängenre flexionsbereich für eine P-polarisierte Komponente (Reflexion einer P-polarisierten Komponente mit einer Wellenlänge von etwa 380 bis etwa 480 nm) sich über etwa 100 nm erstreckt. Wie aus Figur 5B hervorgeht, ist die Reflexionscharakteristik des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 6 so definiert, daß der Wellenlängenreflexionsbereich für eine S-polarisierte Komponente (Reflexion einer S-polarisierten Komponente mit einer Wellenlänge von etwa 400 bis etwa 500 nm) sich über etwa 100 nm und der Wellenlängenreflexionsbereich für eine P-polarisierte Komponen te (Reflexion einer P-polarisierten Komponente mit einer Wellenlänge von etwa 410 bis etwa 490 nm) sich über etwa 80 nm erstreckt.
Die Reflexionscharakteristik des ersten und des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 4 bzw. 6 hat die nachfolgend genannten Merkmale.
(1) Beim ersten und beim zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 bzw. 6 ist der Wellenlängenreflexionsbereich für die S-polarisierte Komponente größer als der für die P-polarisierte Komponente.
(2) Beim ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 sind die Wellenlängenreflexionsbereiche für S-polarisierte und für P-polarisierte Komponenten größer als die beim zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6.
(3) Die Reflexionscharakteristik für die S-polarisierte Komponente in einem Langwellengrenzbereich β (nahe dem Bereichmit einer Wellenlänge von 500 nm), d.h. im Grenzbereich mindestens an einem Ende des vorausbestimmten sichtbaren Bereiches für blaues Licht im ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 entspricht der im zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6.
(4) Die Wellenlänge (etwa 500 nm) am Langwellenende des Wellenlängenreflexionsbereiches für die S-polarisierte Komponente im zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 ist größer als die (etwa 480 nm) am Langwellenende des Wellenlängenreflexionsbereiches für die P-polarisierte Komponente im ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieses dichroitischen Prismas beschrieben.
Es wird angenommen, daß das in Figur 3 mit A gekennzeichnete und auf dieses dichroitische Prisma einfallende Licht weißes Licht der S-polarisierten Komponente ist (d.h. eine polarisierte Komponente parallel zur Verbindungsfläche 3).
Das weiße Licht (einfallendes Licht A), welches auf die Fläche 1A des ersten rechtwinkligen Prismas 1 trifft, durchdringt das erste rechtwinklige Prisma 1 direkt und trifft auf den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm
Da das weiße Licht die S-polarisierte Komponente für dieses dichroitische Prisma ist, wird blaues Licht mit einer Wellenlänge von etwa 350 nm bis etwa 500 nm vom ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 im rechten Winkel nach links in Figur 4 reflektiert. Das reflektierte Licht dient als reflektiertes Licht C und verläßt das erste rechtwinklige Prisma 1 an dessen Austrittsfläche 1B.
Von allen oben beschriebenen Komponenten des weißen Lichtes durchdringen die Komponenten (d.h. grüne und rote Lichtstrahlen) mit einer Wellenlänge von etwa 500 nm und mehr den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 und treffen auf die erste Halbwellenplatte 5. Diese Strahlen durchdringen die erste Halbwellenplatte 5 und werden in P- polarisierte Komponenten umgewandelt. Diese P-polarisierten Komponenten treffen auf den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 (Figur 4). Da der Wellenlängenreflexionsbereich des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 für die P-polarisierte Komponente sich von etwa 410 nm bis etwa 490 nm (unterbrochene Linie in Figur 5B) erstreckt, durchdringt das zur P-polarisierten Komponente umgewandelte Licht den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 und trifft auf die zweite Halbwellenplate 7. Diese Komponente durchdringt die zweite Halbwellenplatte 7 und wird zur S-polarisierten Komponente polarisiert. Die S-polarisierte Komponente verläßt als durchgelassenes Licht B das zweite rechtwinklige Prisma 2 an dessen Austrittsfläche 2A.
Es wird angenommen, daß das in Figur 3 mit A gekennzeichnete und auf dieses dichroitische Prisma einfallende Licht weißes Licht der P-polarisierten Komponente ist (d.h. Licht, welches nur polarisierte Komponenten senkrecht zur Verbindungsfläche 3 hat)
Das weiße Licht (einfallendes Licht A), welches auf die Oberfläche 1A des ersten rechtwinkligen Prismas 1 trifft, durchdringt dieses erste rechtwinklige Prisma 1 direkt und trifft auf den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4.
Da dieses weiße Licht eine P-polarisierte Komponente für das dichroitische Prismas ist, wird von allen Komponenten des weißen Lichtes ein blauer Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 380 nm bis etwa 480 nm vom ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 rechtwinklig nach links in Figur 4 reflektiert und dient als reflektiertes Licht C. Das reflektierte Licht C verläßt das erste rechtwinklige Prisma 1 an dessen Austrittsfläche 1E.
Von allen Komponenten durchdringen dagegen nur einige (d.h. einige blaue Lichtstrahlen und alle grünen und roten Lichtstrahlen) den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 und treffen auf die erste Halbwellenplatte 5. Diese Komponenten durchdringen die erste Halbwellenplatte 5 und werden in S-polarisierte Komponenten umgewandelt. Diese Komponenten treffen auf den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenf um 6. Der Wellenlängenreflexionsbereich des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 6 für die S-polarisierte Komponente erstreckt sich von etwa 400 nm bis etwa 500 nm (durchgehende Linie in Figur 5B). Von allen S-polarisierten Komponenten wird der blaue Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von etwa 480 nm bis etwa 500 nm vom zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 rechtwink hg nach links in Figur 4 reflektiert und durchdringt die erste Halbwellenplatte 5, wodurch eine P-polarisierte Komponente entsteht. Diese Komponente dient als reflektiertes Licht C und verläßt das erste rechtwinklige Prisma 1 an dessen Fläche 1B. Komponenten (d.h. grüne und rote Lichtstrahlen) mit einer Wellenlänge von 500 nm oder mehr durchdringen den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 6 und treffen auf die zweite Halbwellenplatte 7. Diese Komponenten durchdringen die zweite Halbwellenplatte 7 und werden in S-polarisierte Komponenten umgewandelt. Diese Komponenten verlassen als durchgelassenes Licht B das zweite rechtwinklige Prisma 2 an dessen Austrittsfläche 2A.
