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Diese Erfindung betrifft eine Polarisationslichtteilervorrichtung,
ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung und eine Projektionsdarstellungsvorrichtung
unter Verwendung dieser Polarisationslichtteilervorrichtung.
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26 ist
eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Polarisationsstrahlteilers.
Diese Vorrichtung weist dreieckige Prismen auf, auf die Polarisationslichtteilerfilme
und reflektierende Aluminiumfilme aufgedampft sind, wobei die Prismen
danach aneinandergeklebt werden. Die Prismen 71, 72, 73 und 74 sind
dabei aus dem Material BK7 hergestellte polierte Prismen, und diese
vier Prismen bilden eine Einheit, die sich zur Bildung der gesamten Vorrichtung
wiederholt. Ein Polarisationslichtteilerfilm 75 ist durch
Dampfabscheidung in Form anorganischer Dünnfilme auf diejenige Fläche des
Prismas 72 aufgebracht, die dem Prisma 71 gegenübersteht.
Zusätzlich
ist ein reflektierender Aluminiumfilm 76 auf diejenige
Fläche
des Prismas 73 aufgedampft, die dem Prisma 74 gegenübersteht.
Die Prismen 71, 72, 73 und 74 sind
mit einem Klebstoff an ihren jeweiligen Flächen zusammengeklebt. Wenn
ein Lichtstrahl 77 am Polarisationslichtteilerfilm 75 in
das Prisma 72 eintritt, läuft die P-polarisierte Lichtkomponente
in bezug auf die Lichteinfallsebene als durchgelassenes Licht 77 durch
das Prisma 71 und tritt aus. Andererseits wird die S-polarisierte Lichtkomponente
durch den Polarisationslichtteilerfilm 75 reflektiert,
tritt dann in das Prisma 73 ein, wird durch den reflektierenden Film 76 reflektiert
und verläßt die Vorrichtung
als ein S-polarisierter Lichtstrahl 78. Auf diese Weise
wird ein herkömmlicher
Polarisationsstrahlteiler durch Aneinanderkleben von Prismen gebildet,
die jeweils einen Polarisationslichtteilerfilm oder einen reflektierenden
Film in einer sich wiederholenden Struktur aufweisen.
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Herkömmliche Polarisationsstrahlteiler
können
US-A-2 748 659,
worin eine Lichtquelle für
polarisiertes Licht offenbart ist, US-A-5 221 982, worin ein polarisierender
Wellenlängenteiler
offenbart ist, und EP-A-0 508 413, worin eine polarisierende Umwandlungseinheit
zur Verwendung in einem Projektor offenbart ist, entnommen werden.
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Beim herkömmlichen Verfahren werden die dreieckigen
Prismen jeweils einzeln poliert, bedampft und aneinandergeklebt,
so daß es
nicht möglich
ist, die Größe der sich
wiederholenden Struktur von Polarisationslichtteilerfilmen und reflektierenden
Filmen zu verringern, um der Gesamtvorrichtung eine dünne Struktur
zu geben. Dies liegt daran, daß wenn
die Größe der sich
wiederholenden Struktur verringert werden würde, sogar noch kleinere dreieckige
Prismen hergestellt werden müßten und
die Kanten der Prismen durch das Polieren verlorengehen würden, so
daß kein
Licht durch sie hindurchtritt, woraus sich das Problem einer verringerten
Helligkeit ergeben würde.
Zusätzlich
wird das Erreichen gleichmäßiger Höhen unter
den Prismen umso schwieriger, je kleiner die Prismen werden. Zusätzliche
Probleme, die beim Zusammenkleben der Prismen auftreten, sind unter
anderem eine Fehlausrichtung, eine Ungleichmäßigkeit und eine höckerige
Struktur an den Lichteintrittsflächen
und Lichtaustrittsflächen.
Daher reißen
die Randbereiche, die infolge der Ungleichmäßigkeit herausstehen, leicht,
und es ist schwierig, andere optische Elemente an den Lichteintrittsflächen und
den Lichtaustrittsflächen
anzubringen. Zusätzlich
treten im Fall einer Winkelfehlausrichtung beim Aneinanderkleben
der Prismen Probleme auf, bei denen sich die optischen Achsen des
einfallenden Lichts und des emittierten Lichts ändern. Die vorliegende Erfindung
schlägt
Lösungen
für diese
Probleme vor.
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Zum Lösen wenigstens eines Teils
dieser Probleme umfaßt
eine erste erfindungsgemäße Polarisationslichtteilervorrichtung
nach Anspruch 1 einen Substratblock mit einer Lichteintrittsfläche, einer Lichtaustrittsfläche, welche
im wesentlichen parallel zu der Lichteintrittsfläche ist, und einer Anzahl lichtdurchlässiger Substrate,
welche an einer Anzahl von Übergangsflächen, welche
einen vorbestimmten Winkel bezüglich
der Lichteintrittsfläche
und der Lichtaustrittsfläche
einschließen,
aneinandergeklebt sind, wobei der Substratblock ferner eine Anzahl
von Polarisationslichtteilerfilmen und eine Anzahl von reflektierenden
Filmen, welche abwechselnd auf der Anzahl der Übergangsflächen vorgesehen sind, aufweist,
sowie ein Positionsidentifizierungsteil, welches auf wenigstens
einer der beiden Seitenflächen
des Substratblocks, welche in etwa senkrecht zu der Anzahl der Übergangsflächen ausgebildet
sind, vorgesehen ist, wobei das Positionsidentifizierungsteil zum Zeitpunkt
der Positionierung der Polarisationslichtteilervorrichtung einsetzbar
ist.
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Mittels der ersten Polarisationslichtteilervorrichtung
ist an ihrer Seitenfläche
ein Positionsidentifizierungsteil bereitgestellt, so daß die Polarisationslichtteilervorrichtung,
wenn sie in einer anderen Vorrichtung verwendet wird, verhältnismäßig genau
positioniert werden kann.
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In der ersten Polarisationslichtteilervorrichtung
befindet sich das Positionsidentifizierungsteil vorzugsweise an
einer Position, die in etwa den gleichen Abstand von zwei anderen
Seitenflächen
hat, die an die Seitenflächen
angrenzen, an denen das Positionsidentifizierungsteil bereitgestellt
ist. Auf diese Weise kann die Positionierungsgenauigkeit im Zentrum
des optischen Elements vergrößert werden.
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Alternativ befindet sich das Positionsidentifizierungsteil
vorzugsweise an einer Position, die verschiedene Abstände von
den zwei anderen Seitenflächen
hat, die an die Seitenflächen
angrenzen, an denen das Positionsidentifizierungsteil bereitgestellt
ist. Auf diese Weise kann die Orientierung der Polarisationslichtteilervorrichtung
anhand des Positionsidentifizierungsteils bestimmt werden.
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Das Positionsidentifizierungsteil
kann eine an der Seitenfläche
bereitgestellte Projektion bzw. Auskragung sein, oder das Positionsidentifizierungsteil
kann eine an der Seitenfläche
bereitgestellte Vertiefung sein. Alternativ kann das Positionsidentifizierungsteil
ein Abschnitt sein, der mit einer bestimmten Farbe, die von derjenigen
des Rests der Seitenfläche verschieden
ist, markiert ist.
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Ein erstes Verfahren zum Herstellen
einer Polarisations lichtteilervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt
die in Anspruch 7 angegebenen Schritte: (a) alternierendes Zusammenkleben einer
Anzahl von lichtdurchlässigen
Substraten an einer Anzahl von Grenz- bzw. Übergangsflächen zur Bildung eines Verbundplattenelements,
welches eine Anzahl von Polarisationslichtteilerfilmen und eine
Anzahl von reflektierenden Filmen, die alternativ auf der Anzahl
der Übergangsflächen vorgesehen
sind, aufweist, (b) Schneiden des Verbundplattenelements in einem
vorbestimmten Winkel bezüglich
der Anzahl der Übergangsflächen zur
Bereitstellung eines Substratblocks, der im wesentlichen parallele
Lichteintrittsflächen
und Lichtaustrittsflächen,
die in etwa senkrecht zu der Anzahl der Übergangsflächen gebildet sind, aufweist,
und (c) Polieren der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche des
Substratblocks, wobei Schritt (a) den Schritt des Bildens eines Positionsidentifizierungsteils,
welches zum Zeitpunkt der Positionierung der Polarisationslichtteilervorrichtung
einsetzbar ist, auf wenigstens einer der Seitenflächen des
Substratblocks, die in etwa senkrecht zu der Anzahl der Übergangsflächen ausgebildet
sind, umfaßt.
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Demgemäß kann die erwähnte erste
Polarisationslichtteilervorrichtung durch das erste Verfahren hergestellt
werden.
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Das erste Verfahren umfaßt vorzugsweise den
Schritt (d) des Polierens der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche des
Substratblocks. Auf diese Weise können die Lichteintrittsfläche und
die Lichtaustrittsfläche
des die Polarisationslichtteilervorrichtung bildenden Substratblocks
leicht poliert werden, so daß die
Polarisationslichtteilervorrichtung leicht hergestellt werden kann.
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Gemäß dem ersten Verfahren umfaßt Schritt (a)
vorzugsweise den Schritt des Bildens einer Auskragung als Positionsidentifizierungsteil
durch Versetzen wenigstens einiger der Anzahl der lichtdurchlässigen Substrate
gegenüber
den anderen lichtdurchlässigen
Substraten. Auf diese Weise kann die als Positionsidentifizierungsteil
verwendete Auskragung genau und leicht gebildet werden.
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Eine Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt
eine Polarisationslichtteilervorrichtung gemäß dem vorstehenden Verfahren
zur Herstellung einer Polarisationslichtteilervorrichtung und Polarisationslichtumwandlungsmittel,
die auf der Seite der Lichtaustrittsfläche der Polarisationslichtteilervorrichtung
bereitgestellt sind, zur Umwandlung von Licht mit zwei Arten von
Polarisationslichtkomponenten, welche durch die Polarisationslichtteilerschicht
getrennt sind, in Licht mit einer Art von Polarisationslichtkomponente.
Auf diese Weise kann Licht mit zwei Arten von Polarisationslichtkomponenten
als einfallendes Licht bereitgestellt werden, und Licht mit einer
Art von Polarisationslichtkomponente als emittiertes Licht erhalten
werden.
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Das Polarisationslichtumwandlungsmittel
ist vorzugsweise eine λ/2-Phasenschicht,
die gegenüber
der Lichtaustrittsfläche
jedes zweiten Substrats unter den Lichtaustrittsflächen der
Substrate bereitgestellt ist. Auf diese Weise kann eine Art linear
polarisierten Lichts als emittiertes Licht erhalten werden. Weiterhin
ist ein Antireflexionsfilm vorzugsweise auf wenigstens einer von
der Lichteintrittsflächenseite und
der Lichtaustrittsflächenseite
bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Lichtverlust durch Reflexion
an der Oberfläche
verringert werden.
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Eine erste Projektionsdarstellungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt,
wie in Anspruch 12 angegeben, eine Lichtquelle, ein optisches Integratorsystem
mit einer ersten Linsenplatte und einer zweiten Linsenplatte, welche
das Licht von der Lichtquelle in eine Anzahl von Lichtflüssen teilen,
und eine Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, Modulationsmittel zum Modulieren von Licht, welches von der
Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung emittiert wird, und ein
optisches Projektionssystem, welches das durch die Modulationsmittel
modulierte Licht projiziert.
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Eine zweite Projektionsdarstellungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt,
wie in Anspruch 13 angegeben, eine Lichtquelle, ein optisches Integratorsystem
mit einer ersten Linsenplatte und einer zweiten Linsenplatte, welche
das Licht von der Lichtquelle in eine Anzahl von Lichtflüssen teilen,
eine Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, ein optisches Farbtrennsystem, welches Licht, das von
der Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung emittiert wird, in
Licht einer Anzahl von Farben trennt, Modulationsmittel zum individuellen
Modulieren der Anzahl von Lichtfarben, welche durch das optische
Farbtrennsystem getrennt wurden, ein optisches Synthetisiersystem,
welches das durch die Modulationsmittel modulierte Licht synthetisiert,
und ein optisches Projektionssystem, welches das durch das optische Synthetisiersystem
synthetisierte Licht projiziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren
zum Herstellen einer Polarisationslichtteilervorrichtung, die Licht
mit zufälligen
Polarisationsrichtungen in zwei Arten polarisierten Lichts zerlegt,
die folgenden Schritte: Bilden eines Substratblocks mit einer sich
wiederholenden Struktur einer ersten Substratplatte, einer Polarisationslichtteilerschicht,
einer zweiten Substratplatte und einer reflektierenden Schicht und
Schneiden des Substratblocks in einem vorbestimmten Winkel in bezug auf
die Flächen
der Substratplatten.
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Das vorstehende Verfahren hat den
Vorteil, daß es
nicht erforderlich ist, die Oberflächen für die einzelnen Polarisationslichtteilerschichten
und reflektierenden Schichten zu polieren. Es hat den zusätzlichen
Vorteil, daß der
Parallelitätsgrad
zwischen den sich wiederholenden Polarisationslichtteilerschichten und
reflektierenden Schichten höher
ist als bei einer Struktur, bei der einzelne tetraedrische Prismen
aneinandergeklebt sind. Weiterhin können Polarisationslichtteilervorrichtungen
mit der gleichen Struktur, die die gleichen Eigenschaften aufweisen,
leicht in großer
Zahl hergestellt werden, indem sie aus dem Substratblock geschnitten
werden.
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Bei diesem Verfahren umfaßt der Schritt
des Bildens eines Substratblocks vorzugsweise die folgenden Schritte:
Bilden der Polarisationslichtteilerschichten auf den ersten Substratplatten,
Bilden der reflektierenden Schichten auf den zweiten Substratplatten
und abwechselndes Stapeln der ersten Substratplatten, auf denen
die Polarisationslichtteilerschichten gebildet sind, und der zweiten
Substratplatten, auf denen die reflektierenden Schichten gebildet
sind. Auf diese Weise kann der Substratblock leicht gebildet werden.
