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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine optische Beleuchtungsvorrichtung,
die für
eine Projektionsanzeigevorrichtung geeignet ist.
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Die
US-A-2748659 offenbart einen Lichtpolarisierer in einer optischen
Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-294906 offenbart ein optisches
Element, das als Polarisationsumwandlungselement bezeichnet und bei
der Umwandlung von Licht mit willkürlichen Polarisationsrichtungen
in Licht, das eine Polarisationsrichtung besitzt, verwendet wird.
Ein derartiges optisches Element ist in 1(A) in
der Draufsicht und in 1(B) in
einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Dieses optische Element
umfasst eine Polarisationsstrahlteileranordnung 22, die
abwechselnd verklebte lineare Polarisationsstrahlteiler 30 mit
Polarisationsteilerfilmen 36 und lineare Prismen 40 mit
reflektierenden Filmen 46 enthält. Abschnitte der Austrittsoberfläche der
Polarisationsstrahlteileranordnung 22 sind wahlweise mit
optischen λ/2-Phasenplättchen 24 versehen.
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Der
lineare Polarisationsstrahlteiler 30 enthält zwei
rechtwinklige Prismen 32, 34 und den Polarisationsteilerfilm 36,
der an der schrägen
Ebene gebildet ist, die durch die Grenzfläche zwischen den rechtwinkligen
Prismen 32, 34 gebildet wird. Bei der Herstellung
des Polarisationsstrahlteilers 30 wird der Polarisationsteilerfilm 36 an
der geneigten Ebene eines der rechtwinkligen Prismen ausgebildet
und die beiden rechtwinkligen Prismen 32, 34 werden
anschließend
mit einem optischen Klebstoff mitein ander verklebt.
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Das
lineare Prisma 40 enthält
zwei rechtwinklige Prismen 42, 44 und den reflektierenden
Film 46, der an der geneigten Ebene an der Grenzfläche zwischen
den rechtwinkligen Prismen 42, 44 ausgebildet
ist. Bei der Herstellung des Prismas 40 wird der reflektierende
Film 46 an der geneigten Ebene eines der rechtwinkligen
Prismen ausgebildet und die beiden rechtwinkligen Prismen 42, 44 werden
anschließend
mit einem optischen Klebstoff miteinander verklebt. Der reflektierende
Film 46 wird aus einem Aluminiumfilm oder einem anderen
Metallfilm gebildet.
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Mehrere
lineare Polarisationsstrahlteiler 30 und lineare Prismen 40,
die auf diese Weise hergestellt worden sind, werden abwechselnd
mit einem optischen Klebstoff miteinander verklebt, um die Polarisationsstrahlteileranordnung 22 herzustellen. Die
optischen λ/2-Phasenplättchen 24 werden
dann wahlweise auf die Austrittsoberfläche des linearen Polarisationsstrahlteilers 30 geklebt.
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Licht,
das eine S-polarisierte Lichtkomponente und eine P-polarisierte
Lichtkomponente enthält,
fällt an
der Einfallsoberfläche
ein. Das einfallende Licht wird zuerst durch den Polarisationsteilerfilm 36 in
S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht geteilt. Das S-polarisierte
Licht wird im Wesentlichen unter einem rechten Winkel durch den
Polarisationsteilerfilm 36 reflektiert, wird anschließend unter
einem rechten Winkel durch den reflektierenden Film 46 reflektiert
und tritt aus dem Prisma 40 aus. Das P-polarisierte Licht
geht geradlinig durch den Polarisationsteilerfilm 36, wird
durch das optische λ/2-Phasenplättchen 24 in
S-polarisiertes Licht umgewandelt und tritt aus diesem aus. Im Ergebnis
tritt ein Lichtstrahl mit willkürlichen
Polarisationsrichtungen, der in dieses optische Element eintritt,
als Strahl aus vollständig
S-polarisiertem Licht aus.