Wenn das einfallende Licht A weißes Licht der P-polarisierten Komponente für dieses dichroitische Prisma ist, kann die erste dichroitische Spiegelfläche 84, welche im konventionellen Projektionsgerät gemäß Figur 1 verwendet wird, das reflektierte Licht C -aus den blauen Lichtstrahlen mit Wellenlängen bis etwa 480 nm erhalten. Beim dichroitischen Prisma dieser Ausführungsform können die blauen Lichtstrah len mit Wellenlängen bis etwa 500 jedoch auf gleiche Weise wie in dem Fall, bei dem das weiße Licht die S-polarisierte Komponente für dieses dichroitische Prisma ist, als reflektiertes Licht C erhalten werden. Demzufolge kann der Ausnutzungsgrad des weißen Lichtes (einfallendes Licht A) durch Eliminieren der Polarisationsabhängigkeit verbessert werden.
Wie die Figuren 5A und 5B zeigen, können der erste und der zweite optische, dichroitische Mehrschichtenfilm 4 bzw. 6 selbst polarisierungsabhängig sein. Für diese Filme kann eine nach einem bekannten Verfahren hergestellte allgemeine Mehrschichtenstruktur verwendet werden. Der Wellenlängenreflexionsbereich des ersten und des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 bzw. 6 können nur die oben beschriebenen Merkmale (1) bis (4) haben. In diesem Sinne sind die Zahlenwerte der Wellenlängenreflexionsbereiche nicht auf die in den Figuren 5A und 5B gezeigten beschränkt.
Nachfolgend werden zwei Beispiele für den optischen, dichroitischen Film der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei diesen Beispielen wird angenommen, daß die Prismen aus Glas (8K7) gefertigt sind und der Einfallswinkel des einfallenden Lichtes 45º beträgt.
Das erste Beispiel betrifft einen das blaue Licht reflektierenden optischen Mehrschichtenfilm, welcher einen ZnS-Film H mit hohem Index und einen Al&sub2;O&sub3;-Film L mit niedrigem Index aufweist. Der Film mit hohem Index hat eine effektive Dicke H von 120 nm und der Film mit niedrigem Index eine effektive Dicke L von 120 nm. Die Filme können vom Substratende (Prismenende) aus in der Reihenfolge H/2-L-H-L-H-L-H-L-H-L-H-L-H- L-H-L-H-L-H-L-H/2 übereinandergeschichtet sein. Figur 12A zeigt im Diagramm den Spektralreflexionsgrad von P-polarisiertem Licht, den Spektralreflexionsgrad von 5-polarisiertem Licht und den Durchschnitt beider Spektralreflexionsgrade in Bezug auf den blaues Licht reflektierenden optischen Mehrschichtenfilm.
Das zweite Beispiel betrifft einen rotes Licht reflektierenden optischen Mehrschichtenfilm, welcher einen ZnS-Film H mit hohem Index und einen Al&sub2;O&sub3;-Film L mit niedrigem Index aufweist. Der Film mit hohem Index hat eine effektive Dicke H von 220 nm und der Film mit niedrigen Index eine effektive Dicke L von 220 nm. Die Filme können vom Substratende (Prismenende) aus in der Reihenfolge L/2-H-L-H-L-H-L-H-L-H-L-H-L- H-L-H-L-H-L-H-L/2 übereinandergeschichtet sein. Figur 128 zeigt im Diagramm den Spektralreflexionsgrad von P-polarisiertem Licht, den Spektralreflexionsgrad von S-polarisiertem Licht und den Durchschnitt beider Spektralreflexionsgrade in Bezug auf den rotes Licht reflektierenden optischen Mehrschichtenfilm.
Außerdem wird die- effektive Dicke durch das Verhältnis nd/cosθ dargestellt (n = Brechungsindex jeder Schicht, d = geometrische Dicke, θ = Einfallswinkel in jeder Schicht).
Sowohl die erste Halbwellenplatte 5 als auch die zweite Halbwellenplatte 7 können aus einem dünn gespalteten Glimmerblättchen, einem gewalzten Doppelbrechungsfilm, einem niedrigmolekularen Flüssigkristall, welcher zwischen dünnen ausgerichteten Elektroden ausgerichtet eingebettet ist, oder einem hochmolekularen Flüssigkristall, welcher durch ein äußeres elektrisches Feld oder durch die Ausrichtkraft eines Substrats bei hoher Temperatur ausgerichtet ist und bei niedriger Temperatur ein stabiles Doppelbrechungsvermögen aufweist, hergestellt werden. Besonders der gewalzte Film und der hochmolekulare Flüssigkristall haben ein starkes Doppelbrechungsvermögen und demzufolge ausreichende Effektivität, auch wenn beide sehr dünn sind. Wenn eine dünne Wellenlängenplatte erhalten und für die Bildlichtfarbzerlegung/-synthetisierung wie bei einem Projektionsgerät dieser Art verwendet wird, kann die Erzeugung von Doppelbildern minimiert werden.
Die folgenden drei Modifikationen dieser Ausführungsform können als Beispiel dienen.
Die Achsen der ersten und der zweiten Halbwellenplatte 5 bzw. 7 mit hohem und mit niedrigem Index sind entgegengesetzt gerichtet. Dadurch können Phasenfehler der durchgelas senen Lichtstrahlen aus den zentralen Wellenlängen der ersten und der zweiten Halbwellenplatte 5 bzw. 7 kompensiert werden. Die Anordnung der Schichten (Figur 4) des an der Verbindungsfläche 3 zwischen dem ersten und dem zweiten rechtwinkligen Prisma 1 bzw. 2 gebildeten dichroitischen Spiegelpaares ist umgekehrt. Da die dichroitischen Spiegelflächen die gleiche Funktion haben wie in der Grundausführungsform, kann in diesem Fall der gleiche Effekt wie bei der Grundausführungsform erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die dichroitische Spiegelfläche an der Verbindungsfläche 3 zwischen dem ersten und dem zweiten Prisma 1 bzw. 2 gebildet. Der Lichteinfaliswinkel auf das Prisma und der Lichteinfallswinkel auf den optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 4 bzw. 6 sind jedoch nicht auf die beschränkt, welche als Beispiele für die beschriebene Ausführungsform dienten. Die Filmstruktur des optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 4 bzw. 6 kann in Übereinstimmung mit dem entsprechenden Einfallswinkel konstruiert werden. Es ist möglich, zwei Prismen zu verwenden, die sich in ihrer Form von den beiden rechtwinkligen Prismen 1 und 2 unterscheiden.
Figur 6 zeigt die Struktur dichroitischer Spiegelflächen, welche bei der zweiten Ausführungsform des dichroitischen Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Dieser dichroitische Spiegel ist wie der in Figur 3 gezeigte ebenfalls ein dichroitisches Prisma (nachfolgende dichroitisches Prisma genannt). Zwei rechtwinklige 45º-Prismen werden miteinander verbunden, so daß an der Verbindungsfläche eine dichroitische Spiegelfläche entsteht. Wie Figur 6 zeigt, wird die dichroitische Spiegelfläche des dichroitischen Prismas jedoch von einem ersten und einem zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 41 bzw. 43 mit einer dazwischen angeordneten ersten Halbwellenplatte 42 gebildet. Dieser in Figur 6 gezeigte dichroitische Spiegel unterscheidet sich von dem in Figur 4 gezeigten durch Fehlen der zweiten Halbwellenplatte 7.