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Weiterhin ist es bei diesem Verfahren
beim Schritt des abwechselnden Stapelns der ersten Substratplatten,
auf denen die Polarisationslichtteilerschichten gebildet sind, und
der zweiten Substratplatten, auf denen die reflektierenden Schichten
gebildet sind, bevorzugt, daß die
ersten Substratplatten und die zweiten Substratplatten abwechselnd
gestapelt werden, wobei ihre Enden um einen Betrag, der von einem
Winkel, unter dem der Substratblock zu schneiden ist, abhängt, leicht
versetzt sind.
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Durch Stapeln der Substrate, wobei
ihre Enden leicht versetzt sind, kann der Umfang der beim Schneiden
der Substratblöcke
erzeugten Substratverschwendung verringert werden.
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Bei diesem Verfahren umfaßt der Schritt
des Bildens eines Substratblocks vorzugsweise die folgenden Schritte:
Bilden der Polarisationslichtteilerschichten auf den ersten Substratplatten,
Bilden der reflektierenden Schichten auf den zweiten Substratplatten,
Stapeln von einer der ersten Substratplatten, worauf die Polarisationslichtteilerschichten
gebildet sind, und einer der zweiten Substratplatten, worauf die
reflektierenden Schichten gebildet sind, um dadurch einen Grundblock
zu bilden, und Stapeln mehrerer Grundblöcke. Auf diese Weise können Substratblöcke mit
der gewünschten
Größe leicht
gebildet werden, indem einfach mehrere Substratblöcke gestapelt
werden.
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Beim Schritt des Stapelns mehrerer
Grundblöcke
werden die Grundblöcke
vorzugsweise gestapelt, wobei ihre Enden um einen Betrag, der von
einem Winkel, unter dem der Substratblock geschnitten wird, abhängt, leicht
versetzt sind. Auf diese Weise kann der Umfang der beim Schneiden
der Substrate erzeugten Substratverschwendung verringert werden.
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Vorzugsweise umfaßt dieses Verfahren den weiteren
Schritt des Polierens einer Schnittfläche nach dem Schritt des Schneidens
des Substratblocks unter einem vorbestimmten Winkel. Die zwei auf
diese Weise polierten Schnittflächen
werden zu flachen Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen.
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Vorzugsweise weist dieses Verfahren
den weiteren Schritt des Stapelns eines Blindsubstrats auf wenigstens
eines der Substrate, wodurch beide Flächen des Substratblocks abgedeckt
werden, nachdem der Substratblock gebildet wurde, auf. Auf diese
Weise wird der Randbereich nicht durch Reißen oder Brechen beschädigt, und
es kann der Verlust des durch den Randbereich hindurchtretenden Lichts
verringert werden.
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Vorzugsweise sind bei diesem Verfahren
die erste Substratplatte und die zweite Substratplatte polierte
Glasplatten. Die polierte Glasplatte besteht vorzugsweise aus Weißglasplatten
oder nicht alkalischem Glas. Alternativ bestehen die erste Substratplatte
und die zweite Substratplatte vorzugsweise aus Float-Glas. Durch
die Verwendung polierten Plattenglases oder von Float-Glas kann
die Genauigkeit des Wiederholungsgenauigkeit des Polarisationslichtteilerfilms
und des reflektierenden Films leicht kostengünstig verbessert werden.
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Bei diesem Verfahren ist eine von
der ersten und der zweiten Substratplatte vorzugsweise ein farbiges,
licht durchlässiges
Substrat, und die andere ist ein farbloses, lichtdurchlässiges Substrat.
Auf diese Weise können
die Positionen der Polarisationslichtteilerschichten und der reflektierenden
Schichten leicht unterschieden werden.
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Der reflektierende Film kann ein
dünner
Aluminiumfilm oder ein dünner
dielektrischer Film sein. Der reflektierende Film kann alternativ
aus einem dünnen
Aluminiumfilm und einem dünnen
dielektrischen Film bestehen.
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Die Polarisationslichtteilervorrichtung
wird vorzugsweise durch eines der vorstehenden Verfahren zum Herstellen
einer Polarisationslichtteilervorrichtung hergestellt. Bei dieser
Polarisationslichtteilervorrichtung kann die sich wiederholende
Struktur aus Polarisationslichtteilerschichten und reflektierenden
Schichten abhängig
von der Dicke und der Anzahl der Substrate festgelegt werden. Mit
anderen Worten kann durch eine feine Wiederholung eine große Anzahl
sich wiederholender Strukturen in ein dünnes Substrat aufgenommen werden.
Der Parallelitätsgrad
zwischen den sich wiederholenden Polarisationslichtteilerschichten
und reflektierenden Schichten ist durch die Genauigkeit des Substrats
bestimmt, so daß ein
hoher Parallelitätsgrad
leicht erhalten werden kann. Zusätzlich
kann die Wiederholungsanordnung auch regelmäßig mit hoher Genauigkeit konfiguriert
werden. Zusätzlich
sind die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen sauber, so daß Phasenplatten angebracht
werden können,
Antireflexionsfilme aufgebracht werden können und andere Verarbeitungen leicht
ausgeführt
werden können.
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Es ist bevorzugt, daß die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften
des Polarisationslichtteilerfilms so ein gestellt werden, daß Unterschiede
der Lichtdurchlässigkeit
in bezug auf Licht einer Wellenlänge entsprechend
Spitzen bei verschiedenen Farben höchstens etwa 5% betragen, wenn
das Licht bei einer den Spitzen entsprechenden Wellenlänge bei verschiedenen
Farben im Lichtspektrum unter einer innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs liegenden Einfallswinkeldifferenz in den Polarisationslichtteilerfilm
eintritt.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, in der ein gemäß einem Verfahren zur Herstellung
eines Polarisationsstrahlteilers gemäß einer ersten Anordnung hergestellter
Substratblock dargestellt ist.
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2 zeigt
eine Draufsicht und eine Vorderansicht des in 1 dargestellten Substratblocks.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht des Polarisationsstrahlteilers
gemäß der ersten
Anordnung.
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4 ist
eine Schnittansicht des Polarisationsstrahlteilers gemäß der ersten
Anordnung und einer Anordnung einer Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung,
bei der dieser Polarisationsstrahlteiler verwendet wird.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht des in 4 dargestellten
Polarisationsstrahlteilers, an dem eine λ/2-Phasenplatte angebracht ist.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, in der der gemäß einem Verfahren zur Herstellung
des Polarisationsstrahlteilers gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungs form
der vorliegenden Erfindung hergestellte Substratblock dargestellt
ist.
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7 zeigt
eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Plattenglasblocks aus 6.
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8 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem der Prozeß des
Herstellens einer Polarisationslichtteilervorrichtung zur Verwendung
in LCD-Projektoren aus einem entlang den Schneidflächen 84a und 84b aus 7(A) geschnittenen Block
dargestellt ist.
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9 ist
eine perspektivische Ansicht des Polarisationsstrahlteilers gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht, in der der gemäß einem Verfahren zur Herstellung
des Polarisationsstrahlteilers gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
hergestellte Substratblock dargestellt ist.
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11 zeigt
eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Plattenglasblocks aus 7.
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12 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem der Prozeß des
Herstellens einer Polarisationslichtteilervorrichtung zur Verwendung
in LCD-Projektoren aus einem entlang den Schneidflächen 328a und 328b aus 8(A) geschnittenen Block
dargestellt ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht des Polarisationsstrahlteilers gemäß der zweiten
bevorzugten Ausführungsform.
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14 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem die Wirkung des Blindglases 324 dargestellt
ist.
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15 ist
eine perspektivische Ansicht, in der das Verfahren zur Herstellung
des Polarisationsstrahlteilers gemäß einer dritten bevorzugten
Ausführungsform
dargestellt ist.
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16 zeigt
eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Plattenglasblocks aus 15.
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17 ist
eine perspektivische Ansicht des Polarisationsstrahlteilers gemäß der dritten
bevorzugten Ausführungsform.
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18 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem die Schwierigkeiten dargestellt sind, die auftreten, wenn
die Lichteintrittsfläche
und die Reflexionsfläche unbeabsichtigt
vertauscht werden.
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19 ist
ein schematisches Strukturdiagramm, in dem eine Draufsicht der wichtigen
Abschnitte einer Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung mit
einer Gruppe von Strahlteilern auf der Grundlage der bevorzugten
Ausführungsform
dargestellt sind.
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20 ist
ein schematisches Strukturdiagramm, in dem die wichtigen Abschnitte
der mit einer Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 ausgerüsteten Projektionsdarstellungsvorrichtung 800 dargestellt
sind.
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21 ist
eine Draufsicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Projektionsdarstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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22 ist
eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
des Polarisationsstrahlteilers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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23 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem der Einfallswinkel von auf den Polarisationslichtteilerfilm
einfallendem Licht dargestellt ist.
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24 ist
eine Graphik der Lichtdurchlässigkeit
des Polarisationslichtteilerfilms als Funktion des Spektrums und
des Einfallswinkels des einfallenden Lichts.
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25 ist
eine Graphik der Lichtdurchlässigkeit
eines anderen Polarisationslichtteilerfilms als Funktion des Spektrums
und des Einfallswinkels.
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26 ist
eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Polarisationsstrahlteilers.
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Es folgt eine Erklärung des
Verfahrens zur Herstellung der Polarisationslichtteilervorrichtung (als
ein "optisches Element" bezeichnet) gemäß der vorliegenden
Erfindung zusammen mit der Struktur der Polarisationslichtteilervorrichtung
mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen.
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A. Erste Anordnung:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, in der ein gemäß einem Verfahren zur Herstellung
eines Polarisationsstrahlteilers, der nicht erfindungsgemäß ist, jedoch
zu Erklärungszwecken
aufgenommen ist, hergestellter Substrat block dargestellt ist. Auf
blaues Platten-Float-Glas 1 wird ein Polarisationslichtteilerfilm 2 aufgedampft,
dessen Struktur aus mehreren dünnen
Schichten aus anorganischem Material besteht. Zusätzlich wird
auf das blaue Platten-Float-Glas 4 ein
reflektierender Aluminiumfilm aufgebracht. Der Reflexionsgrad wird
durch die Dampfabscheidung von einer oder mehreren Schichten eines
Dünnfilms
aus anorganischem Material zwischen diesem reflektierenden Film 5 aus
Aluminium und dem blauen Platten-Float-Glas 4 erhöht. Diese
zwei Teile von blauem Platten-Float-Glas 1 und 4 werden
mit einem Klebstoff 3 zusammengeklebt, um einen Grundstruktur-Glaskörper 7 zu
bilden. Grundstruktur-Glaskörper 8 und 9 werden
in der gleichen Weise hergestellt und mit einem Klebstoff 6 zusammengeklebt,
wobei ihre Enden leicht versetzt werden. Eine Gruppe aus mehreren
auf diese Weise zusammengeklebten Grundstruktur-Glaskörpern wird als
Glasblock 19 bezeichnet. Wie nachstehend in Einzelheiten
beschrieben wird, werden Stücke
aus Blindglas 10 und 12 an beiden Oberflächen des
Glasblocks 19 bereitgestellt.
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In dieser Beschreibung werden plattenförmige transparente
Elemente, beispielsweise aus Plattenglas oder aus Blindglas, als "transparente Substrate" oder einfach "Substrate" bezeichnet. Zusätzlich wird
ein durch Zusammenkleben von Plattenglas oder Blindglas gebildeter
Glasblock 19 oder ein hieraus geschnittener Block als "Substratblock" bezeichnet.
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2 zeigt
eine Draufsicht und eine Vorderansicht des in 1 dargestellten Substratblocks. Dieser
Substratblock wird mit einer Schneidmaschine entlang den Schneidebenen 14, 15, 16 ...
zerschnitten. In 2 sind
der Klebstoff 3, der Polarisationslichtteilerfilm 2 und
der reflektierende Film 5 fortgelassen. Wie aus 1 ersichtlich ist, werden
die Schneidebenen 14, 15, 16 ... bei
dieser Anordnung unter einem Winkel von 45° in bezug auf den Polarisationslichtteilerfilm 2 und
den reflektierenden Film 5 geschnitten. Schließlich kann
nach dem Polieren der Schnittfläche
ein Polarisationsstrahlteiler erhalten werden. 3(A) ist eine perspektivische Ansicht des
so erhaltenen Polarisationsstrahlteilers, und 3(B) ist eine Schnittansicht. Durch Schneiden beider
Enden dieses Polarisationsstrahlteilers 20, so daß ein in
etwa rechtwinkliges Parallelepiped gebildet wird, läßt er sich
leichter zu einer Projektionsdarstellungsvorrichtung oder einer
anderen optischen Vorrichtung zusammensetzen.
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Bei diesem Polarisationsstrahlteiler 20 werden
die Polarisationslichtteilerflächen
und reflektierenden Flächen
abwechselnd unter einem Winkel von 45° in Bezug auf die Schneidebenen 14 und 15 aneinandergereiht.
Es ist ersichtlich, daß bei
dieser Struktur der Zwischenraum zwischen dem Polarisationslichtteilerfilm 2 und
dem reflektierenden Film 5 aus Aluminium durch die Dicke
der Teile aus blauem Platten-Float-Glas 1 und 4 festgelegt
ist. Mit anderen Worten ist es bei Verwendung dünner Platten möglich, einen
Polarisationsstrahlteiler mit einer sehr feinen Teilung zu bilden.
Dies ist mit dem herkömmlichen
Verfahren zum Aneinanderkleben dreieckiger Prismen nicht möglich. Zusätzlich werden
bei dieser Anordnung die Schneidebenen 14, 15, 16 ...
im letzten Schritt poliert, so daß an den Lichteintrittsflächen und
Lichtaustrittsflächen
ein hoher Flachheitsgrad erhalten werden kann. Mit anderen Worten
werden die Probleme der wechselseitigen Fehlausrichtung, wenn die
dreieckigen Prismen aneinandergeklebt werden, der Ungleichmäßigkeit
der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen entsprechend den Schneidebenen 14,
15, 16 ...,
sowie des Leckens von Klebstoff, der die Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen verschmutzt,
gelöst.