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Das
herkömmliche
optische Element, das in den 1(A) und 1(B) gezeigt ist, besitzt vier rechtwinklige Prismen 32, 34, 42, 44,
die durch optischen Klebstoff miteinander verklebt sind. Zwischen dem
Eintreten in das optische Element und dem Austreten aus dem optischen
Element müssen
das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht deswegen wiederholt
die optischen Klebeschichten, die an den Grenzflächen des Prismas ausgebildet
sind, durchlaufen. Da der optische Klebstoff einen Teil des Lichts absorbiert,
vermindert sich die Intensität
des Lichts bei jedem Durchgang durch eine optische Klebeschicht.
Dies hat eine beträchtliche
Verringerung der Lichtausbeute zur Folge.
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Es
ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wenigstens
in den bevorzugten Ausführungsformen
die Lichtausbeute des optischen Elements zu verbessern. Es ist eine
weitere Aufgabe, ein optisches Element zu schaffen, das einfach
herzustellen ist.
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Um
wenigstens einen Teil der obigen Aufgaben und weitere Aufgaben zu
erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine optische Beleuchtungsvorrichtung,
wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
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Die
optische Vorrichtung umfasst ein optisches Element, das mehrere
erste lichtdurchlässige Elemente
und mehrere zweite lichtdurchlässige
Elemente umfasst, die abwechselnd angeordnet und aneinander befestigt
sind. Jedes der mehreren ersten lichtdurchlässigen Elemente besitzt eine
erste Einfallsoberfläche
und eine erste Austrittsoberfläche,
die im Wesentlichen zueinander parallel sind, erste und zweite filmbildende
Oberflächen,
die im Wesentlichen zueinander parallel sind und zu der ersten Einfallsoberfläche und
zu der ersten Austrittsoberfläche einen
vorgegebenen Winkel bilden. Ein Polarisationsteilerfilm ist auf
der ersten filmbildenden Oberfläche
ausgebildet und ein reflektierender Film ist auf der zweiten filmbildenden
Oberfläche
ausgebildet. Jedes der mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente
besitzt eine zweite Einfallsoberfläche und eine zweite Austrittsoberfläche, die
zueinander parallel sind. Die mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente
sind abwechselnd mit den mehreren ersten lichtdurchlässigen Elementen
angeordnet und an den ersten und zweiten filmbildenden Oberflächen über den
Polarisationsteilerfilm bzw. den reflektierenden Film daran befestigt,
so dass die zweiten Einfallsoberflächen auf die ersten Einfallsoberflächen ausgerichtet
sind, um eine Einfallsebene zu bilden, und dass die zweiten Austrittsoberflächen auf
die ersten Austrittsoberflächen
ausgerichtet sind, um eine Austrittsebene zu bilden.
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Nachdem
das Licht in dem obigen optischen Element durch die Einfallsoberfläche des
ersten lichtdurchlässigen
Elements eintritt, wird seine polarisierte Lichtkomponente, die
durch den Polarisationsteilerfilm reflektiert wird, durch den reflektierenden Film
reflektiert, ohne dass eine Schicht aus optischem Klebstoff durchlaufen
wird, und tritt dann aus dem optischen Element aus. Die Lichtausbeute
wird verbessert, da dadurch die Anzahl, wie oft diese polarisierte
Lichtkomponente Schichten des optischen Klebstoffs durchläuft, vermindert
werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besitzt der reflektierende Film einen mehrschichtigen dielektrischen
Film. Ein reflektierender Film, der aus einem mehrschichtigen dielektrischen
Film gebildet ist, ermöglicht,
dass die Reflexionsfähigkeit
für eine spezielle
linear polarisierte Lichtkomponente verbessert werden kann, wenn
der reflektierende Film aus einem Aluminiumfilm oder einem anderen
Metallfilm gebildet ist. Dadurch kann eine weitere Verbesserung
der Lichtausbeute erreicht werden.
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In
der Ausführungsform
umfasst das optische Element ferner Polarisationsrichtung-Umwandlungsmittel,
die entweder der ersten Austrittsoberfläche oder der zweiten Austrittsoberfläche zugeordnet sind.
Linear polarisierte Lichtkomponenten mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen
treten von dem Austrittsoberflächenabschnitt
des ersten lichtdurchlässigen
Elements und dem Austrittsoberflächenabschnitt
des zweiten lichtdurchlässigen
Elements aus. Durch das Vorsehen von Polarisationsrichtung-Umwandlungsmitteln
an einem der Austrittsoberflächenabschnitte
kann somit der aus dem optischen Element austretende Lichtstrahl
vollkommen in eine linear polarisierte Lichtkomponente umgewandelt
werden.