Bei dem in Figur 3 gezeigten dichroitischen Prisma ist die an der Oberfläche des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 6 befestigte und der ersten Halbwellenplatte 5 gegenüberliegende zweite Halbwellenplatte 7 so angeordnet, daß die Polarisierungsebene des durchgelassenen Lichtes B, welches das dichroitische Prisma durchdringt, der des einfallenden Lichtes A entspricht. Auch wenn durch Weglassen der zweiten Halbwellenplatte 7 eine Dreischichtstruktur entsteht, bleibt das Verhältnis aus durchgelassenem Licht und reflektierten Licht in jedem Wellenlängenbereich unverändert, um den gleichen Effekt wie bei der ersten Ausführungsform des dichroitischen Spiegels zu erzielen.
Als Modifikation dieses dichroitischen Prismas werden der Winkel des auf das Prisma treffenden Lichtes und der jeweilige Winkel des auf den ersten und den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 41 bzw. 43 treffenden Lichtes verändert, um die Filmstruktur des ersten und des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 41 bzw. 43 in übereinstimmung mit dem jeweiligen Einfallswinkel zu konstruieren.
Das in den Figuren 3 und 7 gezeigte dichroitische Prisma reflektiert den blauen Strahl. Dichroitische Prismen, welche rote und grüne Strahlen reflektieren, konnen jedoch auf gleiche Weise angeordnet sein.
Bei der Reflexion des roten Lichtes muß die Reflexionseigenschaft des ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms in dem als sichtbaren Bereich vorausbestimmten Kurzwellengrenzbereich des roten Lichtes der des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms gleichgesetzt werden. Bei der Reflexion des grünen Lichtes muß die Reflexionseigenschaft des ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms in dem als sichtbaren Bereich vorausbestimm ten Langwellengrenzbereich und auch Kurzwellengrenzbereich des grünen Lichtes der des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms gleichgesetzt werden.
Dadurch kann der Wellenlängenbereich eines Farbstrahles von dem jedes anderen Farbstrahles klar getrennt werden.
Bei der Reflexion des blauen und des roten Lichtes kann die Reflexionseigenschaft des ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms für die S-polarisierte Komponente im Wellenlängengrenzbereich (Ende des Kurzwellen- und des Langwellenbereiches) des blauen und des roten Lichtes der des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms gleichgesetzt werden.
Figur 7 zeigt schematisch die dritte Ausführungsform eines dichroitischen Spiegels gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Dieser dichroitische Spiegel ist grundsätzlich ein Kreuzprisma (nachfolgend dichroitisches Kreuzprisma genannt). Wie bei dem bekannten dichroitischen Kreuzprisma sind vier rechtwinklige 45º-Prismen 20E bis 20H gegen die Uhrzeigerrichtung so miteinander verbunden, daß deren 90º-Scheitelpunkte die Mitte des dichroitischen Kreuzprismas bilden (Figur 7).
Dieses dichroitische Kreuzprisma unterscheidet sich von dem bekannten dichroitischen Kreuzprisma darin, daß die an den Verbindungsflächen der vier rechtwinkligen Prismen 20E bis 20H gebildeten dichroitischen Spiegelflächen 20A bis 20D die gleiche Struktur haben wie die in Figur 4 gezeigte.
Sowohl die an der Verbindungsfläche zwischen dem ersten rechtwinkligen Prisma 20E und dem zweiten rechtwinkligen Prisma 20F gebildete erste dichroitische Spiegelfläche 20A (dargestellt als durchgehende Linie in Figur 7), als auch die an der Verbindungsfläche zwischen dem dritten rechtwinkligen Prismas 20G und dem vierten rechtwinkligen Prisma 20H gebildete dritte dichroitische Spiegelfläche 20C (därgestellt als durchgehende Linie in Figur 7) weisen einen ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm, eine erste Halbwellenplatte, einen zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm und eine zweite Halbwellenplatte auf, wobei alle von der Lichteinfallseite aus übereinandergeschichtet sind. Der erste und der zweite optische, dichroitische Mehrschichtenfilm haben die in Figur 5A bzw. 5B gezeigte Reflexionseigenschaft. Von allen Komponenten des weißen Lichtes, das auf der rechten Seite der Figur 7 als einfallendes Licht A dargestellt ist, reflektiert jeder optische, dichroitische Mehrschichtenfilm den blauen Lichtstrahl, läßt aber den grünen und den roten Lichtstrahl durch.
Sowohl die an der Verbindungsfläche zwischen dem zweiten rechtwinkligen Prisma 2º0 und dem dritten rechtwinkligen Prisma 20G gebildete zweite dichroitische Spiegelfläche 20B (unterbrochene Linie in- Figur 7) als auch die an der Verbindungsfläche zwischen dem vierten rechtwinkligen Prisma 20H und dem ersten rechtwinkligen Prisma 20E gebildete vierte dichroitische Spiegelfläche 20D (unterbrochene Linie in Figur 7) weisen einen ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfum, eine erste Halbwellenplatte, einen zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm und eine zweite Halbwellenplatte auf, wobei diese Elemente von der Lichteinfaliseite aus übereinandergeschichtet sind. Sowohl der erste als auch der zweite optische, dichroitische Mehrschichtenfilm hat die Eigenschaft, den roten Strahl zu reflektieren, so daß von allen Komponenten des weißen Lichtes der rote Strahl reflektiert wird, der blaue und der grüne Strahl aber diese Filme durchdringen.
Wenn weißes Licht als einfallendes Licht A auf das dichroitische Kreuzprisma trifft, wird der blaue Lichtstrahl des auf die obere Hälfte der Struktur treffenden weißen Lichtes von der ersten dichroitischen Spiegelfläche 20A senkrecht nach unten in Figur 7 reflektiert, der rote Lichtstrahl des weißen Lichtes jedoch von der ersten dichroitischen Spiegelfläche 20A durchgelassen und von der zweiten dichroitischen Spiegelfläche 208 senkrecht nach oben in Figur 7 reflektiert. Der auf die obere Hälfte der Struktur treffender roter Lichtstrahl des weißen Lichtes wird von der vierten dichroitischen Spiegelfläche 20D senkrecht nach oben reflektiert, der blaue Lichtstrahl des weißen Lichtes jedoch von der vierten dichroitischen Spiegelfläche 20D durchgelassen und von der dritten dichroitischen Spiegelfläche 2º0 senkrecht nach unten in Figur 7 reflektiert. Der grüne Lichtstrahl des weißen Lichtes durchdringt die erste bis vierte dichroitische Spiegelfläche 20A bis 20D, um das weiße Licht in Farben zu zerlegen.