Daher ergeben sich in der Hinsicht vorteilhafte Wirkungen, daß wenn Licht
aus einer zu den Schneidebenen 14, 15, 16 ...
senkrechten Richtung in den Polarisationsstrahlteiler 20 eintritt,
eine gerade optische Achse aufrechterhalten wird und das Licht nicht
gestreut wird. Zusätzlich
kann bei Verwendung von blauem Platten-Float-Glas als Material der sich wiederholende
Zwischenraum zwischen dem Polarisationslichtteilerfilm 2 und
dem reflektierenden Film 5 mit der Dicke des Glases gesteuert
werden, so daß der
Zwischenraum zwischen dem Polarisationslichtteilerfilm und dem reflektierenden
Film durch Erzeugen des Glasblocks 19 aus demselben großen Stück Float-Glas
gleichmäßig gemacht
werden kann. Daher ist bei Verwendung eines Polarisationsstrahlteilers
gemäß der Anordnung
in einem LCD-Projektor oder einer anderen Projektionsdarstellungsvorrichtung
die Positionswiederholungsgenauigkeit des Polarisationslichtteilerfilms
und des reflektierenden Films hoch, und auch ihre Parallelität ist hoch,
so daß die
Wirksamkeit der Polarisationsteilung von Licht erhöht werden
kann.
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Zusätzlich werden bei dieser Anordnung
die Blindglasstücke 10 und 12,
die an beiden Flächen des
Glasblocks 19 bereitgestellt werden, um ein Reißen und
Brechen zu verhindern, mit Klebstoffen 11 und 13 angebracht.
Diese Blindglasstücke 10 und 12 werden
verwendet, um zu verhindern, daß die
scharfen Ecken des plattenförmigen
Polarisationsstrahlteilers reißen
oder brechen, wenn er aus dem Glasblock 19 geschnitten
wird. Weil die Kanten dieses Blindglases reißen und brechen, wird mit anderen
Worten verhindert, daß das
blaue Platten-Float-Glas 1, das den Polarisationslichtteilerfilm 2 aufweist,
reißt
oder bricht.
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Zusätzlich hat das Verfahren zur
Herstellung dieser Anordnung den Vorteil, daß große Anzahlen von Polarisationsstrahlteilern
mit der gleichen Genauigkeit und der gleichen Struktur auf einmal
hergestellt werden können.
Mit anderen Worten werden durch Anordnen eines Glasblocks 19 in
der Schneidmaschine und Schneiden entlang den Schneidebenen 14, 15, 16 ...
Polarisationsstrahlteiler mit der gleichen Genauigkeit und der gleichen
Struktur erhalten. Durch diese Verwendung des Herstellungsverfahrens
dieser Anordnung wird der Vorteil erreicht, daß die Massenproduktion von
Polarisationsstrahlteilern mit der gleichen Genauigkeit und der
gleichen Struktur möglich
ist. Diese Vorteile sind umso größer, je geringer
die Größe der aneinandergeklebten
Prismen ist und je größer die
Anzahl der aneinandergeklebten Glasplatten ist. Wenngleich bei dieser
Anordnung das Schneiden so ausgeführt wird, daß die Schneidebenen 14, 15, 16 ...
einen Winkel von 45° in bezug
auf den Polarisationslichtteilerfilm 2 und den reflektierenden
Film 5 bilden, muß dieser
Winkel nicht unbedingt 45° betragen.
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Weil blaues Platten-Float-Glas für das Glas bei
dieser Anordnung verwendet wird, ist überdies das Polieren der Oberfläche zur
Dampfabscheidung unnötig.
Mit anderen Worten ergibt sich bei Verwendung des unmodifizierten
Rohmaterials eine ausreichende Genauigkeit. Dies ist ein erheblicher
Vorteil gegenüber
dem herkömmlichen
Herstellungsverfahren, bei dem dreieckige Prismen aneinandergeklebt werden,
die auf drei Seiten poliert sind. Zusätzlich ist der Gesichtspunkt,
daß Glasbrüche während des Schneidens
und Polierens nur am Randbereich auftreten, auch in Hinblick darauf vorteilhaft,
daß Lichtverluste
reduziert werden. Zusätzlich
ermöglicht
das Abscheiden auf eine große
Glasplatte bei der Dampfabscheidung mehrerer Dünnfilme eine einfachere Handhabung
und Inspektion, woraus sich der Vorteil ergibt, daß ein aufgedampfter
Film besserer Qualität erhalten
wird. Es ist durch die Verwendung polierten Plattenglases anstatt
blauen Platten-Float-Glases möglich,
die Genauigkeit weiter zu verbessern.
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Weil bei dieser Anordnung die Grundstruktur-Glaskörper 7, 8 und 9 hergestellt
werden, indem zunächst
zwei Plattenglasstücke
aneinandergeklebt werden, kann ein Polarisationsstrahlteiler guter
Qualität
erhalten werden. Dies liegt daran, daß es möglich ist, durch Sichtbetrachtung
zu bestätigen,
daß keine
Blasen vorhanden sind und daß der
Klebstoff gleichmäßig härtet. Das
durch diese Grundglaskörper
hindurchtretende Licht ist wichtig, weil das zwischen benachbarten
Grundstruktur-Glaskörpern
reflektierte Licht kein ursprünglich
wirksames Licht ist. Beim Ankleben eines Grundglaskörpers an
einen anderen ist es nicht möglich,
auf Blasen zu prüfen,
weil es mehrere Schichten eines reflektierenden Aluminiumfilms gibt,
so daß Fälle auftreten,
in denen eine Ungleichmäßigkeit
des Klebens auftritt. Das Vorhandensein von Blasen 17 oder
Ungleichmäßigkeiten 18 ist
jedoch nicht wichtig, solange die Haftung gut ist. Mit anderen Worten
wird durch das Herstellungsverfahren dieser Anordnung die Qualität für die wichtigen
Klebbereiche innerhalb des Grundstruktur-Glaskörpers gewährleistet, so daß die Polarisationslichtteil-Eigenschaften überlegen
sind.
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Wenngleich der reflektierende Film 5 ausschließlich aus
einem Aluminiumfilm gebildet werden kann, kann durch Bilden des
reflektierenden Films 5 aus einem Aluminiumfilm und einem
mehrschichtigen dielektrischen Film (Dünnfilmdielektrikum), wie in diesem
Beispiel, sein Reflexionsgrad um 3% bis 5% erhöht werden. Hierdurch wird nicht
nur die Wirksamkeit der Lichtverwendung erhöht, sondern es wird auch die
Lichtabsorption durch den reflektierenden Film 5 verringert,
wodurch die Wärmeabstrahlung durch
den Polarisationsstrahlteiler unterdrückt wird, woraus sich eine
erhöhte
Zuverlässigkeit
ergibt.
-
4 zeigt
ein weiteres Beispiel des Polarisationsstrahlteilers der Anordnung
und eine Schnittansicht einer Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung
unter Verwendung dieses Polarisationsstrahlteilers . Bei dem in 3 dargestellten Polarisationsstrahlteiler
werden zwei Stücke
blauen Platten-Float-Glases 1 und 4 verwendet,
bei dieser Anordnung werden jedoch stattdessen ein Stück weißen Plattenglases 22 und
ein Stück
blauen Plattenglases 24 verwendet. 23 bezeichnet
einen durch Dampfabscheidung zahlreicher Schichten von zwei verschiedenen
Typen anorganischen Materials auf das weiße Plattenglas 22 gebildeten
Polarisationslichtteilerfilm. 25 bezeichnet einen reflektierenden Aluminiumfilm,
der auf das blaue Plattenglas 24 aufgedampft ist. Diese
sind mit Klebstoff 35 aneinandergeklebt. Das weiße Plattenglas 22,
auf das der Polarisationslichtteilerfilm 23 aufgedampft
ist, und das blaue Plattenglas 24, auf das der reflektierende
Film 25 aufgedampft ist, sind abwechselnd mit Klebstoff aneinandergeklebt,
und das Ganze bildet einen Polarisationsstrahlteiler 36.
Das Verfahren zur Herstellung dieses Polarisationsstrahlteilers 36 umfaßt, wie vorstehend
beschrieben wurde, das abwechselnde Aneinanderkleben großer flacher
Platten von weißem
Plattenglas 22, welche einen Polarisationslichtteilerfilm 23 aufweisen,
und großer
flacher Platten von blauem Plattenglas 24, die einen reflektierenden Aluminiumfilm 25 aufweisen,
und dann das schräge Schneiden
von ihnen in bezug auf die Klebflächen, um plattenförmige Blöcke zu bilden,
und das Polieren der Schnittfläche.
Daher ist der Polarisationsstrahlteiler 36 gemäß dieser
Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß das weiße Plattenglas 22 und
das blaue Plattenglas 24 ohne Unebenheiten aneinandergeklebt
werden und eine integrierte Struktur bilden. Da die Genauigkeit
durch die Bestandteile des weißen
Plattenglases 22 und des blauen Plattenglases 24 festgelegt
ist, kann eine erhebliche Genauigkeit erwartet werden. Weil die
Dickengenauigkeit einer typischen Glasplatte umso größer ist,
je dünner das
Glas ist, nimmt die Genauigkeit zu, wenn die Teilung des Polarisationslichtteilerfilms 23 und
des reflektierenden Films 25 feiner wird und die Dicke
des Polarisationsstrahlteilers 36 geringer wird. Mit anderen
Worten kann ein dünner
und hochgenauer Polarisationsstrahlteiler erhalten werden.
-
Zusätzlich bezeichnen 31 und 32 bei
niedriger Temperatur als Dünnfilme
aus anorganischen Materialien gebildete Antireflexionsfilme zum
Verhindern, daß Licht
an der Oberfläche
reflektiert wird. Durch die Bildung der Antireflexionsfilme 31 und 32 bei
niedriger Temperatur auf der Lichteintrittsflächen-Seite und der Lichtaustrittsflächen-Seite
wird verhindert, daß die
Klebkraft der Klebstoffe 21 und 35 bei der Dünnfilmbildung
beeinträchtigt
wird und daß das
Glas abfällt
oder verrutscht. Durch die Bildung dieser Antireflexionsfilme 31 und 32 bei
niedriger Temperatur wird eine Struktur ermöglicht, bei der an der Oberfläche kein
Lichtverlust auftritt. An der unteren Fläche (Lichtaustrittsfläche) des
den Polarisations strahlteiler 36 bildenden blauen Plattenglases
ist eine λ/2-Phasenplatte 26 ausgebildet.
Der bei niedriger Temperatur gebildete Antireflexionsfilm 32 wird gebildet,
nachdem diese λ/2-Phasenplatte 26 auf
das blaue Plattenglas 24 aufgeklebt wurde.
-
Der Polarisationsstrahlteiler 36,
die selektiv bereitgestellte λ/2-Phasenplatte 26 und
eine rechtwinklig ausgebildete Linsengruppe 33 nehmen einen Lichtstrahl
mit einer zufälligen
Polarisationsachse an (nachstehend als "zufällig
polarisiertes Licht" bezeichnet)
und wandeln ihn in einen Lichtstrahl mit einer einzigen Polarisationsachse
um. Dieses System wird nachstehend beschrieben. Die Linsengruppe 33 ist
ein Satz von Linsen, welche mit einem Abstand angeordnet sind, der
der Breite des weißen
Plattenglases 22 und des blauen Plattenglases 24 im
polierten Zustand des Blocks gleicht, wobei ein Stück von jedem
angeklebt ist. Wenn Licht in die Linsengruppe 33 eintritt,
wird es als ein Lichtstrahl 27 auf die polierte Oberfläche des
weißen
Plattenglases 22 fokussiert. Diese polierte Oberfläche weist
einen Antireflexionsfilm 31 auf, so daß hier kein Lichtverlust auftritt und
fast das gesamte Licht in das Innere des weißen Plattenglases 22 eintritt.
Der Polarisationslichtteilerfilm 23 zerlegt den Lichtstrahl 27 in
P-polarisiertes Licht 29 und S-polarisiertes Licht 28.
Das S-polarisierte Licht 28 wird durch den reflektierenden
Aluminiumfilm 25 reflektiert und läuft dann durch den Antireflexionsfilm 32 und
tritt aus. Die optische Achse der λ/2-Phasenplatte 26 ist
auf 45° in
bezug auf die olarisationsachse P-polarisierten Lichts gelegt. Daher wird
die optische Achse des P-polarisierten Lichts 29 durch
die λ/2-Phasenplatte
um 90° gedreht
und wird zu S-polarisiertem
Licht 30, das die gleiche optische Achse wie das S-polarisierte
Licht 28 aufweist. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann
durch diese Anordnung aus zufällig
polarisiertem Licht 27 S-polarisiertes Licht 28 und 30 mit
einer gleichmäßigen optischen
Achse erhalten werden. Es ist bei dieser Anordnung, wie vorstehend
beschrieben wurde, durch Kombinieren des Polarisationsstrahlteilers 36 mit
einer Linsengruppe 33 und einer λ/2-Phasenplatte 26 und Aufbringen
bei niedriger Temperatur gebildeter Antireflexionsfilme 31 und 32 möglich, eine Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung
zu implementieren, die aus zufällig
polarisiertem Licht einen Typ polarisierten Lichts wirksam erzeugt.
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Der Polarisationsstrahlteiler 36 dieser
Anordnung wird durch Aufdampfen eines Polarisationslichtteilerfilm
in Form eines mehrschichtigen Dünnfilms aus
anorganischem Material auf ein Stück Plattenglas und Aufdampfen
eines reflektierenden Aluminiumfilms auf ein anderes Stück Plattenglas
und anschließendes
Schneiden und Polieren gebildet, so daß eine dünne plattenförmige Konstruktion
möglich ist,
die von der Dicke des Plattenglases abhängt. Weil das Plattenglas mit
der größeren Lichtweglänge, über die
das vom Polarisationslichtteilerfilm 23 reflektierte Licht
läuft,
aus weißem
Plattenglas 22 besteht, ergibt sich der zusätzliche
Vorteil, daß die
Lichtabsorption dort unterdrückt
wird. Weil das andere Glasstück
weiterhin aus blauem Plattenglas 24 besteht, ist es leicht,
das weiße
Plattenglas 22 und das blaue Plattenglas 24 zu
unterscheiden. Indem also dafür gesorgt
wird, daß das
auf der äußersten
linken Seite angeordnete Glas und das auf der äußersten rechten Seite angeordnete
Glas auf einer Seite weißes
Glas und auf der anderen Seite blaues Glas ist, ist es leicht, die
Orte des Polarisationslichtteilerfilms und des reflektierenden Films
zu unterscheiden. Wenn demgemäß ein Dünnfilm aus
anorganischem Material zwischen dem reflektierenden Film 25 aus
Aluminium und dem weißen
Plattenglas 22 bereitgestellt wird, um den Reflexionsgrad
erheblich zu erhöhen, wird
hierdurch die Möglichkeit
ausgeschlossen, daß die
Positionen des Polarisationslichtteilerfilms und der reflektierenden
Fläche
des reflektierenden Films unbeabsichtigt ausgetauscht werden und
dadurch dieser Vorteil aufgehoben wird.