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Das
optische Element kann ferner Lichtabschirmungsmittel umfassen, die
der zweiten Eintrittsoberfläche
zugeordnet sind. Wenn Licht an der zweiten Eintrittsoberfläche des
zweiten lichtdurchlässigen
Elements eintritt, wird dieses Licht nach der Reflexion durch den
reflektierenden Film wiederholt optische Klebeschichten durchlaufen,
bevor es durch den Polarisationsteilerfilm in S-polarisiertes Licht
und P-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Wenn diese Lichtart
ausgeblendet wird, indem Lichtabschirmungsmittel in Bezug auf die
zweite Einfallsoberfläche
des zweiten lichtdurchlässigen
Elements vorgesehen werden, kann der wiederholte Durchgang des Lichts,
das durch optische Klebeschichten in das optische Element eintritt,
verhindert werden.
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Das
optische Element umfasst ferner Klebeschichten zwischen den ersten
und zweiten lichtdurchlässigen
Elementen und die Dicke der Klebeschichten und/oder wenigstens eine der
Dicken der ersten und der zweiten lichtdurchlässigen Elemente ist so gesetzt,
dass die Intervalle zwischen den Polarisationsteilerfilmen und den
reflektierenden Filmen im gesamten optischen Element im Wesentlichen konstant
sind. Da dadurch die Intervalle zwischen den Polarisationsteilerfilmen
und den reflektierenden Filmen gleich gemacht werden, kann die Positionsgenauigkeit
der Filme in dem optischen Element verbessert werden, um die Lichtausbeute
zu erhöhen.
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Die
Dicke des zweiten lichtdurchlässigen Elements
ist vorzugsweise kleiner eingestellt als die Dicke des ersten lichtdurchlässigen Elements.
Die Dicke des zweiten lichtdurchlässigen Elements liegt weiter
vorzugsweise im Bereich von 80% bis 90% der Dicke des ersten lichtdurchlässigen Elements.
Die Dicke des ersten lichtdurchlässigen
Elements ist z. B. gleich einem Wert, der durch Addieren der doppelten Dicke
der Klebeschichten und der Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Elemente
erhalten wird.
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Das
optische Element wird verwendet mit einer Anzahl kleiner Linsen,
die auf der Einfallsebene angeordnet sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden wenigstens die Dicke der Klebeschicht und/oder die Dicken
der ersten und zweiten Lichtdurchlässigen Elemente gesetzt bzw.
eingestellt.
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Dies
schafft eine Konfiguration, die ermöglicht, dass jeder von mehreren
Lichtstrahlen, die aus den mehreren kleinen Linsen austreten, auf
einen ihnen zugeordneten Polarisationsteilerfilm einfällt, wodurch
die Lichtausbeute verbessert wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
besitzen die mehreren kleinen Linsen mehrere verschiedene Schrittweiten
der optischen Achsen und die Dicke der Klebeschichten und/oder wenigstens
eine der Dicken der ersten und zweiten lichtdurchlässigen Elemente werden
gesetzt bzw. eingestellt. Das schafft eine Konfiguration, die selbst
dann, wenn sich die Schrittweite der optischen Achse der Linse verändert, ermöglicht,
dass jeder der aus den kleinen Linsen austretenden Strahlen auf
einen ihnen zugeordneten Polarisationsteilerfilm auftrifft. Dadurch
wird die Lichtausbeute verbessert.
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Das
optische Element wird mit mehreren kleinen Linsen verwendet, die
auf der Einfallsebene angeordnet sind. Die Intervalle zwischen den
mehreren Polarisationsteilerfilmen entsprechen im Wesentlichen einer
Schrittweite von mehreren Lichtstrahlen, die aus den mehreren kleinen
Linsen austreten. Die Schrittweite der Lichtstrahlen, die aus den
kleinen Linsen austreten, stimmt nicht immer mit der Schrittweite
der optischen Achsen der Linsen überein.