Wenn dagegen der rote, der grüne und der blaue Lichtstrahlen nach unten, nach rechts bzw. nach oben auf den dichroitischen Spiegel treffen, wird der rote Lichtstrahl von der zweiten und vierten dichroitischen Spiegelfläche 20B bzw. 20D senkrecht nach links in Figur 7 reflektiert. Der grüne Lichtstrahl durchdringt die erste bis vierte dichroitische Spiegelfläche 20A bis 20D. Der blaue Lichtstrahl wird von der ersten und dritten dichroitischen Spiegelfläche 20A bzw. 20G senkrecht nach links in Figur 7 reflektiert. Demzufolge werden der rote, der grüne und der blaue Lichtstrahl synthetisiert.
Da bei diesem dichroitischen Kreuzprisma die erste bis vierte dichroitische Spiegelfläche 20A bis 20D nicht polarisierungsabhängig sind, kann der Ausnutzungsgrad des weißen Lichtes (einfallendes Licht A) erhöht werden.
Wenn die erste bis vierte dichroitische Spiegelschicht 20A bis 20D eine Struktur haben, bei welcher der erste optische, dichroitische Mehrschichtenfilm, die erste Halbwellenplatte und der zweite optische, dichroitische Mehrschichtenfilm in der genannten Reihenfolge und wie in Figur 6 gezeigt übereinander angeordnet sind, kann der gleiche Effekt wie bei der beschriebenen Ausführungsform erzielt werden.
Figur 8 zeigt schematisch die vierte Ausführungsform eines dichroitischen Spiegels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei diesem dichroitischen Spiegel werden die dichroitischen Spiegelflächen, deren Struktur durch Übereinanderschichten eines ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 24, einer ersten Halbwellenplatte 25, eines zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms 26 und einer zweiten Halbwellenplatte 27 in der genannten Reihenfolge und wie in Figur 4 gezeigt erhalten wird, zwischen einer ersten und einer zweiten aus transparentem Glas oder ähnlichem Material gefertigten flachen Platte 21 bzw. 22 gebildet.
Bei diesem dichroitischen Spiegel wird das unter einem Winkel von 45º auf die Einfallsfläche der ersten flachen Platte 21 treffende Licht A durch die Einfallsfläche dieser ersten flachen Platte 21 gebeugt. Demzufolge trifft das einfallende Licht unter kleineren Winkeln als 45º auf den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 24, die erste Halbwellenpiatte 25, den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 26 und die zweite Halbwellenplatte 27.
Wenn der erste optische, dichroitische Mehrschichtenfilm 24, die erste Halbwellenplatte 25, der zweite optische, dichroitische Mehrschichtenfilm 26 und die zweite Halbwellenplatte 27 in Übereinstimmung mit den entsprechenden Einfallswinkeln konstruiert sind, kann das nach unten eingefallene Licht A (blauer Lichtstrahl) vom ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 24 reflektiert werden und als reflektiertes Licht C, wie in Figur 8 als durchgehende Linie dargestellt, links aus der Einfallsfläche der ersten flachen Platte 21 austreten. Wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, wird gleichzeitig eine langwellige P-polarisierte Komponente des einfallenden Lichtes A (blauer Lichtstrahl), welche den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 24 durchdringt, von der ersten Halbwellenplatte 25 in eine S-polarisierte Komponente umgewandelt und vom zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 26 reflektiert. Die reflektierte Komponente tritt als reflektiertes Licht C aus der Einfallsfläche der ersten flachen Platte 21. Demzufolge kann der gleiche Effekt wie bei dem in Figur 3 gezeigten dichroitischen Prisma erzielt werden.
Bei diesem dichroitischen Spiegel durchdringt ein Lichtstrahl, der nicht als reflektiertes Licht C des einfallenden Lichtes A austritt, auf ähnliche Weise den ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 24, die erste Halbwellen platte 25, den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm 26 und die zweite Halbwellenplatte 27 und tritt als durchgelassenes Licht B, welches die gleiche Polarisationsebene wie das einfallende Licht A hat, in der gleichen Richtung wie das einfallende Licht A aus der zweiten flachen Platte 22.
Als Modifikationen dieser Ausführungsform des dichroitischen Spiegels dienen die nachfolgend beschriebenen Beispiele.
Eine dichroitische Spiegelfläche mit einer Struktur, bei welcher ein erster optischer, dichroitischer Mehrschichtenfilm, eine erste Halbwellenplatte und ein zweiter optischer, dichroitischer Mehrschichtenfilm wie in Figur 6 gezeigt zwischen der ersten und der zweiten flachen Platte 21 bzw. 22 gebildet wird.
Eine dichroitische Spiegelfläche mit der gleichen Struktur wie in Figur 4 und Figur 6 gezeigt wird zwischen zwei flachen Platten mit keilförmiger Verjüngung oder zwischen einem Prisma und einer flachen Platte gebildet.
Einer dieser beiden optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilme wird einer Luftschicht ausgesetzt.
Da bei diesen Modifikationen der erste optische, dichroitische Mehrschichtenfilm, die erste Halbwellenplatte, der zweite optische, dichroitische Mehrschichtenfilm und die zweite Halbwellenplatte in Übereinstimmung mit den Einfallswinkeln der einfallenden Lichtstrahlen konstruiert sind, kann der gleiche Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform des dichroitischen Spiegels erzielt werden.
Die Figuren 9 und 10 zeigen die Draufsicht bzw. die Seitenansicht der -ersten Ausführungsform eines Projektionsgerätes.