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Weil das Schneiden und das Polieren
weiterhin ausgeführt
werden, nachdem die Glasplatten aneinandergeklebt wurden, um die
Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung herzustellen, ist es weiterhin
möglich,
eine kompakte Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung mit einer
feinen Teilung bereitzustellen. Wenn die Wiederholungsteilung fein
wird, kann der λ/2-Phasenplatte 38 weiterhin
eine Konfiguration gegeben werden, bei der sich Fenster streifenförmig öffnen, wie
in 5 dargestellt ist,
und diese kann auf der Lichtaustrittsflächenseite des Polarisationsstrahlteilers 37 bereitgestellt
werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde,
wird durch das vorstehend erwähnte
Herstellungsverfahren ein durch abwechselndes Aneinanderkleben von Plattenglas
mit einem aus einem mehrschichtigen Dünnfilm aus anorganischem Material
auf seiner Oberfläche
bestehenden Polarisationslichtteilerfilm und von Plattenglas mit
einem reflektierenden Film auf seiner Oberfläche gebildeter Glasblock unter
einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die aneinandergeklebten
Flächen
geschnitten, wobei die sich wiederholende Struktur des Polarisationslichtteilerfilms
und der reflektierenden Flächen
abhängig
von der Dicke und der Anzahl der Plattenglasstücke festgelegt werden kann.
Mit anderen Worten kann ein Polarisationsstrahlteiler durch feine
Wiederholung unter Verwendung einer Struktur mit einer großen Anzahl
von Wiederholungen in einer dünnen
Platte gebildet werden, wobei die Parallelität der Oberflächen durch
die Genauigkeit des Glases bestimmt ist, so daß eine Struktur mit einer hohen
Genauigkeit und einem hohen Parallelitätsgrad erhalten werden kann und
auch eine hohe Genauigkeit des Wiederholungsabstands der Polarisationslichtteilerflächen und
reflektierenden Flächen
erhalten werden kann. Zusätzlich
sind die Lichteintrittsflächen
und Lichtaustrittsflächen
gleichmäßig, so
daß Phasenplatten
angebracht werden können,
Antireflexionsfilme aufgebracht werden können und andere Verarbeitungen
leicht ausgeführt
werden können.
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Weil es beim Herstellungsverfahren
nicht erforderlich ist, die Oberflächen der einzelnen Polarisationslichtteilerfilme
und reflektierenden Filme zu polieren, ergeben sich die Vorteile,
daß der
Parallelitätsgrad
der sich wiederholenden Polarisationslichtteilerfilme und reflektierenden
Filme höher
ist als bei einer Struktur, bei der einzelne tetraedrische Prismen
aneinandergeklebt sind, daß die
Polarisationslichtteilerflächen
oder reflektierenden Flächen
nicht reißen oder
brechen und daß eine
große
Anzahl von Polarisationsstrahlteilern mit den gleichen Eigenschaften leicht
erzeugt werden kann, indem sie aus Plattenglas ausgeschnitten werden.
Weil das Aufdampfen des Polarisationslichtteilerfilms und des reflektierenden
Films weiterhin ohne Modifikationen auf der Glasplatte ausgeführt wird,
sind spezielle Bedampfungsverfahren nicht erforderlich, und die
Qualität
der Filme kann leicht untersucht werden. Falls die Untersuchung
leicht ist, lassen sich die Eigenschaften leicht identifizieren,
und es ist auch eine stabile Massenproduktion möglich.
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Es ist zusätzlich durch Bilden jedes Grundstruktur-Glaskörpers durch
Aneinanderkleben von einem Stück
Plattenglas mit einem Polarisationslichtteilerfilm und einem Stück Plattenglas
mit einem reflektierenden Film möglich,
Blasen und eine ungleichmäßige Klebung
in den aneinandergeklebten Bereichen, durch die wirksames Licht
hindurchtritt, zu unterdrücken.
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Zusätzlich kann die Wiederholungsgenauigkeit
der Polarisationslichtteilerfilme und reflektierenden Filme durch
die Verwendung von Plattenglas und Float-Glas leicht und kostengünstig vergrößert werden.
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Es ist zusätzlich durch die Verwendung
einer Polarisationslichtumwandlungseinrichtung, die den Polarisationszustand
an der Lichtaustrittsfläche
des Polarisationsstrahlteilers hervorruft, möglich, eine Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung
zu erzeugen, die zufällig
polarisiertes Licht in polarisiertes Licht umwandeln kann, welches
den gleichen Polarisationszustand aufweist. Falls eine solche Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung
in einem LCD-Projektor
oder einer anderen Projektionsdarstellungsvorrichtung verwendet
wird, kann fast das gesamte von der Lichtquelle emittierte Licht
als Beleuchtungslicht verwendet werden, so daß die Helligkeit des projizierten
Bilds erheblich vergrößert werden
kann. Es sei bemerkt, daß bei
der vorstehend beschriebenen Anordnung diese Struktur erreicht wurde,
indem selektiv eine λ/2-Phasenplatte
auf der Lichtaustrittsfläche
des Polarisationsstrahlteilers bereitgestellt wurde, die Einrichtung
zum Ausführen
einer Polarisationslichtumwandlung jedoch nicht auf dieses Verfahren
beschränkt
ist.
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Weil die aus dünnen Filmen aus anorganischem
Material bestehenden Antireflexionsfilme weiterhin bei niedriger
Temperatur an der Oberfläche des
Polarisationsstrahlteilers gebildet werden, kann eine Struktur,
die einen Lichtverlust an der Oberfläche verhindert, verwirklicht
werden, ohne daß der
im Inneren des Polarisationsstrahlteilers verwendete Klebstoff beschädigt wird.
Falls die Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung insbesondere
an der Oberfläche
bereitgestellt wird und die λ/2-Phasenplatte angeklebt
wird und dann die Antireflexionsfilme bei niedriger Temperatur gebildet
werden, ist ihre Wirkung groß.
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Zusätzlich wird durch die Verwendung
einer Struktur, bei der zum Verhindern des Reißens und Brechens verwendetes
Blindglas an beide Enden geklebt wird, ein Verlust infolge des Reißens oder
Brechens der an beiden Enden vorhandenen Polarisationslichtteilerfilme
verhindert. Mit anderen Worten tritt keine Verschwendung des durch
diese Abschnitte hindurchtretenden Lichts auf. Bei der erwähnten Anordnung
wird Blindglas an beiden Enden bereitgestellt, es kann jedoch auch
eine Struktur verwendet werden, bei der es nur auf einer Seite bereitgestellt ist.
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Zusätzlich können die Positionen der Polarisationslichtteilerflächen und
der reflektierenden Flächen
klar gemacht werden, indem eines von dem Plattenglasstück, das
mit einem Polarisationslichtteilerfilm bedampft ist, und dem Plattenglasstück, das mit
einem reflektierenden Film bedampft ist, als weißes Plattenglas oder nicht
alkalisches Glas und das andere als farbiges Glas bereitgestellt
wird, so daß die
Vorderseite und die Rückseite
leicht unterschieden werden können.
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Es kann auch ein anderer reflektierender Film
als ein Aluminiumfilm verwendet werden, und es kann beispielsweise
ein mehrschichtiger dielektrischer Film verwendet werden. Falls
ein aus Aluminium hergestellter reflektierender Film verwendet wird, tritt
der Vorteil auf, daß der
Reflexionsgrad nicht vom Einfallswinkel des Lichts abhängt und
daß das
aus dem Polarisationsstrahlteiler austretende Licht nicht anfällig für Farbänderungen
ist. Andererseits ist es bei Verwendung eines aus einem mehrschichtigen dielektrischen
Film (Dünnfilmdielektrikum)
bestehenden reflektierenden Films möglich, den Reflexionsgrad zu
erhöhen.
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Zusätzlich können eine Lichtquelle, eine
erste Linsenplatte, die aus mehreren rechtwinkligen Linsen besteht,
und eine zweite Linsenplatte, die aus fokussierenden Linsen besteht,
deren Anzahl gleich der Anzahl der mehreren rechtwinkligen Linsen
ist, welche die erwähnte
erste Linsenplatte bilden, ein Integratorbeleuchtungssystem bilden,
das mit der vorstehend erwähnten
Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung kombiniert werden kann,
um eine Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung zu erhalten,
die das von der Lichtquelle emittierte zufällig polarisierte Licht in
polarisiertes Licht mit dem gleichen Polarisationszustand umwandelt.
Bei einer herkömmlichen Projektionsdarstellungsvorrichtung
wird entweder der P-polarisierte Lichtfluß oder der S-polarisierte Lichtfluß durch
eine polarisierende Platte absorbiert, die im Modulationselement
der LCD-Tafel oder dergleichen bereitgestellt ist, diese Lichtabsorption
tritt jedoch bei Verwendung dieser Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung
nicht auf. Demgemäß ist der Licht ausnutzungsgrad
hoch, und es kann eine helle Projektionsdarstellungsvorrichtung
erhalten werden.
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Zusätzlich kann ein heller Bildschirm
ohne Ungleichmäßigkeiten
erhalten werden, falls eine Projektionsdarstellungsvorrichtung durch
Kombinieren der vorstehend erwähnten
Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung und des Integratorbeleuchtungssystems
erzeugt wird. Falls zusätzlich
die Anzahl der Linsenteilungen in der das Integratorbeleuchtungssystem
aufweisenden Linsenplatte erhöht wird,
um die Gleichmäßigkeit
und die Helligkeit der Beleuchtung weiter zu erhöhen, kann durch die erwähnte Struktur
der Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung leicht die Anzahl der
Polarisationslichtteilerfilme des Polarisationsstrahlteilers entsprechend
erhöht
werden. Es ist mit anderen Worten lediglich erforderlich, dünnere und
zahlreichere Schichten des Plattenglases aneinanderzukleben. Zusätzlich wird
der Polarisationsstrahlteiler umso dünner, je größer die Anzahl der Polarisationslichtteilerfilme
wird, so daß er
sich umso leichter in einem optischen System anordnen läßt. Falls
die vorstehend erwähnte
Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung verwendet wird, kann daher
eine helle Projektionsdarstellungsvorrichtung ohne Beleuchtungsschwankungen
bereitgestellt werden.
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B. Erste bevorzugte Ausführungsform:
-
6 ist
eine perspektivische Ansicht des bei der Herstellung des Polarisationsstrahlteilers
gemäß der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendeten Plattenglasblocks, während 7(A) eine Draufsicht ist
und 7(B) eine Vorderansicht
ist.
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Der in 6 dargestellte
Plattenglasblock weist sechs aneinandergeklebte Grundstruktur-Glaskörper 80 und 81 auf,
wobei an beiden Enden Blindglasstücke 82 und 84 angeklebt
sind. Jeder der Grundstruktur-Glaskörper 80 und 81 hat
die gleiche Struktur und wird durch den gleichen Prozeß hergestellt
wie die Grundstruktur-Glaskörper
der in 1 dargestellten
ersten Anordnung.
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Wie anhand 6 und 7(B) ersichtlich ist,
steht von den sechs Grundstruktur-Glaskörpern 80 und 81 der
dritte Grundstruktur-Glaskörper 81 von rechts
in Höhenrichtung
um einen Betrag H0 aus den anderen Grundstruktur-Glaskörpern 80 heraus. Falls die
Höhe des
Plattenglasblocks H ist (70 mm gemäß dieser Ausführungsform),
ist der Wert der Höhe
des Vorsprungs H0 vorzugsweise ein Wert von etwa 3% von H (oder
etwa 2 mm gemäß dieser
Ausführungsform).
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Wie anhand 7(B) ersichtlich ist, steht aus der oberen
Randfläche
dieses Glasblocks nur ein Grundstruktur-Glaskörper 81 vor, welcher
eine Auskragung bildet, und dieser Grundstruktur-Glaskörper 81 bildet
an der unteren Randfläche
eine Vertiefung. Daher weist der aus diesem Plattenglasblock ausgeschnittene
Polarisationsstrahlteiler in der Hinsicht einen Vorteil auf, daß sein oberer
Teil und sein unterer Teil anhand der Auskragung und der Vertiefung
leicht identifiziert werden können.
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Die Schraffur an der oberen Fläche des Grundstruktur-Glaskörpers 81,
die in 6 und 7(A) nach oben vorsteht,
wird nur verwendet, um die Zeichnung einfacher lesbar zu machen.
Es ist tatsächlich
nicht erforderlich, eine spezielle Farbe zu verwenden, um ihn von
den anderen Grundstruktur-Glaskörpern
zu unterscheiden.
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Durch Schneiden dieses Plattenglasblocks entlang
den Schneidebenen 84a und 84b kann ein Substratblock
(transparenter Block) ausgeschnitten werden, der als ein Polarisationsstrahlteiler
verwendet werden kann.
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8 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem der Prozeß zur
Herstellung einer Polarisationslichtteilervorrichtung zur Verwendung
in LCD-Projektoren aus einem entlang den Schneidebenen 84a und 84b aus 7(A) geschnittenen Substratblock
dargestellt ist. Zuerst werden, wie in 8(A) dargestellt ist, beide Enden des
ausgeschnittenen Substratblocks in etwa senkrecht zur Lichtaustrittsfläche 86 geschnitten,
um einen Polarisationsstrahlteiler 89 zu erhalten, der
in etwa die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds hat (8(8)). Zu dieser Zeit werden Abschnitte
der Blindglasstücke 82 und 84 ausgeschnitten,
so daß ein
Zustand verbleibt, in dem etwas auf der Seite der Lichtaustrittsfläche 86 verbleibt.
In 8 sind die Polarisationslichtteilerfilme 87 mit durchgezogenen
Linien gezeichnet, während
die reflektierenden Filme 88 mit unterbrochenen Linien
gezeichnet sind. Die Lichteustrittsfläche 85 und die Lichtaustrittsfläche 86 des
geschnittenen Polarisationsstrahlteilers 89 werden jeweils
zu einer flachen Oberfläche
poliert. 9 ist eine
perspektivische Ansicht des auf diese Weise gebildeten Polarisationsstrahlteilers 89.