Diese Konfiguration ermöglicht,
dass selbst in einem derartigen Fall jeder Lichtstrahl, der aus
den kleinen Linsen austritt, auf dem zugeordneten Polarisationsteilerfilm
auftrifft. Sie verbessert dadurch die Lichtausbeute.
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Die
Dicke der Klebeschichten und/oder wenigstens eine der Dicken der
ersten und zweiten lichtdurchlässigen
Elemente kann so gesetzt sein, dass die Intervalle zwischen den
mehreren Polarisationsteilerfilmen im Wesentlichen der Schrittweite
der mehreren Lichtstrahlen entsprechen, die aus den mehreren kleinen
Linsen austreten.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements wird offenbart.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) Vorsehen mehrerer erster
lichtdurchlässiger Elemente,
wovon jedes im Wesentlichen parallele erste und zweite Oberflächen besitzt,
und mehrerer zweiter lichtdurchlässiger
Elemente, wovon jedes zwei im Wesentlichen parallele Oberflächen besitzt;
(b) Bilden eines Polarisationsteilerfilms auf der ersten Oberfläche von
jedem ersten lichtdurchlässigen
Element; (c) Bilden eines reflektierenden Films auf der zweiten
Oberfläche
von jedem ersten lichtdurchlässigen
Element; (d) abwechselndes Anordnen der mehreren ersten lichtdurchlässigen Elemente,
wovon jedes den Polarisationsteilerfilm und den reflektierenden
Film aufweist, und der mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente,
sowie Verkleben der mehreren ersten lichtdurchlässigen Elemente mit den mehreren
zweiten lichtdurchlässigen
Elementen; und (e) Schneiden der abwechselnd verklebten lichtdurchlässigen Elemente unter
einem vorgegebenen Winkel zu den ersten und zweiten Oberflächen, um
einen optischen Elementblock zu schaffen, der eine Einfallsebene
und eine Austrittsebene besitzt, die im Wesentlichen zueinander
parallel sind.
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Das
Verfahren kann ferner den Schritt (f) Polieren der Einfallsebene
und der Ausfallsebene des optischen Elementblocks umfassen.
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In
einem Verfahren umfasst der Schritt (d) die folgenden Schritte:
abwechselndes Stapeln der mehreren ersten lichtdurchlässigen Elemente
und der mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente, wobei zwischen
ihnen Schichten aus lichthärtendem Klebstoff
angeordnet sind; und Verkleben der gestapelten ersten und zweiten
lichtdurchlässigen
Elemente durch Bestrahlung mit Licht. Da dadurch möglich ist,
dass der optische Klebstoff gehärtet
wird, indem die verklebten lichtdurchlässigen Elemente mit Licht bestrahlt
werden, wird die Herstellung des optischen Elements vereinfacht.
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Der
Schritt (d) kann die folgenden Schritte umfassen: (1) Bilden eines
Stapels durch das Stapeln von einem der mehreren ersten lichtdurchlässigen Elemente
und einem der mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente, wobei eine
Schicht aus lichthärtendem
Klebstoff zwischen ihnen angeordnet ist; (2) Härten der Schicht aus lichthärtendem
Klebstoff durch das Bestrahlen des Stapels mit Licht; und (3) abwechselndes
Stapeln von einem der mehreren ersten lichtdurchlässigen Elemente
und von einem der mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente auf dem Stapel,
wobei jeweils zwischen ihnen Schichten aus dem lichthärtendem
Klebstoff angeordnet sind, wobei das Härten der einzelnen Schichten
aus lichthärtendem
Klebstoff durch Bestrahlen des Stapels mit Licht immer dann erfolgt,
wenn ein lichtdurchlässiges
Element zugefügt
wird. Da das ermöglicht,
dass der Klebstoff gehärtet
wird, nachdem jedes lichtdurchlässige
Element auf dem Stapel angeordnet wurde, kann die Positionsbeziehung
zwischen den lichtdurchlässigen
Elementen mit einer guten Genauigkeit hergestellt werden.