Dieses Projektionsgerät weist eine Lichtquelleneinheit 50, ein dichroitisches Kreuzprisma 56, einen Reflexionsspiegel 57, einen Polarisationsstrahlenteiler 58 und eine Projektionslinse 59 auf. Die Lichtquelleneinheit 50 weist einen Reflexionsspiegel 51, eine Lichtquelle 52, einen Wärmewellentrennfilter 53 und eine Kondensorlinse 54 auf. Das dichroitische Kreuzprisma 56 ist mit Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G und 55B für rotes, grünes bzw. blaues Reflexionslicht ausgestattet, welche die gleiche Funktion haben wie die in Figur 1 gezeigte Flüssigkristallreflexionsplatte. Diese Glühkolben 55R, 55G und 55B sind an drei entsprechenden Seitenflächen des dichroitischen Kreuzprismas angeordnet. Der Reflexionsspiegel 57 reflektiert das von der Lichtquelleneinheit 50 emittierte weiße Licht wie in Figur 10 gezeigt senkrecht nach unten. Der Eine Fläche des Polarisati- onsstrahlenteilers 58 hat die Aufgabe, die S-polarisierte Komponente des vom Reflexionsspiegel 57 reflektierten weißen Lichtes senkrecht nach links in Figur 10 zu reflektieren und diese auf das dichroitische Kreuzprisma 56 zu lenken, gleichzeitig aber auch die P-polarisierte Komponente des weißen Lichtes durchzulassen. Die Projektionslinse 59 ist dem dichroitischen Prisma 56 gegenüber (rechte Seite in Figur 10) hinter dem Polarisationsstrahlenteiler 58 angeordnet. Das dichroitische Kreuzprisma hat die gleiche Struktur wie das in Figur 7 gezeigte. Wie aus Figur 9 hervorgeht, dient die Fläche, welche der Hypotenuse des ersten rechtwinkligen 45º-Prismas 56E entspricht, als Einfallsfläche für das vom Polarisationsstrahlenteiler 58 reflektierte weiße Licht. Die Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G und SSB für rotes, grünes bzw. blaues Licht sind an der jeweihgen Fläche des zweiten, dritten und vierten rechtwinkligen 45º-Prismas 56F, 56G bzw. 56H angeordnet, welche der Hypotenuse des jeweiligen Prismas entspricht.
Sowohl die erste als auch die vierte dichroitische Spiegelfläche 56A bzw. 56D hat den ersten und den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm mit der in Figur SA bzw. 5B gezeigten Reflexionseigenschaft. Von allen Komponenten des auf das dichroitische Kreuzprisma 56 treffenden weißen Lichtes wird der blaue Lichtstrahl reflektiert und trifft auf den Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55B für blaues Licht.
Sowohl die zweite als auch die dritte dichroitische Spiegelfläche 56B bzw. 56C hat den ersten und den zweiten optischen Mehrschichtenfilm, welche die oben beschriebene Rotlichtreflexionseigenschaft aufweisen. Von allen Komponenten des auf das dichroitische Kreuzprisma 56 treffenden weißen Lichtes wird der rote Strahl reflektiert und trifft auf den Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R für rotes Licht.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieses Projektionsgerätes beschrieben.
Das von der Strahlenguelleneinheit 50 emittierte weiße Licht (weißes Parallellicht) wird vom Reflexionsspiegel 57 vollständig und wie in Figur 10 gezeigt rechtwinklig nach unten reflektiert und trifft auf den Polarisationsstrahlenteiler 58. Die S-polarisierte Komponente des weißen Lichtes, deren Polarisationsebene parallel zur Oberfläche des Polarisationsstrahlenteilers 58 verläuft, wird von der Oberfläche rechtwinklig nach links in Figur 10 reflektiert und trifft auf das dichroitische Kreuzprisma 56. Diese Komponente wird als Bildlichtstrahl verwendet. Die P-polarisierte Komponente des weißen Lichtes, deren Polarisationsebene nicht parallel zur Oberfläche des Polarisationsstrahlenteilers 58 verläuft, durchdringt diese Fläche, dient jedoch nicht als Bildlichtstrahl. Demzufolge arbeitet der Polarisationsstrahlenteiler 58 in diesem Moment als Polarisator.
Die auf das dichroitische Prisma 56 treffende S-polarisierte Komponente des weißen Lichtes wird für die dichroitischen Spiegeiflächen 56A bis 56D des dichroitischen Kreuzprismas 56 zur P-polarisierten Komponente. Die P-polarisierte Komponente wird vom dichroitischen Kreuzprisma 56, welches die dichroitischen Spiegelflächen 56A bis 56D, aber nicht die oben beschriebene Polarisationsabhängigkeit aufweist, in einen roten, einen grünen und einen blauen Lichtstrahl zerlegt. Der rote, der grüne und der blaue Lichtstrahl treffen auf den jeweiligen Flüssigkristallreflexionsglühkolben für rotes, grünes und blaues Reflexionslicht 55R, 55G bzw. 55B.
Der in den Flüssigkristallreflexionsglühkolben für rotes, grünes und blaues Reflexionslicht 55R, 55G bzw. 55B verwendete Flüssigkristall ist ein Kristall der Type ECN (elektrisch gesteuerte Doppelbrechung) oder 45º TN (nematisch verdreht). Wenn eine an den Flüssigkristall angelegte Spannung in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Farbbildsignal geregelt wird, ist ein teilweises Drehen der Polarisationsebene für das einfallende Licht möglich. Die auf die Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G und 55B treffenden Lichtstrahlen der entsprechenden Farbe werden in Übereinstimmung mit den Bildelementsignalen des Bildsignals in Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe mit P- und S- polarisierten Komponenten umgewandelt. Die Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe verlassen die Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G und 55B.
Die Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe werden vom dichroitischen Kreuzprisma 56 synthetisiert und ein zusammengesetzter Lichtstrahl gelangt zum Polarisationsstrahlenteiler 58 zurück. In diesem Moment arbeitet der Polarisationsstrahlenteiler 58 als Analysator. Die S-polarisierten Komponenten (d.h. die auf die Oberfläche des Polarisationsstrahlenteilers wirkenden P-polarisierten Komponenten) des zusammengesetzten Lichtes werden durchgelassen. Der zusammengesetzte Lichtstrahl wird dann als zusammengesetzter Bildlichtstrahl durch die Projektionslinse 59 auf einen Bildschirm (nicht dargestellt) projiziert. Die P-polarisierten Komponenten (d.h. die auf die Oberfläche des Polarisationsstrahlenteilers 58 wirkenden S-polarisierten Komponenten) des zusammengesetzten Bildlichtstrahles werden dagegen senkrecht nach oben in Figur 10 reflektiert. Der reflektierte Strahl gelangt durch den Reflexionsspiegel 57 zur Lichtquelleneinheit 50 zurück.
Bei diesem Projektionsgerät wird das dichroitische Prisma 56, welches keine Polarisationsabhängigkeit wie oben beschrieben aufweist, als Farbzerleg-/-synthetisiervorrichtung verwendet, um das von der Strahlenquelleneinheit 50 emittierte weiße Licht in Farben zu zerlegen und die Farben wieder zu synthetisieren. Die Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe gehen nicht verloren, sind kein Streulicht, bilden kein Geisterbild und bei Auftreffen eines Farblichtstrahles auf einen falschen Flüssigkristall- -reflexionsglühkolben kann eine Verschlechterung des Kontrastes verhindert und ein klares Bild erhalten werden. Wie bei einem Projektionsgerät mit konventionellem dichroitischen Kreuzprisma kann der Abstand zwischen der Projektionslinse 59 und jedem Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G und 55B (Schnittweite) verkürzt werden.