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Damit die Abmessungen des Polarisationsstrahlteilers 89 schließlich die
vorbestimmten Sollwerte erreichen, ist beim Schneiden bzw. Schnitt
gemäß 8(A) ein hochgenaues Schneiden
bevorzugt. Gleichzeitig kann die Auskragung (der Vorsprung) des
nach oben vorstehenden Grundstruktur-Glaskörpers 81 als Referenzposition
zum Bestimmen der Schneidebene verwendet werden. Wie in 8(A) dargestellt ist, kann
der rechte Rand der Auskragung beispielsweise als Referenz verwendet werden,
von der aus die Abstände
L1 und L2 für
das Schneiden nach links und nach rechts gemessen werden. Auf diese
Weise können
die Abmessungen dieser zwei Abstände
mit hoher Genauigkeit mit den Sollwerten in Übereinstimmung gebracht werden.
-
Die Grenzfläche zwischen dem vorstehenden
Grundstruktur-Glaskörper 81 und
dem unmittelbar links davon angeordneten Grundstruktur-Glaskörper 80 befindet
sich längs
des Polarisationsstrahlteilers 89 in etwa in seiner Mitte.
Es ist daher durch Ausführen
der Schnitte unter Verwendung dieses Vorsprungs als Referenz möglich, die
Schnitte genau auszuführen,
so daß die
Grenzfläche
zwischen diesen Grundstruktur-Glaskörpern 80 und 81 an
der vorbestimmten Position in der Mitte des Polarisationsstrahlteilers 89 angeordnet
wird.
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Weil die Intensität der Beleuchtung einer gewöhnlichen
Lichtquelle in ihrer Mitte am größten ist, ist
der durch die Mitte des Polarisationsstrahlteilers 89 hindurchtretende
Lichtfluß am
größten. Daher
hat die Positionsgenauigkeit der Polarisationslichtteilerfilme und
der reflektierenden Filme in der Mitte des Polarisationsstrahlteilers
einen großen
Einfluß auf die
Umwandlungswirksamkeit des Polarisationsstrahlteilers. Daher kann
durch Schneiden beider Enden des Polarisationsstrahlteilers unter
Verwendung des Vorsprungs etwa in der Mitte als Referenz die Positionsgenauigkeit
der Polarisationslichtteilerfilme und reflektierenden Filme in der
Mitte des Polarisationsstrahlteilers vergrößert werden und die Umwandlungswirksamkeit
des Polarisationsstrahlteilers erhöht werden.
-
In dem Schritt aus 8(B) wird eine selektive Phasenplatte 380 auf
die Seite der Lichtaustrittsfläche 86 des
Polarisationsstrahlteilers 89 geklebt. Die selektive Phasenplatte 380 ist
ein plattenförmiger Körper, der
aus λ/2-Phasenschichten 381 besteht, welche
abwechselnd mit klaren, transparenten Abschnitten angeordnet sind,
wobei die transparenten Abschnitte auf den Lichtaustrittsflächen der
mehreren Glasplatten den Polarisationsstrahlteiler 89 abdecken.
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In dem Schritt aus 8(C) wird eine Fokussierlinsenanordnung 310 an
die Seite der Lichteintrittsfläche 85 des
Polarisationsstrahlteilers 89 geklebt. Die Fokussierlinsenanordnung 310 weist
eine Anordnung zahlreicher in etwa rechtwinkliger Fokussierlinsen 311 auf,
die matrixartig angeordnet sind. Die Fokussierlinsenanordnung 310 ist
auch mit einem Vorsprung 313 versehen (der durch Schraffieren angegebene
Abschnitt). Wenn der Polarisationsstrahlteiler 89 an die
Fokussierlinsenanordnung 310 geklebt wird, wird eine Klebe-Spannvorrichtung (nicht
dargestellt) bereitgestellt, die Vertiefungen aufweist, die mit
den Vorsprüngen
am Polarisationsstrahlteiler 89 und an der Fokussierlinsenanordnung 310 übereinstimmen,
so daß der
Vorsprung am Polarisationsstrahlteiler 89 und der Vorsprung
an der Fokussierlinsenanordnung 310 in ihre entsprechenden Vertiefungen
eingepaßt
werden. Hierdurch kann die Position des Polarisationsstrahlteilers 89 und
der Fokussierlinsenanordnung 310 zueinander mit hoher Genauigkeit
festgelegt werden.
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Wie in 8(A) beschrieben
ist, wird der Polarisationsstrahlteiler 89 unter Verwendung
des Vorsprungs am oberen Teil oder der Vertiefung am unteren Teil
als Referenz mit hoher Abmessungsgenauigkeit ausgeschnitten. Auf
diese Weise ist die Abmessungsgenauigkeit des Polarisationsstrahlteilers 89 selbst
hoch, so daß beim
Ankleben an die Fokussierlinsenanordnung 310 die äußere Form
(die Abmessungen und die Form ohne Einschluß des Vorsprungs) des Polarisationsstrahlteilers 89 als
Referenz für
die Positionierung der Fokussierlinsenanordnung 310 und
anderer Bestandteile verwendet werden kann.
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Auf diese Weise kann die Abmessungsgenauigkeit
des Polarisationsstrahlteilers 89 durch Versetzen von wenigstens
einem der mehreren Grundstruktur-Glaskörper, welche den Polarisationsstrahlteiler 89 bilden,
so daß er
aus den anderen Grundstruktur-Glaskörpern vorsteht, erhöht werden. Zusätzlich kann
die Positionsgenauigkeit des Polarisationsstrahlteilers 89 erhöht werden,
wenn der Polarisationsstrahlteiler 89 mit anderen Polarisationslichtteilervorrichtungen
oder anderen Einrichtungen kombiniert wird.
-
C. Zweite bevorzugte Ausführungsform:
-
10 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur
Herstellung des Polarisationsstrahlteilers gemäß der vorliegenden Erfindung,
während 11(A) eine Draufsicht ist
und 11(B) eine Vorderansicht
ist. Wie anhand der 10 und 11(B) ersichtlich ist, sind
von den mehreren Glasplatten, die diesen Plattenglasblock bilden,
zwei Glasplatten 321 und 322, die in etwa in der
Mitte liegen, größer als
die anderen Glasplatten 323 und stehen sowohl nach oben
als auch nach unten vor. Zusätzlich
ist ein Blindglasstück 324 an
die rechte Seite des Plattenglasblocks angeklebt. Auf der linken
Seite des Plattenglasblocks ist kein Blindglas bereitgestellt. Es
sei bemerkt, daß bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
im Gegensatz zu der erwähnten
ersten Anordnung und der ersten Ausführungsform die Grundstruktur-Glaskörper unnötig sind.
Indem nicht die Grundstruktur-Glaskörper 80 verwendet
werden, sondern vielmehr die Glasplatten nacheinander einzeln versetzt
werden, kann die Glasverschwendung beim Ausschneiden des Polarisationsstrahlteilers
aus dem Substratblock verringert werden.
-
Die Schraffur an den oberen Flächen der zwei
Glasplatten 321 und 322 in 10 und 11(A) wird
nur verwendet, um die Zeichnung leichter lesbar zu machen. Es ist
tatsächlich
nicht erforderlich, eine spezielle Farbe zu verwenden, um sie von
den anderen Glasplatten 323 zu unterscheiden.
-
Wie in 11(B) dargestellt
ist, befindet sich die Grenzfläche
(Übergangsfläche) zwischen
den zwei Glasplatten 321 und 322 längs des
Plattenglasblocks in etwa in der Mitte von diesem. Die Höhe H1, mit
der diese Platten über
dem Plattenglasblock vorstehen, und die Höhe H2, mit der sie unter diesem vorstehen,
können
auf den gleichen Wert oder auf unterschiedliche Werte gelegt werden.
Falls die Höhe des
Plattenglasblocks H ist (gemäß dieser
Ausführungsform
70 mm), beträgt
der Wert dieser Vorsprungshöhen
H1 und H2 vorzugsweise etwa 3% von H (oder gemäß dieser Ausführungsform
etwa 2 mm). Falls diese Vorsprungshöhen H1 und H2 auf unterschiedliche
Werte gelegt sind, ergibt sich hieraus der Vorteil, daß sich die
Aufwärtsrichtung
und die Abwärtsrichtung
des Polarisationsstrahlteilers, wenn er aus diesem Plattenglasblock
geschnitten wird, leicht bestimmen lassen.
-
Durch Schneiden dieses Plattenglasblocks entlang
den Schneidebenen 328a und 328b kann ein Substratblock
ausgeschnitten werden, der als ein Polarisationsstrahlteiler verwendet
werden kann.
-
12 ist
ein der Erklärung
dienendes Diagramm, in dem der Prozeß zur Herstellung einer Polarisationslichtteilervorrichtung
zur Verwendung in LCD-Projektoren aus einem entlang den Schneidebenen 328a und 328b aus 11(B) geschnittenen Substratblock
dargestellt ist. Zuerst werden, wie in 12(A) dargestellt ist, beide Enden des
ausgeschnittenen Substratblocks grob senkrecht zur Lichteustrittsfläche 327 und
zur Lichtaustrittsfläche 326 geschnitten,
um einen Polarisationsstrahlteiler 320 zu erhalten, der
die Form eines grob rechtwinkligen Parallelepipeds aufweist (12(B)). Zu dieser Zeit werden
Teile des Blindglasstücks 324 abgeschnitten,
so daß ein
Zustand verbleibt, in dem etwas auf der Seite der Lichtaustrittsfläche 326 verbleibt.
In 12 sind die Polarisationslichtteilerfilme 331 mit durchgezogenen
Linien gezeichnet, während
die reflektierenden Filme 332 mit unterbrochenen Linien gezeichnet
sind. Die Lichteintrittsfläche 327 und
die Lichtaustrittsfläche 326 des
geschnittenen Polarisationsstrahlteilers 320 sind jeweils
zu einer flachen Oberfläche
poliert. 13 ist eine
perspektivische Ansicht des auf diese Weise gebildeten Polarisationsstrahlteilers 320.
-
Beim Schneiden gemäß 12(A) ist ein hochgenaues
Schneiden bevorzugt, damit die Abmessungen des Polarisationsstrahlteilers 320 schließlich die
vorbestimmten Sollwerte annehmen. Dabei können die Auskragungen (Vorsprünge) der Glasplatten 321 und 322,
die nach oben und nach unten vorstehen, als Referenzposition zum
Bestimmen der Schneidebene verwendet werden. Wie beispielsweise
in 12(A) dargestellt
ist, kann der rechte Rand der Auskragung als Referenz verwendet
werden, von der aus die Abstände
W1 und W2 nach links und rechts zum Schneiden gemessen werden. Auf diese
Weise können
die Abmessungen dieser zwei Abstände
mit hoher Genauigkeit in Übereinstimmung mit
den Sollwerten gebracht werden.
-
Wie vorstehend beschrieben wurde,
sind die vorstehenden Glasplatten 321 und 322 in
Längsrichtung
des Polarisationsstrahlteilers 320 in etwa in der Mitte
positioniert. Es ist daher durch Vornehmen dieser Schnitte unter
Verwendung dieses Vorsprungs als Referenz möglich, die Schnitte genau auszuführen, so
daß die
Grenzfläche
zwischen diesen Glasplatten 321 und 322 an der
vorbestimmten Position in der Mitte des Polarisationsstrahlteilers 320 positioniert
wird.
-
Weil die Intensität der Beleuchtung einer gewöhnlichen
Lichtquelle jedoch in der Mitte am größten ist, ist, wie vorstehend
beschrieben wurde, der durch die Mitte des Polarisationsstrahlteilers 320 hindurchtretende
Lichtfluß am
größten. Daher
hat die Positionsgenauigkeit der Polarisationslichtteilerfilme und
der reflektierenden Filme in der Mitte des Polarisationsstrahlteilers
eine große
Wirkung auf die Umwandlungswirksamkeit des Polarisationsstrahlteilers. Wie
vorstehend beschrieben wurde, kann daher durch Schneiden beider
Enden des Polarisationsstrahlteilers unter Verwendung des in etwa
in der Mitte liegenden Vorsprungs als Referenz die Positionsgenauigkeit
der Polarisationslichtteilerfilme und reflektierenden Filme in der
Mitte des Polarisationsstrahlteilers erhöht werden und die Umwandlungswirksamkeit
des Polarisationsstrahlteilers vergrößert werden.
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In dem Schritt aus 12(B) wird eine selektive Phasenplatte 380 an
die Lichtaustrittsflächenseite
des Polarisationsstrahlteilers 320 geklebt. Die selektive
Phasenplatte 380 ist ein plattenförmiger Körper, der aus λ/2-Phasenschichten
381 besteht, die abwechselnd mit klaren, transparenten Abschnitten auf
den Lichtaustrittsflächen
der mehreren Glasplatten, welche den Polarisationsstrahlteiler 320 abdecken,
angeordnet sind.
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In dem Schritt aus 12(C) wird eine Fokussierlinsenanordnung 310 an
die Oberfläche
der Lichteintrittsseite des Polarisationsstrahlteilers 320 geklebt.
Die Fokussierlinsenanordnung 310 umfaßt eine Anordnung zahlreicher
in Matrixform angeordneter in etwa rechtwinkliger Fokussierlinsen 311.
Die Fokussierlinsenanordnung 310 ist auch mit einem Vorsprung 313 versehen
(der schraffiert angegebene Abschnitt). Wenn der Polarisationsstrahlteiler 320 an die
Fokussierlinsenanordnung 310 geklebt wird, wird eine Klebe-Spannvorrichtung
(nicht dargestellt) bereitgestellt, die Vertiefungen aufweist, welche
mit den Vorsprüngen
am Polarisationsstrahlteiler 320 und an der Fokussierlinsenanordnung 310 übereinstimmen, so
daß der
Vorsprung am Polarisationsstrahlteiler und der Vorsprung an der
Fokussierlinsenanordnung 310 in ihre jeweiligen Vertiefungen
eingepaßt
werden. Hierdurch können
die Position des Polarisationsstrahlteilers 320 und der
Fokussier linsenanordnung 310 zueinander mit hoher Genauigkeit
bestimmt werden.