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In
einem weiteren Verfahren umfasst der Schritt (d) die folgenden Schritte:
(1) Bilden eines Stapels durch das Stapeln von einem der mehreren ersten
lichtdurchlässigen
Elemente und einem der mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente,
wobei zwischen ihnen eine Schicht aus lichthärtendem Klebstoff angeordnet
ist, (2) Härten
der Schicht aus lichthärtendem
Klebstoff durch Bestrahlen des Stapels mit Licht, um einen einheitlichen
Stapel zu erzeugen, und (3) Stapeln mehrerer einheitlicher Stapel,
die durch die Schritte (1) und (2) erhalten werden, wobei zwischen
ihnen eine Schicht des lichthärtenden
Klebstoffs angeordnet ist, wobei das Härten der einzelnen Schichten
aus lichthärtendem
Klebstoff durch das Bestrahlen eines Stapels aus den einheitlichen
Stapeln mit Licht immer dann erfolgt, wenn ein einheitlicher Stapel
hinzugefügt
wird. Da dieses Verfahren ebenfalls ermöglicht, dass der Klebstoff
gehärtet
wird, nachdem jedes lichtdurchlässige
Element auf dem Stapel angeordnet wurde, kann die Positionsbeziehung
zwischen benachbarten lichtdurchlässigen Elementen mit einer
guten Genauigkeit hergestellt werden.
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Die
Bestrahlung wird vorzugsweise in einer Richtung ausgeführt, die
nicht parallel zu den Oberflächen
der lichtdurchlässigen
Elemente verläuft.
Da das ermöglicht,
dass der Klebstoff wirksam mit Licht bestrahlt wird, wird die Härtezeit
des Klebstoffs vermindert und der Produktionsdurchsatz des optischen Elements
verbessert sich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform schafft
die vorliegende Erfindung eine Projektionsanzeigevorrichtung, die
umfasst: das obenerwähnte
optische Element; Polarisationsumwandlungsmittel, die aus dem optischen
Element austretendes Licht in einen Polarisationslichttyp umwandeln;
Modulationsmittel, die das aus den Polarisationsumwandlungsmitteln
austretende Licht als eine Funktion eines vorgegebenen Bildsignals
modulieren; und ein Projektionsoptiksystem, welches das durch die
Modulationsmittel modulierte Licht auf einen Schirm projiziert.
Die Verwendung des optischen Elements mit hoher Lichtausbeute stellt
die Projektion eines hellen Bilds auf der Projektionsoberfläche sicher.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist das optische Element auf: eine
Anzahl von Polarisationsteilerelementen, von denen jedes eine Lichteinfallsfläche, eine
Lichtausgangsfläche,
die im wesentlichen parallel zu der Lichteinfallsfläche ist,
einen Polarisationsteilerfilm, der in einem vorbestimmten Winkel
bzgl. der Lichteinfallsfläche
und der Lichtausgangsfläche
gebildet ist und einen reflektierenden Film, der im wesentlichen
parallel zu dem Polarisationsteilerfilm ausgebildet ist, auf. Die
Anzahl der Polarisationsteilerelemente ist angeordnet in Form einer
Matrix, und der Polarisationsteilerfilm und der reflektierende Film
sind ein dielektrischer Multischichtfilm. Das Licht zum Aushärten des
Foto-Aushärt-Klebers
passiert durch den dielektrischen Multischichtfilm. Entsprechend
kann das Licht zum Aushärten
des Klebers die Klebeschicht durch den Polarisationsteilerfilm und
den reflektierenden Film einer dielektrischen Multischichtfilmstruktur
beleuchten, und dies vereinfacht den Herstellungsprozess des optischen
Elements. Ferner kann der reflektierende Film einer dielektrischen
Multischichtstruktur ausgebildet sein mit einer höheren Reflektanz
einer spezifischen linear polarisierten Lichtkomponente. Dies verbessert
ferner die Lichtausnutzeffizienz.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Lichtausgangsfläche
eine erste Ausgangsflächenabschnitt
bzw. – Oberflächenabschnitt
und einen zweiten Ausgangsflächenabschnitt.