Figur 11 zeigt die Seitenansicht der zweiten Ausführungsform eines Projektionsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dieses Projektionsgerät unterscheidet sich von dem in den Figuren 9 und 10 gezeigten darin, daß ein zweites dichroitisches Kreuzprisma 56 um 90º versetzt zum ersten angeordnet ist, so daß ein auf die Oberfläche des Polarisationsstrahlenteilers 58 treffender linear polarisierter Strahl (P- oder S-polarisierte Komponente) als die polarisierten Komponenten dienen, welche in gleicher Richtung auf die dichroitischen Spiegelflächen 56A bis 56D des dichroitischen Kreuzprismas 56 treffen.
Bei diesem Projektionsgerät wird das von der Lichtquelleneinheit 50 emittierte und über den Reflexionsspiegel 57 und durch den Polarisationsstrahlenteiler 58 auf das dichroitische Kreuzprisma treffende weiße Licht zur S-polarisierten Komponente für die dichroitischen Spiegelflächen 56A bis 56D des dichroitischen Kreuzprismas 56. Diese S-polarisierte Komponente wird vom dichroitischen Kreuzprisma 56 in rote, grüne und blaue Lichtstrahlen zerlegt. Die roten, grünen und blauen Lichtstrahlen treffen auf den jeweiligen Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G bzw. 55B. Die aus den Flüssigkristallreflexionsglühkolben 55R, 55G und 55B austretenden Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe können in Abhängigkeit vom Bildsignal P-polarisierte Komponenten enthalten. Diese P-polarisierten Komponenten gehen im dichroitische Kreuzprisma 56 nicht verloren, sondern gelangen zum Polarisationsstrahlenteiler 58 zurück. Das in Figur 11 gezeigte Projektionsgerät erzielt die gleichen Effekte wie das in den Figuren 9 und 10 gezeigte.
Bei dem in den Figuren 9 und 10 oder 11 gezeigten Projektionsgerät weist das verwendete dichroitische Kreuzprisma 56 die in Figur 4 gezeigte Struktur des dichroitischen Strahlenteilers auf. Bei einem dichroitischen Prisma können die dichroitischen Spiegelflächen aber auch die in Figur 6 gezeigte Struktur haben, um den gleichen Effekt wie oben beschrieben zu erzielen.
In diesem Fall hat jede dichroitische Spiegelfläche nur eine Halbwellenplatte. Das auf das dichroitische Kreuzprisma treffende weiße Licht durchdringt im Moment der Farbzerlegung und Farbsynthese die Halbwellenplatte. Die vom entsprechenden Flüssigkristallreflexionsglühkolben modulierten und wieder zum Polarisationsstrahlenteiler zurückkehrenden polarisierten Komponenten sind die gleichen wie jene, die mit Bezug auf das in den Figuren 9 und 10 oder 11 gezeigte Projektionsgerät beschrieben wurden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Projektionsgerätes können anstatt der in Figur 1 gezeigten ersten und zweiten dichroitischen Spiegeiflächen 84 und 85 dichroitische Spiegelflächen mit der in Figur 4 oder 6 gezeigten Struktur verwendet werden. Eine Alternative dazu ist die Verwendung von zwei dichroitischen Spiegeln wie in Figur 8 gezeigt anstatt des dichroitischen Prismas mit den ersten und zweiten dichroitischen Spiegeiflächen 84 bzw. 85. Bei einem solchen Projektionsgerät kann die Polarisationsabhängigkeit der dichroitischen Spiegelflächen eliminiert und demzufolge der Lichtausnutzungsgrad verbessert werden.
Der oben beschriebene dichroitische Spiegel hat dichroitische Spiegelflächen, welche nicht polarisationsabhängig sind. Die P-polarisierte Komponente, die bei einem konventionellen Aufbau keine Verwendung findet, da sie durchgelassen wird, kann aber reflektiert werden. Demzufolge ist eine weitere Verbesserung des Lichtausnutzungsgrades möglich.
Die Reflexionseigenschaft des ersten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms hinsichtlich der S-polarisierten Komponente in mindesten einem Wellenlängengrenzbereich des vorausbestimmten sichtbaren Bereiches gleicht der des zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilms. Die Grenzlinien der zerlegten Farbkomponenten können klar voneinander unterschieden werden und bilden dadurch einen Hochleistungsfilter.
Wenn die zweite Halbwellenplatte vorhanden ist und die Achsen mit hohem und niedrigen Index der ersten und der zweiten Halbwellenplatte entgegengesetzte Richtungen haben, weisen die den ersten und den zweiten optischen, dichroitischen Mehrschichtenfilm durchdringenden Komponenten des austretenden Lichtes die gleiche Polarisationsebene auf wie das auf den dichroitischen Spiegel treffende Licht. Jetzt kann auch die Polarisationsebene jeder Lichtkomponente in der Nähe der zentralen Wellenlänge genau gedreht werden (180º) und eine weitere Präzisionsverbesserung der Reflexion/zerlegung der Komponenten des austretenden Lichtes ist möglich.
Ein dichroitisches Kreuzprisma wird durch Verwendung der dichroitischen Spiegelflächen zur Durchführung der Farbzerlegung und Farbsynthese gebildet. Der Abstand zwischen der Projektionslinse und jeder Flüssigkristallvorrichtung (Schnittweite) kann verkürzt werden, um den Freiheitsgrad beim Konstruieren der Linse zu vergrößern. Gleichzeitig kann das Projektionsgerät kompakter gestaltet werden.
Bei einem Projektionsgerät, welches die Farbzerlegung und Farbsynthese durch Verwendung des oben beschriebenen dichroitischen Spiegels ermöglicht, gehen keine Bildlichtstrahlen der entsprechenden Farbe verloren. Streulicht, ein Doppelbild und eine Verschlechterung des Kontrastes, verursacht durch Auftreffen eines Farblichtstrahles auf eine falsche Flüssigkristallvorrichtung, können verhindert werden und es entsteht ein klares Bild.
Da der dichroitische Spiegel gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete, kaum polarisationsabhängige Vorrichtung darstellt, ist seine Verwendung nicht auf den Einsatz in den als Beispiele genannten Projektionsgeräten beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auch bei optischen Ausrüstungen, bei denen ein Farbzerlegsystem und ein Farbsynthesesystem vorhanden sind, z.B. bei einem Bildaufnahmegerät und einem Bildlesegerät anwendbar.
Wenn ein dichroitischer Spiegel gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Farbprojektionsgerät verwendet werden soll, läßt sich die vorliegende Erfindung nicht nur als das hier exemplarisch beschriebene Reflexionswiedergabegerät, sondern auch als Durchlaßwiedergabegerät verwenden. Bei einem Durchlaßfarbprojektionsgerät wird ein dichroitischer Spiegel gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens in einem der beiden Systeme, dem Farbzerlegsystem und dem Farbsynthesesystem, verwendet.