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Wie in 12(A) beschrieben
ist, wird der Polarisationsstrahlteiler 320 unter Verwendung
der Vorsprünge
in der Mitte als Referenz mit hoher Abmessungsgenauigkeit ausgeschnitten.
Es sei bemerkt, daß die
Abmessungsgenauigkeit des Polarisationsstrahlteilers 320 selbst
hoch ist, so daß beim Ankleben
an die Fokussierlinsenanordnung 310 die äußere Form
(die Abmessungen und die Form ohne Einschluß des Vorsprungs) des Polarisationsstrahlteilers 320 als
Referenz zur Positionierung der Fokussierlinsenanordnung 310 und
anderer Bestandteile verwendbar ist.
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Wie nachstehend beschrieben wird,
verhindert das am Ende des Polarisationsstrahlteilers 320 bereitgestellte
Blindglas 324, daß sich
die selektive Phasenplatte 380 ablöst. 14 ist ein erklärendes Diagramm, in dem die
Wirkung des Blindglases 324 dargestellt ist. 14(A) zeigt die selektive
Phasenplatte 380, wenn sie in der richtigen Position angebracht
ist, während
die 14(B) und 14(C) die aus dem in 14(A) dargestellten Zustand
etwas nach unten versetzte selektive Phasenplatte 380 zeigen. Bei
der Struktur aus 14(8) ist
das Blindglas 324a jedoch am unteren Rand bereitgestellt. 14(C) zeigt den Fall, in
dem das Blindglas fortgelassen ist. Falls kein Blindglas vorhanden
ist, wie in 14(C), steht
das Ende der selektiven Phasenplatte 380 über das
Ende des Polarisationsstrahlteilers 320 hinaus, falls die
selektive Phasenplatte 380 gegenüber der richtigen Position
versetzt ist. Daher kann sich die selektive Phasenplatte 380 leicht
ablösen.
Wenn das Blindglas 324a dagegen am Ende des Polarisationsstrahlteilers 320 bereitgestellt
ist, wie in 13(B), liegt
das Ende der selektiven Phasenplatte 380 auf dem Blindglas 324a.
Dies hat den Vorteil, daß sich die
selektive Phasenplatte 380 nicht leicht ablöst.
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Auf diese Weise kann die Abmessungsgenauigkeit
des Polarisationsstrahlteilers 320 erhöht werden, indem bewirkt wird,
daß mehrere
Glasplatten an zwei Seitenflächen,
die in etwa senkrecht zu den Ebenen der Polarisationslichtteilerfilme
und der reflektierenden Filme (insbesondere den Übergangsflächen zwischen mehreren Glasplatten)
ausgebildet sind, unter den vier Seitenflächen neben den Polarisationslichtteilerflächen und
den reflektierenden Flächen
des Polarisationsstrahlteilers 320 vorstehen. Zusätzlich kann
die Positionierungsgenauigkeit des Polarisationsstrahlteilers 320 erhöht werden,
wenn der Polarisationsstrahlteiler 320 mit anderen Polarisationslichtteilervorrichtungen
oder anderen Einrichtungen kombiniert wird.
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Die vorstehenden Abschnitte sind
nicht auf einen Ort beschränkt,
sondern sie können
vielmehr an mehreren Orten vorstehen. Zusätzlich ist die Anzahl der Glasplatten,
die an einem Ort vorstehen, nicht auf 2 beschränkt, sondern es kann vielmehr
bewirkt werden, daß eine
beliebige Anzahl von Glasplatten vorsteht.
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Andere Typen von Positionsidentifizierungsteilen
(Markierungen), die beim Positionieren des Polarisationsstrahlteilers
verwendbar sind, können
auch an Stelle der vorstehend beschriebenen Vorsprünge bereitgestellt
werden. Vorstellbare Positionsidentifizierungsteile umfassen Vertiefungen,
Glasabschnitte, die an ihren Enden mit anderen Farben markiert sind
als andere Abschnitte, Glasabschnitte, die mit speziellen Markierungen
bestempelt sind, oder dergleichen. Es sei bemerkt, daß gestempelte
Markierungen in weitem Sinne auch als Vertiefungen angesehen werden
können.
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Es sei bemerkt, daß blaues
Float-Glas für
die zwei Typen von Glasplatten 321 und 322 verwendet werden
kann. In diesem Fall ist der Flachheitsgrad der Oberfläche des
Float-Glases hoch, so daß kein Polieren
der Oberfläche
erforderlich ist. Zusätzlich können die
Positionen der Polarisationslichtteilerfilme 331 und der
reflektierenden Filme 332 durch die Verwendung von blauem
Plattenglas für
einen von den zwei Typen von Glasplatten 321 und 322 und
von weißem
Plattenglas für
den anderen leicht identifiziert werden.
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D. Dritte bevorzugte Ausführungsform:
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15 ist
eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Verfahrens zur
Herstellung des Polarisationsstrahlteilers gemäß der vorliegenden Erfindung,
während 16(A) eine Draufsicht ist
und 16(B) eine Vorderansicht
ist. 17 ist eine perspektivische
Ansicht des Polarisationsstrahlteilers 320a, der durch
Schneiden entlang den Schneidebenen 328a und 328b aus 16(A) und dann durch Abschneiden
seiner beiden Enden in der gleichen Weise wie in 12(A) gebildet wurde. Wie anhand der 15 und 16(B) ersichtlich ist, stehen von den
mehreren Glasplatten, die diesen Plattenglasblock bilden, zwei Glasplatten 321a und 322a über die
anderen Glasplatten 323 vor. Im Gegensatz zur zweiten bevorzugten
Ausführungsform
stehen diese Glasplatten 321a und 322a jedoch
nicht nach unten vor, weil ihre unteren Flächen in der gleichen Ebene
gebildet sind wie die untere Fläche
der anderen Glasplatten 323. Mit anderen Worten stehen
die Glasplatten bei dem aus diesem Plattenglasblock ausgeschnittenen
Polarisationsstrahlteiler von einer der Seitenflächen unter den zwei Seitenflächen in etwa
senkrecht zu den Ebenen der Polarisationslichtteilerfilme und reflektierenden
Filme vor. Weil nur auf einer Seite ein Vorsprung ausgebildet ist,
ergibt sich hieraus der Vorteil, daß der obere und der untere
Teil des Polarisationsstrahlteilers leicht unterschieden werden
können.
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Ein weiterer Unterschied gegenüber der
dritten bevorzugten Ausführungsform
besteht darin, daß diese
zwei Glasplatten 321a und 322a nicht in der Mitte,
sondern zu einer Seite hin angeordnet sind. Weil der Vorsprung in
Längsrichtung
gegenüber
der Mitte verschoben ist, ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Lichteintrittsfläche und
die Lichtaustrittsfläche
durch den Vorsprung unterschieden werden können. Es sei bemerkt, daß der Betrag,
um den der Vorsprung gegenüber
der Mitte in Längsrichtung
verschoben ist, vorzugsweise in etwa zwei Glasplatten beträgt.
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Falls die Lichteintrittsfläche und
die Lichtaustrittsfläche
des Polarisationsstrahlteilers unbeabsichtigt ausgetauscht werden,
treten die folgenden Probleme auf. 18 ist
ein erklärendes
Diagramm, in dem die Probleme dargestellt sind, die auftreten, wenn
die Lichteintrittsfläche
und die Reflexionsfläche unbeabsichtigt
vertauscht werden. 18(A) zeigt die
Funktion des Polarisationsstrahlteilers allein. Wenn zufällig polarisiertes
Licht in den Polarisationsstrahlteiler eintritt, werden zuerst die
p-polarisierten Komponenten und die s-polarisierten Komponenten durch
den Polarisationslichtteilerfilm 331 getrennt. Die p-polarisierten
Komponenten laufen beispielsweise ohne Modifikation durch den Polarisationslichtteilerfilm 331,
die s-polarisierten Komponenten werden jedoch in etwa unter einem
rechten Winkel reflektiert. Die s-polarisierten Komponenten werden durch
den reflektierenden Film 332 reflektiert und treten aus.
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18(B) zeigt
ein durch Kleben einer selektiven Phasenplatte 380 an die
Lichtaustrittsfläche dieses
Polarisationsstrahlteilers 320 und auch durch Bereitstellen
einer Lichtblockierplatte 340 vor der Lichteintrittsflächenseite
gebildetes Polarisationslichtumwandlungselement, wodurch P-polarisiertes Licht
aus zufällig
polarisiertem Licht erhalten wird. Diese Lichtblockierplatte 340 ist
aus abwechselnden Lichtblockierabschnitten 341, die Licht
blockieren, und lichtdurchlässigen
Abschnitten 342, die für
Licht transparent sind, gebildet. Daher hat die Lichtblockierplatte 340 die
Funktion, die Lichtflüsse
zu steuern, die abhängig
von der Position der Lichtblockierplatte 340 hindurchtreten.
Wenn dieser Polarisationsstrahlteiler 320 jedoch verwendet
wird, um ein sogenanntes optisches Integratorsystem zu bilden, wird eine
Linsenplatte, die aus mehreren matrixartig angeordneten kleinen
Linsen besteht, auf der Lichteintrittsseite des Polarisationsstrahlteilers 320 angeordnet,
und es werden Fokussierlinsen auf der Lichtaustrittsseite angeordnet.
Das Verfahren zum Anordnen der Lichtblockierabschnitte 341 und
der lichtdurchlässigen
Abschnitte 342 ist so ausgelegt, daß die fokussierten Lichtbilder
von diesen kleinen Linsen nur auf den Polarisationslichtteilerflächen des
Polarisationsstrahlteilers 320 gebildet werden. Objekte,
die als Lichtblockierplatte 340 verwendbar sind, umfassen einen plattenförmigen transparenten
Körper
(beispielsweise eine Glasplatte), worauf wie gemäß dieser Ausführungsform
ein Lichtblockierfilm (beispielsweise ein Chromfilm oder ein Aluminiumfilm)
teilweise ausgebildet ist, oder eine flache Lichtblockierplatte,
beispielsweise eine Aluminiumplatte, in der Löcher bereitgestellt sind. Wenn
die Lichtblockierfläche insbesondere
unter Verwendung eines Lichtblockierfilms gebildet wird, kann die
gleiche Funktion durch Bilden eines Lichtblockierfilms direkt auf
der Fokussierlinsenanordnung oder dem Polarisationsstrahlteiler 320 erreicht
werden.
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Das Licht, das durch die lichtdurchlässigen Abschnitte 342 hindurchtritt,
wird durch den Polarisationslichtteilerfilm 331 in p-polarisierte
Komponenten und s-polarisierte Komponenten zerlegt. Die p-polarisierten
Komponenten treten ohne Modifikation durch den Polarisationslichtteilerfilm 331.
Andererseits werden die s-polarisierten Komponenten durch den reflektierenden
Film 332 reflektiert und dann durch die λ/2-Phasenplatte
381 in p-polarisierte Komponenten umgewandelt, und sie treten dann
aus. Daher tritt aus diesem Polarisationslichtumwandlungselement
nur P-polarisiertes Licht aus.
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18(C) zeigt
den Zustand, in dem die Vorderseite und die Rückseite des Polarisationsstrahlteilers 320 vertauscht
sind. Die Lichtblockierplatte 340 ist an der Position angeordnet,
an der die Beleuchtung mit emittiertem Licht maximal ist. Wenn die
Vorderseite und die Rückseite
des Polarisationsstrahlteilers 320 vertauscht werden, wie
in 18(C) dargestellt
ist, ergibt sich die Schwierigkeit, daß die polarisierten Lichtkomponenten
des emittierten Lichts vertauscht werden. Dies wird zu einem Problem,
wenn der Polarisationsstrahlteiler zu einer Projektionsdarstellungsvorrichtung
(20) zusammengesetzt wird,
wie nachstehend beschrieben wird. Insbesondere ist bei der in 20 dargestellten Projektionsdarstellungsvorrichtung
der Polarisationsstrahlteiler mit der λ/2-Phasenplatte kombiniert, um das Licht von
einer Lichtquelle 10 in einen einzigen Typ polarisierten
Lichts (P-polarisiertes Licht oder S-polarisiertes Licht) umzuwandeln.
Andererseits werden zum Verbessern des Kontrasts Polarisationsplatten,
die selektiv nur entweder P-polarisiertes
Licht oder S-polarisiertes Licht durchlassen, normalerweise auf
der Seite der Lichteintrittsfläche
der LCD-Tafeln 803, 805 und 811 gebildet,
die als Mittel zum Modulieren des aus dem mit einem Polarisationsstrahlteiler
und einer λ/2-Phasenplatte
ausgerüsteten
optischen Element 300 austretenden Lichts bereitgestellt
sind. Falls daher die polarisierten Lichtkomponenten des emittierten
Lichts vertauscht werden, wird das Licht von den Polarisationsplatten
absorbiert, die auf der Seite der Lichteintrittsfläche der
LCD-Tafeln 803, 805 und 811 ausgebildet
sind, so daß das
Risiko besteht, daß sie nicht
als eine Projektionsdarstellungsvorrichtung funktionieren.
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Zusätzlich nimmt im Fall von 18(C) die Häufigkeit,
mit der Licht vom Eintritt bis zum Austritt durch die Klebstoffschichten 325 hindurchtritt,
im Vergleich zu 18(B) zu.
Weil die Klebstoffschichten 325 Licht absorbieren, ergibt
sich das Problem, daß die
Wirksamkeit des Polarisationslichtumwandlungselements verringert
ist.
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Falls auf diese Weise die Vorderseite
und die Rückseite
des Polarisationsstrahlteilers vertauscht werden, besteht die Möglichkeit,
daß verschiedene Probleme
auftreten. Um dieses Problem zu lösen, ergibt sich bei Verwendung
der in den 15 und 16 dargestellten Verfahren
und durch das Bilden eines Polarisationsstrahlteilers, der auf einer
Seite und an einer gegenüber
der Mitte versetzten Position Vorsprünge (Positionsidentifizierungsteile)
aufweist, der Vorteil, daß seine
Vorderseite und seine Rückseite leicht
unterschieden werden können,
so daß Probleme
dieser Art verhindert werden können.