Der erste Ausgangsflächenabschnitt
imitiert je nach Wahl S-polarisiertes
Licht und P-polarisiertes Licht, dass durch den Polarisationsteilerfilm
passiert bzw. hindurchgegangen ist, während der zweite Ausgangsflächenabschnitt
des jeweils andere S-polarisierte
Licht bzw. P-polarisierte Licht imitiert, das durch den Polarisationsteilerfilm
und den reflektierenden Film reflektiert worden ist. Das optische
Element weist ferner eine λ/halbe
Phasenplatte auf, die mit einer ausgewählten der ersten und zweiten
Ausgangsflächeabschnitte
assoziiert ist. Entsprechend wird in nur ein linear polarisiertes
Licht aus dem optischen Element imitiert werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform schafft
die vorliegende Erfindung eine Projektionsanzeigevorrichtung mit:
einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtflusses mit S-polarisiertem
Licht und P-polarisiertem Licht, einem optischen Element zum Empfang
des Lichtflusses von der Lichtquelle und zum imitieren des Lichtflusses
als je nach Wahl S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht;
Modulierungsmitteln zum Modulieren des Lichtes, das aus dem optischen
Element austritt, als Funktion eines gegebenen Bildsignals, und
ein optisches Projektionssystem zum projizieren von licht, das durch
die Modulierungsmittel moduliert worden ist, auf einem Bildschirm.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte
Beschreibung von Anordnungen und bevorzugten Ausführungsformen
deutlicher, die rein beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben sind.
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Die 1(A) und 1(B) sind
Darstellungen bzw. Diagramme, die den allgemeinen Aufbau eines Polarisationsumwandlungselements
zeigen;
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die 2(A) und 2(B) sind
Schnittansichten, die die wesentlichen Verarbeitungsschritte bei
der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung darstellen,
die verwendet wird in einer Ausführungsform
der Erfindung;
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die 3(A) und 3(B) sind
Schnittansichten, die die wesentlichen Verarbeitungsschritte bei
der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung darstellen,
die in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Polari sationsstrahlteileranordnung 320 zeigt,
die in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird;
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die 5(A) und 5(B) sind
geschnittene Draufsichten, die Polarisationsumwandlungselemente,
die in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden, mit einem Kontrollbeispiel vergleichen;
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6 ist
eine schematische Konstruktionsdraufsicht des wesentlichen Abschnitts
eines Polarisationslicht-Beleuchtungssystems, das eine Polarisationsstrahlteileranordnung
enthält,
die eine Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein erstes optisches Element 200 zeigt;
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8 ist
eine schematische Konstruktionsansicht, die den wesentlichen Abschnitt
eines Projektionsanzeigesystems 800 zeigt, das mit einem
Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 versehen ist;
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die 9(A) und 9(B) sind
erläuternde Ansichten,
die den Aufbau eines optischen Elements mit einer Lichtabschirmplatte 340 zeigt;
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10 ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die
eine Polarisationsstrahlteileranordnung 320 zeigt, die
in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird;
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11 ist
eine Schnittansicht, die eine Kondensorlinsenanordnung 310 mit
mehreren Kondensorlinsen 311 zeigt, die in einer Matrix
angeordnet sind, die auf der Seite der Einfallsoberfläche der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 vorgesehen ist;
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die 12(a) bis 12(c) sind
erläuternde Darstellungen,
die den Fall zeigen, bei dem die Schrittweite von Polarisationsteilerfilmen 331 auf
einen anderen Wert als die Schrittweite der Mittelpunkte 311(c)
der Kondensorlinsen 311 gesetzt ist;
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13(A) ist eine Draufsicht, die eine Kondensorlinsenanordnung 310' zeigt, die
mehrere Typen von kleinen Linsen, die sich in der Größe unterscheiden,
aufweist;
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13(B) ist eine Schnittansicht längs der Linie
B-B in der Draufsicht;
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14 erläutert einen
Herstellungsschritt einer Polarisationsstrahlteileranordnung, die
in einer zweiten Ausführungsform
verwendet wird;
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15 zeigt
einen weiteren Schritt der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung,
die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird;
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16 zeigt
einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung, die
in der Herstellung einer Ausführungsform
verwendet wird;
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17 stellt
einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung dar,
die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird;
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18 stellt
einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung dar,
die in der Herstellung einer Ausführung verwendet wird; und
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19 stellt
einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung dar,
die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird.