Claims

1. Dichroitischer Strahlenteiler zum Teilen eines einfallenden Lichtstrahles in einen reflektierten Strahl vorbestimmter Farbe und einen durchgelassenen Strahl einer weiteren Farbe, wobei der Strahlenteiler aufweist

- ein Substrat (1) und

- einen auf dem Substrat erzeugten Mehrschichtenfilm, welcher in Richtung des einfallenden Strahles wiederum aufweist

- eine erste dichroitische Reflexionsschicht (4) mit einem Wellenlängenreflexionsbereich für eine erste polarisierte Komponente, welcher kleiner ist als der für eine zweite polarisierte Komponente, die sich von der ersten polarisierten Komponente unterscheidet,

- eine Zwischenschicht, die eine erste Halbwellenplatte (5) aufweist, um die Polarisationsebene jenes Teiles der ersten polarisierten Komponente in bezug auf die vorgegebene Farbe um 90º zu drehen, welcher die erste dichroitische Reflexions schicht durchdringt,

- eine zweite dichroitische Reflexionsschicht (6), um jenen Teil der ersten polarisierten Komponente zu reflektieren, welcher von der ersten Halbwellenplatte gedreht wird, und

- eine zweite Halbwellenplatte (7), um die Polarisationsebene des die erste dichroitische Reflexionsschicht, die Zwischenschicht und die zweite dichroitische Reflexionsschicht durchdringenden Strahles der anderen Farbe zu drehen.

2. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht (6) die Eigenschaften von mindestens einem Ende der lang- und kurzwelligen Seiten des Reflexionsbereiches für die andere Komponente des Strahles hat, welche denen des Reflexionsbereiches der anderen Komponente in der ersten dichroitischen Reflexionsschicht (4) ähnlich sind.

3. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat (1) parallele Platten aufweist.

4. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat ein Prisma aufweist.

5. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei die erste Halbwellenplatte (5) eine Achse mit hohem Index hat, welche sich im wesentlichen in die gleiche Richtung wie die Achse mit niedrigem Index der zweiten Halbwellenplatte (7) erstreckt.

6. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei zwischen der ersten dichroitischen Reflexionsschicht (4) und der Zwischenschicht eine Luftschicht erzeugt wird.

7. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei zwischen der Zwischenschicht und der zweiten dichroitischen Reflexionsschicht eine Luftschicht erzeugt wird.

8. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei die erste dichroitische Reflexionsschicht einen kleineren Reflexionsbereich für die P-polarisierte Komponente des roten Strahles als für dessen S-polarisierte Komponente hat, die Zwischenschicht mindestens den Teilstrahl der P-polarisierten Komponente des roten Strahles im wesentlichen um 90º dreht, welcher die erste dichroitische Reflexionsschicht durchdringt, wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht bezüglich des Reflexionsbereiches der S- polarisierten Komponente des roten Strahles Kurzwelleneigenschaft hat, welche fast gleich ist der Kurzwelleneigenschaft des Reflexionsbereiches der S-polarisierten Komponente in der ersten dichroitischen Reflexionsschicht, und wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht mindestens den Teil des roten Strahles reflektiert, dessen Polarisationsebene von der Zwischenschicht gedreht wird.

9. Spiegel gemäß Anspruch 3, wobei die parallelen Platten ein Plattenpaar darstellen, zwischen denen der Mehrschichtenfilm liegt.

10. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei die erste dichroitische Reflexionsschicht einen kleineren Reflexionsbereich für die P-polarisierte Komponente des blauen Strahles als für dessen S-polarisierte Komponente hat, die Zwischenschicht mindestens den Teilstrahl der S- polarisierten Komponente des blauen Strahles im wesentlichen um 90º dreht, welcher die erste dichroitische Reflexionsschicht durchdringt, wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht bezüglich des Reflexionsbereiches der S-polarisierten Komponente des blauen Strahles Langwelleneigenschaft hat, welche fast gleich ist der Langwelleneigenschaft des Reflexionsbereiches der S-polarisierten Komponente in der ersten dichroitischen Reflexionsschicht, und wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht mindestens den Teil des blauen Strahles reflektiert, dessen Polarisationsebene von der Zwischenschicht gedreht wird.

11. Dichroitischer Strahlenteiler gemäß Anspruch 1, wobei die erste dichroitische Reflexionsschicht einen kleineren Reflexionsbereich für die P-polarisierte Komponente des grünen Strahles als für dessen S-polarisierte Komponente hat, die Zwischenschicht mindestens den Teilstrahl der S-polarisierten Komponente des grünen Strahles im wesentlichen um 90º dreht, welcher die erste dichroitische Reflexionsschicht durchdringt, wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht bezüglich des Reflexionsbereiches der S-polarisierten Komponente Langwellen- und Kurzwelleneigenschaft hat, welche fast gleich ist der Langwellen- und Kurzwelleneigenschaft des Reflexionsbereiches der S-polarisierten Komponente in der ersten dichroitischen Reflexionsschicht, und wobei die zweite dichroitische Reflexionsschicht mindestens den Teil des grünen Strahles reflektiert, dessen Polarisationsebene von der Zwischenschicht gedreht wird.

12. Optisches Gerät mit Farbzerlegsystem, wobei das Farbzerlegsystem einen ersten und einen zweiten Strahl unterschiedlicher Farbe empfängt und einen dichroitischen Strahlenteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, um den ersten Strahl zu reflektieren und den zweiten Strahl durchzulassen und dadurch beide voneinander zu trennen.