Zusätzlich wird
die Abmessungsgenauigkeit des Polarisationsstrahlteilers bei der
dritten bevorzugten Ausführungsform
durch Bereitstellen eines Vorsprungs erhöht, so daß sich der gleiche Vorteil
wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ergibt. Es ergibt
sich der weitere Vorteil, daß die
Positionierungsgenauigkeit des Polarisationsstrahlteilers erhöht werden
kann, wenn der Polarisationsstrahlteiler mit einer anderen Polarisationslichtteilervorrichtung
oder einer anderen Einrichtung kombiniert wird.
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19 ist
ein schematisches Strukturdiagramm, in dem eine Draufsicht der wichtigen
Abschnitte einer Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 mit
einer Anordnung von Strahlteilern auf der Grundlage dieser bevorzugten
Ausführungsform
dargestellt ist. Diese Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 umfaßt eine
Lichtquelle 100 und eine Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 400.
Die Lichtquelle 100 erzeugt einen Fluß zufällig polarisierten Lichts,
das s-polarisierte Komponenten und p-polarisierte Komponenten enthält. Der
aus der Lichtquelle 100 austretende Lichtfluß wird durch
die Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 400 in einen Typ
linear polarisierten Lichts mit in etwa gleichen Polarisationsrichtungen
umgewandelt, wodurch ein Beleuchtungsbereich 90 beleuchtet
wird.
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Die Lichtquelle 100 weist
eine Lichtquellenlampe 101 und einen Parabolreflektor 102 auf.
Das von der Lichtquellenlampe 101 emittierte Licht wird durch
den Parabolreflektor 102 in eine Richtung reflektiert,
wodurch ein in etwa paralleler Lichtfluß gebildet wird, der in die
Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 400 eintritt. Die
optische Achse R der Lichtquelle wird um einen festen Abstand D
in X-Richtung gegenüber
der optischen Achse L des Systems verschoben. Hierbei ist die optische
Achse L des Systems die optische Achse der Polarisationsstrahlteileranordnung 320.
Der Grund für
das Verschieben der optischen Achse R der Lichtquelle wird später beschrieben.
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Die Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 400 weist
ein erstes optisches Element 200 und ein zweites optisches
Element 300 auf. Das erste optische Element 200 hat
eine Struktur mit mehreren kleinen Lichtflußteilerlinsen 201,
die vertikal und horizontal angeordnet sind. Das erste optische
Element 200 ist so angeordnet, daß die optische Achse R der Lichtquelle
mit der Mitte des ersten optischen Elements 200 ausgerichtet
ist. Die äußere Form
der einzelnen Lichtflußteilerlinsen 201 ist
bei Betrachtung aus der Z-Richtung so eingerichtet, daß eine ähnliche Form
wie diejenige des Beleuchtungsbereichs 90 gebildet ist.
Gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
ist ein Beleuchtungsbereich 90 vorgesehen, der in X-Richtung
länglich
ist, so daß auch
die äußere Form
der Lichtflußteilerlinsen 201 in
der XY-Ebene länglich
ist.
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Das zweite optische Element 300 weist
eine Fokussierlinsenanordnung 310, eine Polarisationsstrahlteileranordnung 320,
eine selektive Phasenplatte 380 und eine austrittsseitige
Linse 390 auf. Die Fokussierlinsenanordnung 310 hat
eine Struktur, die in etwa derjenigen des ersten optischen Elements 200 ähnelt. Dabei
ist die Anzahl der Fokussierlinsen 311 der Fokussierlinsenanordnung 310 genauso groß wie diejenige
der Lichtflußteilerlinsen 201,
welche das erste optische Element 200 bilden, wobei sie matrixartig
angeordnet sind. Die Fokussierlinsenanordnung 310 ist auch
so positioniert, daß ihre
Mitte mit der optischen Achse R der Lichtquelle ausgerichtet ist.
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Die Lichtquelle 100 emittiert
einen Fluß in etwa
parallelen weißen
Lichts mit zufälligen
Polarisationsrichtungen. Der aus der Lichtquelle 100 austretende
und in das erste optische Element 200 eintretende Lichtfluß wird durch
die einzelnen Lichtflußteilerlinsen 201 in
Zwischen-Lichtflüsse 202 eingeteilt. Die
Fokussierwirkung der Lichtflußteilerlinsen 201 und
der Fokussierlinsen 311 fokussiert die Zwischen-Lichtflüsse 202 auf
Ebenen (die XY-Ebenen in 19),
welche zur optischen Achse L des Systems senkrecht sind. An den
Positionen, an denen die Zwischen-Lichtflüsse 202 fokussiert
sind, werden Bilder der Lichtquelle in einer Anzahl gebildet, die
der Anzahl der Lichtflußteilerlinsen 201 gleicht.
Die Positionen, an denen die Bilder der Lichtquelle gebildet werden,
liegen in der Nähe
der Polarisationslichtteilerfilme 331 innerhalb der Polarisationsstrahlteileranordnung 320.
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Der Grund, aus dem die optische Achse
R der Lichtquelle gegenüber
der optischen Achse L des Systems verschoben ist, besteht darin,
daß das
Bild der Lichtquelle an den Positionen der Polarisationslichtteilerfilme 331 gebildet
wird. Diese Verschiebungsstrecke D ist auf 1/2 der Breite Wp des
Polarisationslichtteilerfilms 331 in X-Richtung gelegt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Mitten der Lichtquelle 100,
des ersten optischen Elements 200 und der Fokussierlinsenanordnung 310 mit
der optischen Achse R der Lichtquelle ausgerichtet und um den Betrag
D = Wp/2 gegenüber
der optischen Achse L des Systems verschoben. Andererseits sind
auch die Mitten der Polarisationslichtteilerfilme 331,
welche die Zwischen-Lichtflüsse 202 trennen,
um den Betrag D = Wp/2 gegenüber
der optischen Achse L des Systems verschoben. Daher wird das Bild
der Lichtquelle in Form der Lichtquellenlampe 101 durch Verschieben
der optischen Achse R der Lichtquelle gegenüber der optischen Achse L des
Systems um den Betrag D = Wp/2 in etwa in der Mitte des Polarisationslichtteilerfilms 331 gebildet.
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Der Lichtfluß, der in den Polarisationsstrahlteiler 320 eintritt,
wird vollständig
in S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes
Licht umgewandelt. Der von der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 emittierte
Lichtfluß beleuchtet
den Beleuchtungsbereich 90 durch die austrittsseitige Linse 390.
Der Beleuchtungsbereich 90 wird durch die große Anzahl
von Lichtflüssen
beleuchtet, die durch die große
Anzahl von Lichtflußteilerlinsen 201 zerlegt
wurden, so daß der
gesamte Beleuchtungsbereich 90 gleichmäßig beleuchtet werden kann.
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Falls der Parallelitätsgrad der
in das erste optische Element 200 eintretenden Lichtflüsse sehr gut
ist, kann die Fokussierlinsenanordnung 310 aus dem zweiten
optischen Element 300 fortgelassen werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde,
hat die Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 aus 19 die Funktion eines Polarisationslichtgenerators,
der Weißlichtflüsse mit
zufälligen
Polarisationsrichtungen in Lichtflüsse mit einer spezifischen
Polarisationsrichtung (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes
Licht) umwandelt, und die Funktion des gleichmäßigen Beleuchtens des Beleuchtungsbereichs 90 mit
dieser großen
Anzahl von Lichtflüssen polarisierten
Lichts.
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20 ist
ein schematisches Strukturdiagramm, in dem die wichtigen Abschnitte
der mit der in 19 dargestellten
Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 ausgerüsteten Projektionsdarstellungsvorrichtung 800 dargestellt
sind. Diese Projektionsdarstellungsvorrichtung 800 umfaßt die Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500,
dichroitische Spiegel 801 und 804, Reflexionsspiegel 802, 807 und 809,
Linsen 806, 808 und 810, drei LCD-Tafeln
(LCD-Lichtventile) 803, 805 und 811,
ein dichroitisches Prisma 813 und eine Projektionslinse 814.
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Die dichroitischen Spiegel 801 und 804 wirken
als Farbteilereinrichtungen zum Trennen des Weißlichtflusses in farbiges Licht
mit den drei Farben Rot, Grün
und Blau. Die drei LCD-Tafeln 803, 805 und 811 wirken
als Lichtmoduliereinrichtungen zum getrennten Modulieren der drei
Farben, um ein den Bildinformationen (Bildsignalen) entsprechendes
Bild bereitzustellen. Das dichroitische Prisma 813 wirkt als
eine Farbsyntheseeinrichtung zum Synthetisieren des aus drei Farben
bestehenden farbigen Lichts, um ein Farbbild zu bilden. Die Projektionslinse 814 wirkt als
ein optisches Projektionssystem zum Projizieren das synthetisierte
Farbbild darstellenden Lichts auf einen Bildschirm 815.
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Der blaues Licht bzw. grünes Licht
reflektierende dichroitische Spiegel 801 ist für die roten
Licht komponenten des von der Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 emittierten
Weißlichtflusses
transparent, während
er die blauen Lichtkomponenten und die grünen Lichtkomponenten reflektiert. Das
hindurchtretende rote Licht wird vom Reflexionsspiegel 802 reflektiert
und erreicht die LCD-Tafel 803. Andererseits wird von dem
blauen Licht und dem grünen
Licht, das vom ersten dichroitischen Spiegel 801 reflektiert
wurde, das grüne
Licht durch den grünes Licht
reflektierenden dichroitischen Spiegel 804 reflektiert
und erreicht die LCD-Tafel 805. Weiterhin tritt auch das
blaue Licht durch den dichroitischen Spiegel 804.
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Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die optische Weglänge
für blaues
Licht unter den drei Farben des Lichts die größte. Deshalb wird hinter dem
dichroitischen Spiegel 804 eine Lichtleitereinrichtung 850 für das blaue
Licht bereitgestellt, die aus einem Vermittlungslinsensystem besteht,
das eine Eintrittslinse 806, eine Vermittlungslinse 808 und
eine Austrittslinse 810 aufweist. Mit anderen Worten tritt
das blaue Licht nach dem Hindurchlaufen durch den grünes Licht
reflektierenden dichroitischen Spiegel 804 zuerst durch
die Eintrittslinse 806 und den Reflexionsspiegel 807 und
wird zur Vermittlungslinse 808 geführt. Es wird weiterhin durch
den Reflexionsspiegel 809 reflektiert und zu der Austrittslinse 810 geführt und
erreicht die LCD-Tafel 811.
Die drei LCD-Tafeln 803, 805 und 811 entsprechen
dem Beleuchtungsbereich 90 in 19.
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Jede der drei LCD-Tafeln 803, 805 und 811 moduliert
eine Farbe des Lichts entsprechend den durch eine externe Steuerschaltung
(nicht dargestellt) bereitgestellten Bildsignalen (Bildinformationen),
um farbiges Licht zu erzeugen, das für jede der Farbkomponenten
Bildinformationen enthält.
Die drei Farben des modulierten Lichts treten in das dichroitische
Prisma 813 ein. Das dichroitische Prisma 813 hat
eine Struktur, bei der ein mehrschichtiges Dünnfilmdielektrikum, das rotes
Licht reflektiert, und ein mehrschichtiges Dünnfilmdielektrikum, das blaues Licht
reflektiert, in einer gekreuzten Form angeordnet sind. Diese mehrschichtigen
Dünnfilmdielektrika
synchronisieren die drei Farben des Lichts, so daß Licht gebildet
wird, das ein Farbbild repräsentiert.
Die Projektionslinse 814, die ein optisches Projektionssystem
ist, projiziert das synthetisierte Licht auf einen Bildschirm 815,
und es wird ein vergrößertes Bild
dargestellt.
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Bei dieser Projektionsdarstellungsvorrichtung 800 werden
LCD-Tafeln 803, 805 und 811 eines Typs,
der einen Lichtfluß einer
speziellen Polarisationsrichtung (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht)
moduliert, als Lichtmodulationseinrichtungen verwendet. Diese LCD-Tafeln
weisen normalerweise Polarisationsplatten (nicht dargestellt) auf,
die an ihre Lichteintrittsseite bzw. ihre Lichtaustrittsseite geklebt sind.
Wenn daher die LCD-Tafeln mit einem Lichtfluß beleuchtet werden, der zufällige Polarisationsrichtungen
aufweist, wird in etwa die Hälfte
des Lichtflusses von der Polarisationsplatte der LCD-Tafel absorbiert und
in Wärme
umgewandelt. Daher werden der geringe Lichtausnutzungsgrad und die
Erzeugung von Wärme
durch die Polarisationsplatten zu Problemen. Bei der in 20 dargestellten Projektionsdarstellungsvorrichtung 800 erzeugt
die Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 jedoch
einen Lichtfluß mit
der spezifischen Polarisationsrichtung, welche durch die LCD-Tafeln 803, 805 und 811 hindurchtritt,
so daß die
Probleme der Absorption von Licht und der Erzeugung von Wärme durch
die Polarisationsplatte der LCD-Tafel erheblich abgeschwächt werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde,
kann der Lichtausnutzungsgrad in der Projektionsdarstellungsvorrichtung
durch die Verwendung der Polarisationsstrahlteileranordnung gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
erhöht
werden. Daher kann das auf den Bildschirm 815 projizierte
Bild heller gemacht werden.
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21 ist
eine schematische Schnittansicht der Struktur eines anderen Beispiels
einer Projektionsdarstellungsvorrichtung, bei der die Polarisationslichtumwandlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird. Das von der Lichtquelle, einer Lampe 63,
in etwa parallel emittierte Licht, tritt durch die mehreren Linsen 51-a einer
ersten Linsenplatte 51 und wird in Richtung einer zweiten
Linsenplatte 52 gesammelt, die die gleiche Anzahl von Linsen 52-a aufweist.
Die erste Linsenplatte 51 und die zweite Linsenplatte 52 bilden
ein Integratorbeleuchtungssystem. Mit anderen Worten wird der Lichtfluß von der
Lampe 63 durch die Linsen 51-a geteilt, und die geteilten
Lichtflüsse
werden unter Verwendung der Linsen 52-a auf einer LCD-Tafel 60 überlagert,
so daß eine
gleichmäßige Beleuchtung
erreicht wird. Zusätzlich
bezeichnet 55 einen Polarisationsstrahlteiler, der, wie
vorstehend beschrieben wurde, durch ein Verfahren hergestellt wird,
bei dem mit einem Polarisationslichtteilerfilm aus einem mehrschichtigen
Dünnfilm
aus einem anorganischen Material beschichtete Glasplatten und mit
einem reflektierenden Aluminiumfilm bedampfte Glasplatten abwechselnd
aneinandergeklebt und dann schräg
geschnitten werden und die Schnittfläche poliert wird.