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A. Erste Ausführungsform:
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Die 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) sind
Schnittansichten, die die wesentlichen Verarbeitungsschritte bei
der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung darstellen,
die in einer ersten Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird.
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In
dem Schritt von 2(A) werden mehrere plattenähnliche
erste lichtdurchlässige
Elemente 321 und mehrere plattenähnliche zweite lichtdurchlässige Elemente 322 hergestellt.
Ein Polarisationsteilerfilm 331 wird auf einer der beiden
parallelen Hauptoberflächen
(filmbildende Oberflächen)
jedes ersten lichtdurchlässigen
Elements 321 ausgebildet und ein reflektierender Film 332 wird
auf der anderen Oberfläche
ausgebildet. Keine Oberfläche
der zweiten lichtdurchlässigen
Elemente 322 wird mit einem Film versehen.
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Für die ersten
und zweiten lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 wird Flachglas verwendet, es können jedoch
außerdem
andere, von Glas verschiedene lichtdurchlässige plattenähnliche
Materialien verwendet werden. Die Materialien der ersten und zweiten
lichtdurchlässigen
Elemente können
sich darüber
hinaus in der Farbe voneinander unterscheiden. Die Verwendung von
unterschiedlich gefärbten Materialien
ist dahingehend vorteilhaft, da es einfach ist, die beiden Elemente
nach der Fertigstellung der Polarisationsstrahlteileranordnung zu
unterscheiden. Ein Element kann z. B. aus farblosem Flachglas und das
andere aus blauem lichtdurchlässigen
Glas gebildet sein. Das Flachglas ist vorzugsweise poliertes Flachglas
oder Floatglas, wobei poliertes Flachglas am stärksten bevorzugt ist.
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Der
Polarisationsteilerfilm 331 lässt wahlweise ein linear polarisiertes
Licht, entweder S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht
durch, wobei das andere reflektiert wird. Der Polarisationsteilerfilm 331 wird
gewöhnlich
hergestellt, indem ein mehrschichtiger Stapel aus dielektrischem
Film, der diese Eigenschaft besitzt, hergestellt wird.
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Der
reflektierende Film 332 wird ebenfalls hergestellt, indem
ein mehrschichtiger Stapel aus dielektrischem Film gebildet wird.
Der mehrschichtige Stapel aus dielektrischem Film, der den reflektierten Film 332 bildet,
unterscheidet sich in Zusammensetzung und Aufbau von dem, der den
Polarisationsteilerfilm 331 bildet. Der reflektierende
Film 332 wird vorzugsweise aus einem mehrschichtigen Stapel
aus dielektrischem Film hergestellt, der wahlweise lediglich die
linear polarisierte Lichtkomponente reflektiert, die durch den Polarisationsteilerfilm 331 reflektiert wurde
(S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht), und reflektiert
die andere linear polarisierte Lichtkomponente nicht.
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Der
reflektierende Film 332 kann durch Bedampfung mit Aluminium
gebildet werden. Wenn der reflektierende Film 332 als ein
mehrschichtiger Stapel aus dielektrischem Film gebildet ist, kann
er eine spezielle linear polarisierte Lichtkomponente (z. B. S-polarisiertes
Licht) bei einem Reflexionsgrad von etwa 98% reflektieren, wohingegen
die Reflexionsfähigkeit
für einen
Aluminiumfilm höchstens
etwa 92% beträgt.
Die Lichtmenge, die von der Polarisationsstrahlteileranordnung erhalten
wird, kann deswegen erhöht
werden, indem der reflektierende Film 332 als ein mehrschichtiger
Stapel aus dielektrischem Film gebildet wird. Da ein mehrschichtiger
Stapel aus dielektrischem Film weniger Licht absorbiert als ein
Aluminiumfilm, ist er vom Standpunkt der geringeren Wärmeer zeugung
vorteilhaft. Der Reflexionsgrad für die spezielle linear polarisierte
Lichtkomponente kann verbessert werden, indem die Dicke und das Material
von jedem Film des mehrschichtigen Stapels aus dielektrischem Film
(der gewöhnlich
durch das abwechselnde Laminieren von zwei Filmtypen gebildet wird),
der den reflektierenden Film 332 bildet, optimiert werden.