13. Optisches Gerät mit Farbsynthesesytem, wobei das Farbsynthesesystem erste und zweite Strahlen unterschiedlicher Farbe empfängt und einen dichroitischen Strahlenteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, um den ersten Strahl zu reflektieren und den zweiten Strahl durchzulassen und dadurch beide voneinander zu trennen.

14. Projektor, der aufweist - eine Strahlenbündelversorgungsvorrichtung zum Bereitstellen eines Strahlenbündels, welches einen ersten und einen zweiten Strahl unterschiedlicher Farbe einschließt,

- ein Farbzerlegsystem zum Zerlegen des Strahlenbündels in einen ersten und einen zweiten Strahl, wobei dieses Farbzerlegsytem mit einem dichroitischen Strahlenteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgerüstet ist,

-eine Vorrichtung zum Modulieren des vom Farbzerlegsystem kommenden ersten Strahles und zum Erzeugen eines ersten Bildes,

- eine Vorrichtung zum Modulieren des vom Farbzerlegsystem kommenden zweiten Strahles und zum Erzeugen eines zweiten Bildes, und

- eine Vorrichtung zum Projizieren des ersten und des zweiten Bildes.

15. Projektor, der aufweist

- eine Versorgungsvorrichtung zum Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Srahles unterschiedlicher Farbe,

- eine erste Strahlerzeugungsvorrichtung zum Modulieren des von der Versorgungsvorrichtung kommenden ersten Strahles und zum Erzeugen eines Strahles, welcher das erste Bild darstellt,

- eine zweite Strahlerzeugungsvorrichtung zum Modulieren des von der Versorgungsvorrichtung kommenden zweiten Strahles und zum Erzeugen eines Strahles, welcher das zweite Bild darstellt

- ein Farbsynthesesystem zum Synthetisieren der Strahlen, welche das erste und das zweite Bild darstellen, wobei dieses System mit einem dichroitischen Strahlenteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgerüstet ist, und

- eine Vorrichtung zum Projizieren des ersten und des zweiten Bildes durch Verwenden der Strahlen, welche das vom Farbsynthesesystem kommende erste und zweite Bild darstellen.

16. Projektor gemäß Anspruch 15, wobei die Versorgungsvorrichtung einschließt

- eine Strahlenbündelversorgungsvorrichtung zum Bereitstellen eines Strahlenbündels, welches einen ersten und einen zweiten Strahl unterschiedlicher Farbe einschließt, und

- ein Farbzerlegsystem zum Zerlegen des Strahlenbündels in einen ersten und einen zweiten Strahl, wobei das Farbzerlegsystem mit einem dichroitischen Strahlenteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgerüstet ist.

17. Projektor gemäß Anspruch 16, wobei das Farbzerlegsystem als Farbsynthesesystem verwendet wird.

18. Projektor, der aufweist

- eine Strahlenbündelversorgungsvorrichtung zur Bereitstellung eines Strahlenbündeis, welches einen ersten und einen zweiten Strahl unterschiedlicher Farbe einschließt,

- einen ersten Bilderzeuger zum Reflektieren und Modulieren des ersten Strahles und zum Erzeugen eines ersten Bildes,

- einen zweiten Bilderzeuger zum Reflektieren und Modulieren des zweiten Strahles und zum Erzeugen eines zweiten Bildes,

- ein optisches System zum Zerlegen des Strahlenbündels in den ersten und den zweiten Strahl und zum Ablenken des ersten und des zweiten Strahles auf den ersten bzw. zweiten Bilderzeuger sowie zum Synthetisieren des vom ersten bzw. zweiten Bilderzeuger reflektierten und modulierten ersten bzw. zweiten Strahles, wobei das System mit einem dichroitischen Strahlenteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgerüstet ist, und

- eine Vorrichtung zum Empfangen des vom ersten bzw. zweiten Bilderzeuger reflektierten und modulierten ersten bzw. zweiten Strahles über das optische System und zum Projizieren des ersten und des zweiten Bildes durch Verwenden des ersten und des zweiten Strahles.

19. Projektor gemäß Anspruch 18, wobei das optische System ein dichroitisches Kreuzprisma aufweist, bei dem dieser Spiegel vorhanden ist.

20. Projektor gemäß Anspruch 18, wobei der zweite Strahl einen dritten und einen vierten Strahl einschließt, deren Farben sich voneinander und von der des ersten Strahles unterscheiden,

wobei der zweite Bilderzeuger einen ersten optischen Modulator zum Reflektieren und Modulieren des dritten Strahles und zum Erzeugen eines dritten Bildes sowie einen zweiten optischen Modulator zum Reflektieren und Modulieren des vierten Strahles und zum Erzeugen eines vierten Bildes aufweist, wobei das optische System einen zweiten dichroitischen Strahlenteiler aufweist; welcher eine dritte dichroitische Reflexionsschicht, eine zweite Zwischenschicht-und eine vierte dichroitische Reflexionsschicht hat, welche in dieser Reihenfolge von der Versorgungsvorrichtung aus übereinandergeschichtet sind, um den dritten Strahl zu reflektieren und den vierten Strahl durchzulassen, wobei die dritte dichroitische Reflexionsschicht einen kleineren Reflexionsbereich für eine der beiden orthogonal polarisierten Komponenten hat als für die andere dieser beiden orthogonal polarisierten Komponenten, wobei die zweite Zwischenschicht die Polarisationsebene mindestens des Teiles des Reststrahles dieser einen Komponente des dritten Strahles dreht, welcher die dritte dichroitische Reflexionsschicht durchdringt, und wobei die vierte dichroitische Reflexionsschicht mindestens den Teil des Strahles reflektiert, dessen Polarisationsebene von der zweiten Zwischenschicht gedreht wird.

21. Projektor gemäß Anspruch 18, wobei der erste und der zweite Bilderzeuger die Polarisationsebene des ersten und des zweiten Strahles teilweise dreht, um das erste und das zweite Bild zu erzeugen.

22. Projektor gemäß Anspruch 21, wobei die Versorgungsvorrichtung eine Strahlungsquelle zur Erzeugung des Strahlenbündels und einen Polarisationsstrahlenteiler aufweist, welcher das von der Strahlungsquelle emittierte Strahlenbündel auf das optische System und den vom ersten bzw. zweiten Bilderzeuger reflektierten und modulierten ersten bzw. zweiten Strahl durch das optische System auf die Projektionsvorrichtung lenkt.