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Nun wird der fokussierte Lichtfluß 54 von
den Linsen 51-a auf den Polarisationslichtteilerfilm innerhalb
des Polarisationsstrahlteilers 55 fokussiert. Von dem fokussierten
Lichtfluß 54,
der zufällig
polarisierte Komponenten hat, tritt das P-polarisierte Licht durch den
Polarisationslichtteilerfilm, während
das S-polarisierte Licht reflektiert wird. Nachdem es durch den Polarisationslichtteilerfilm
reflektiert wurde, wird das S-polarisierte Licht von dem Polarisationsstrahlteiler 55 emittiert
(als der S-polarisierte Lichtfluß 58). Wenn andererseits
das P-polarisierte
Licht durch eine λ/2-Phasenplatte 62 hindurchtritt,
die selektiv auf der Lichtaustrittsflächenseite des Polarisationsstrahlteilers 55 bereitgestellt
ist, wird die Polarisationsachse um 90° gedreht. Mit anderen Worten
wird der P-polarisierte Lichtfluß in einen S-polarisierten Lichtfluß umgewandelt.
Eine Kondensorlinse 56 ist eine Linse, die dafür vorgesehen
ist, die vom Polarisationsstrahlteiler 55 emittierten Lichtflüsse auf
der LCD-Tafel 60 zu überlagern.
Die LCD-Tafel 60 moduliert den einfallenden Lichtfluß auf der
Grundlage von Bildinformationen, und das modulierte Bild wird durch
eine Projektionslinse 61 auf einen Bildschirm projiziert.
Durch die Verwendung des Polarisationsstrahlteilers 55 verwandelt
die Projektionsdarstellungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
ein herkömmliches System,
bei dem nur eine der Komponenten des von der Lampe emittierten polarisierten
Lichts verwendet wird, in ein System um, bei dem alle Lichtkomponenten
verwendet werden, so daß die
Verluste verkleinert werden und ein helleres projiziertes Bild erhalten werden
kann. Weil zusätzlich
Lichtverluste ausgeschlossen werden und diese Verluste gewöhnlich zur Erzeugung
von Wärme
führen,
läßt sich
diese Wärmeerzeugung
vermeiden. Daher kann die Kühlvorrichtung
zum Kühlen
der Einrichtung kompakt gemacht werden oder fortgelassen werden,
so daß die gesamte
Einrichtung kleiner und kompakter gemacht werden kann. Zusätzlich wird
der Polarisationsstrahlteiler 55 durch schräges Schneiden
aus einem zusammengeklebten Plattenglasblock gebildet, so daß er als
eine dünne
Platte gebildet werden kann. Mit anderen Worten kann eine helle
Projektionsdarstellungsvorrichtung gebildet werden, indem einfach der
sehr wenig Platz einnehmende Polarisationsstrahlteiler in ein optisches
Integratorsystem ohne Polarisationsstrahlteiler eingefügt wird.
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In einem optischen Integratorsystem
kann die Ungleichmäßigkeit
der Lichtstrahlen der Lampe 63 umso stärker verringert werden, je
größer die
Anzahl der Unterteilungen der Linse ist. Hierbei muß die Anzahl
der Polarisationslichtteilerfilme und der reflektierenden Filme
beim Polarisationsstrahlteiler 55 genauso groß sein wie
die Anzahl der Linsenunterteilungen im optischen Integratorsystem,
gemäß dieser Ausführungsform
wird der Polarisationsstrahlteiler 55 jedoch durch Aneinanderkleben
von Glasplatten gebildet, so daß ein
Polarisationsstrahlteiler, der eine große Anzahl von Polarisationslichtteilerfilmen
und reflektierenden Filmen aufweist, die der Anzahl der Linsenunterteilungen
entspricht, leicht hergestellt werden kann. Dies ist mit dem herkömmlichen
Verfahren des Aneinanderklebens dreieckiger Prismen nicht erreichbar,
weil es Grenzen für
das Polieren der Prismen, das Aufdampfen der Filme, das Aneinanderkleben
und dergleichen gibt. Durch die Verwendung eines aus einem zusammengeklebten
Block von Glasplatten schräg
ausgeschnittenen Polarisationsstrahlteilers in einer Projektionsdarstellungsvorrichtung,
die mit einem optischen Integratorsystem ausgerüstet ist, kann der Lichtausnutzungsgrad
erhöht
werden und ein gleichmäßiges Bild
ohne Unregelmäßigkeiten
erhalten werden.
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D. Andere:
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Die vorliegende Erfindung ist in
keiner Weise auf die vorstehenden Beispiele und bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt,
sondern es sind vielmehr verschiedenartige Implementationen möglich, solange
sie davon nicht wesentlich abweichen, wobei beispielsweise die folgenden
Modifikationen möglich
sind.
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22 zeigt
eine andere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Polarisationsstrahlteilers. Gemäß dieser
Ausführungsform
werden Polarisationsstrahlteiler 41A und 41B so
aneinandergelegt, daß ihre
Polarisationslichtteilerfilme 43 und 47 und reflektierenden
Filme 45 und 49 unter Bildung eines Polarisationsstrahlteilers 40 einander
zugewandt werden. Ein aus einem anorganischen Material bestehender
Polarisationslichtteilerfilm 43 wird auf eine Glasplatte 42 aufgedampft,
und ein reflektierender Film 45 wird auf eine Glasplatte 44 aufgedampft.
Zusätzlich
wird ein aus einem anorganischen Material bestehender Polarisationslichtteilerfilm 47 auf
eine Glasplatte 46 aufgedampft und ein reflektierender Film 49 auf
eine Glasplatte 48 aufgedampft. Nach dem Bedampfen werden
die Glasplatten der jeweiligen Polarisationsstrahlteiler 41A und 41B aneinandergeklebt,
geschnitten und mit einer Plattenform versehen.
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Wenn ein Polarisationsstrahlteiler
als eine Polarisations lichtumwandlungsvorrichtung für eine Beleuchtungsvorrichtung
mit einem Polarisationslichtumwandlungsmechanismus verwendet wird, wird
die Lampe so angeordnet, daß ihre
optische Achse in etwa durch die Mitte des Polarisationsstrahlteilers
verläuft.
In diesem Fall ist, wie in 23 dargestellt
ist, der Winkel des in die Polarisationslichtteilerfilme 43 und 47 eintretenden
Lichts nicht konstant. Weil die Polarisationslichtteilerfilme 43 und 47 andererseits
aus mehrschichtigen Dünnfilmen
aus anorganischem Material bestehen, ändern sich, wie in 24 dargestellt ist, die
Eigenschaften der Lichtdurchlässigkeit
und der Reflexion, falls sich der Lichteinfallswinkel ändert, und
es tritt leicht eine asymmetrische Färbung der Beleuchtung von links
nach rechts auf. In 24 gibt
die durchgezogene Linie das Spektrum des von der Lichtquelle emittierten Lichts
an, gibt die gestrichelte Linie die Lichtdurchlässigkeitskurve für Licht
unter einem Einfallswinkel θ1 an und gibt die abwechselnd lang und kurz
gestrichelte Linie die Lichtdurchlässigkeitskurve für Licht unter
einem Einfallswinkel θ2 an. Falls demgemäß die Polarisationslichtteilerfilme 43 und 47 und
die reflektierenden Filme 45 und 49 so angeordnet
werden, daß sie
einander mit einer Links-Rechts-Symmetrie zugewandt sind, wie es
beim Polarisationsstrahlteiler 40 gemäß dieser Ausführungsform
der Fall ist, ist es möglich,
daß die
Winkelabhängigkeiten
der mehrschichtigen Dünnfilme
dieser Art einander links und rechts ausgleichen. Es ist daher möglich, eine
gleichmäßige Beleuchtung über den
gesamten Beleuchtungsbereich zu erreichen. Durch die Verwendung
einer solchen Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung in einer
Projektionsdarstellungsvorrichtung, die ein Farbbild projiziert,
kann ein gutes Bild mit einer geringen Farbungleichmäßigkeit
erhalten werden.
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Weiterhin kann zum Korrigieren dieser
Färbung
das folgende Verfahren verwendet werden. 25 zeigt die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften auf
der Grundlage der Unterschiede des Lichteinfallswinkels bei Wellenlängen, die
den Spitzen bei verschiedenen Farben entsprechen. Gemäß dieser Ausführungsform
ist θ0 45°, θ1 50° und θ2 40°.
Die Polarisationslichtteilerfilme gemäß dieser Ausführungsform
werden so hergestellt, daß eine
Lichtdurchlässigkeitsdifferenz
von 5% oder weniger auftritt, wenn Licht der Spitzenwellenlänge blauen
Lichts von etwa 435 nm und Licht der Spitzenwellenlänge grünen Lichts
von etwa 550 nm unter Einfallswinkeln von 40° bis 45° eintreten. Wenngleich weiterhin
in dem in 25 dargestellten
Spektrum keine rote Lichtspitze vorhanden ist, beträgt die Lichtdurchlässigkeitsdifferenz
für rotes
Licht infolge einer Winkeländerung
von Licht mit etwa 610 nm höchstens
5%. Mit anderen Worten wird dieser Polarisationslichtteilerfilm
so eingerichtet, daß die
Lichtdurchlässigkeitsdifferenz
in den wichtigen Wellenlängenbereichen
für rotes,
grünes
und blaues Licht höchstens
5% beträgt.
Der Ausdruck "Spitzen
bei verschiedenen Farben" bedeutet den
Bereich wichtiger Wellenlängen
für jede
Farbe des in den Polarisationslichtteilerfilm eintretenden Lichts.
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Auf diese Weise wird durch Einstellen
der Polarisationslichtteilerfilme, so daß die Lichtdurchlässigkeitsdifferenz
infolge von Einfallswinkeldifferenzen des Lichts mit den Spitzen
bei verschiedenen Farben entsprechenden Wellenlängen höchstens 5% beträgt, Licht
hoher Intensität,
unabhängig
vom Einfallswinkel, nahezu gleichmäßig durchgelassen, so daß Farbungleichmäßigkeiten
wirksam verhindert werden können.
Daher kann ein gutes Bild mit einer geringen Farbungleichmäßigkeit
erhalten werden, indem eine Polarisationslichtumwandlungsvorrichtung in
einer Projektionsdarstellungsvorrichtung verwendet wird, die ein
Farbbild projiziert.
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Es sei bemerkt, daß bei dem
in 25 dargestellten
Polarisationsstrahlteiler die Änderung
der Lichtdurchlässigkeit
für einfallendes
Licht bei einer Differenz des Winkels θ1 von
höchstens ±5% auf
innerhalb 5 gesteuert wird, daß es
jedoch in dem Fall, in dem einfallendes Licht mit einer Differenz
des Winkels θ0 von mehr als ±5 Grad vorhanden ist, ausreicht,
die Änderung
der Lichtdurchlässigkeit
des einfallenden Lichts mit einer Differenz des Winkels θ0 von mehr als ±5 Grad innerhalb 5% zu steuern.
Es sei bemerkt, daß die
Größe der Differenz
mit dem Winkel θ0, abhängig
von der Teilung der Linsen 51-a und 51-b und vom Abstand
von der ersten Linsenplatte 51 zu den Polarisationslichtteilerfilmen 43 und 47 und dergleichen,
verschieden ist.
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Im Fall des Lichts der Lichtquelle,
bei dem die rote Spitze unbestimmt ist, wie in 25 dargestellt ist, ist es weiterhin
ausreichend, die Intensität des
roten Lichts so zu steuern, daß die
Lichtdurchlässigkeitsdifferenz
innerhalb des Wellenlängenbereichs
von 600 nm bis 750 nm oder vorzugsweise des Wellenlängenbereichs
von 600 nm bis 620 nm höchstens
5% beträgt.
Auf der Seite von Wellenlängen
unterhalb von 600 nm wäre
das Licht gelblich und nicht als Beleuchtungslicht geeignet.
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Weil die Spitze in der Nähe von 570
nm in dem in 25 dargestellten
Spektrum des von der Lichtquelle emittierten Lichts weiterhin das
Risiko birgt, daß das
Farb gleichgewicht der Beleuchtungslichts aufgehoben wird, wird sie
vorzugsweise mit einem Filter entfernt.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen
dritten bevorzugten Ausführungsform
wird der in 17 dargestellte
Polarisationsstrahlteiler in der in 19 dargestellten
Polarisationslicht-Beleuchtungsvorrichtung 500 und der
in 20 dargestellten
Projektionsdarstellungsvorrichtung 800 verwendet, es könnte jedoch
stattdessen auch der Polarisationsstrahlteiler gemäß der in 13 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
oder ein beliebiger der in anderen bevorzugten Ausführungsformen
dargestellten Polarisationsstrahlteiler verwendet werden.
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Diese Erfindung ist nicht nur auf
nach vorne projizierende Projektionsdarstellungsvorrichtungen anwendbar,
wobei die Projektionsfläche
von der Betrachtungsseite projiziert wird, sondern sie ist auch auf
eine Rückprojektions-Darstellungsvorrichtung anwendbar,
wobei die Projektionsfläche
von der Seite, die der Betrachtungsseite entgegengesetzt ist, projiziert
wird. Weiterhin können
als Lichtventile nicht nur lichtdurchlässige LCD-Tafeln, sondern auch
reflektierende LCD-Tafeln verwendet werden.
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Gemäß den vorstehend erwähnten bevorzugten
Ausführungsformen
wird die Polarisationslichtteilervorrichtung unter Verwendung von
Plattenglas hergestellt, das verwendete Material ist jedoch nicht
auf Plattenglas beschränkt,
und es kann auch optisches Glas, Kunststoff oder ein anderes transparentes
Substrat verwendet werden.
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Die Polarisationslichtteilervorrichtung
gemäß dieser
Erfindung ist auf verschiedene Arten von Projektions darstellungsvorrichtungen
anwendbar. Zusätzlich
ist die Projektionsdarstellungsvorrichtung auf der Grundlage dieser
Erfindung auf die Darstellung von einem Computer oder dergleichen
erzeugter Bilder oder von einem Videorecorder erzeugter Bilder anwendbar,
indem sie auf einen Bildschirm projiziert werden.