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In
dem Schritt von 2(B) werden die ersten und die
zweiten lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 unter Verwendung eines optischen
Klebstoffs abwechselnd miteinander verklebt. Dies hat die Bildung von
optischen Klebeschichten 325 zwischen dem Polarisationsteilerfilm 331 und
den zweiten lichtdurchlässigen
Elementen 322 und zwischen den reflektierenden Filmen 332 und
den zweiten lichtdurchlässigen
Elementen 322 zur Folge. Die Dicken der Schichten 331, 332 und 335 sind
in den 2 und 3 für eine bequeme
Darstellung übertrieben
dargestellt. Die Anzahl der gezeigten Glasplatten ist kleiner als
in Wirklichkeit.
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Im
Schritt von 3(A) werden ultraviolette Strahlen
im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der verklebten lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 projiziert,
um die optische Klebeschicht 325 zu härten. Die ultravioletten Strahlen
verlaufen durch die mehrschichtigen Stapel aus dielektrischem Film. In
dieser Ausführungsform
sind sowohl die Polarisationsteilerfilme 331 als auch die
reflektierenden Filme 332 als mehrschichtige Stapel aus
dielektrischem Film gebildet. Wie in 3(A) gezeigt
ist, können
die mehreren optischen Klebeschichten 325 gleichzeitig gehärtet werden,
indem ultraviolette Strahlen in einer Richtung projiziert werden,
die im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 verläuft.
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Wenn
die reflektierenden Filme 322 durch Bedampfen mit Aluminium
gebildet sind, werden die ultravioletten Strahlen durch die Aluminiumfilme
reflektiert. Wie durch die gestrichelten Linien in 3(A) gezeigt ist, werden in diesem Fall die ultravioletten
Strahlen in einer Richtung projiziert, die im Wesentlichen parallel
zu den Oberflächen
der lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 verläuft. In diesem Fall ist der
Wirkungsgrad der Bestrahlung der optischen Klebeschichten 325 durch
die ultravioletten Strahlen an der dem Einlass der ultravioletten
Strahlen gegenüberliegenden
Seite geringer. Es wird deswegen eine verhältnismäßig lange Zeit für das Härten der
optischen Klebeschichten 325 benötigt. Wenn die reflektierenden
Filme 332 andererseits aus mehrschichtigen Stapeln aus
dielektrischem Film gebildet sind, können die ultravioletten Strahlen
aus einer Richtung projiziert werden, die nicht parallel zu den Oberflächen der
lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 verläuft, so dass die optischen
Klebeschichten 325 in einer verhältnismäßig kurzen Zeit wirkungsvoll gehärtet werden
können.
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Im
Schritt von 3(B) werden die mehreren miteinander
verklebten lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 längs im Wesentlichen parallel
verlaufender Schnittebenen geschnitten (die in der Figur durch unterbrochene
Linien dargestellt sind), die einen vorgegebenen Winkel θ mit ihren
Oberflächen bilden,
wodurch ein optischer Elementblock ausgeschnitten wird. Der Wert
von θ beträgt vorzugsweise etwa
45°. Eine
Polarisationsstrahlteileranordnung kann erhalten werden, indem die
Schnittoberflächen des
auf diese Weise ausgeschnittenen optischen Elementblocks poliert
werden.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht einer Polarisationsstrahlteileranordnung 320,
die auf diese Art hergestellt wurde. In dieser Figur ist ersichtlich, dass
die Polarisationsstrahlteileranordnung 320 die Konfiguration
besitzt, die durch das abwechselnde Verbinden erster und zweiter
lichtdurchlässiger
Elemente 321, 322 erreicht wird, die die Form
von Säulen
mit parallelogrammförmigem
Querschnitt besitzen.
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5(A) ist eine geschnittene Draufsicht, die ein
Polarisationsumwandlungselement zeigt, das erhalten wird, indem
optische λ/2-Phasenplättchen an
ausgewählten
Abschnitten der Austrittsoberfläche der
Polarisationsstrahlteileranordnung 320, die in der Ausführungsform
verwendet wird, vorgesehen werden. 5(B) ist
eine geschnittene Draufsicht, die ein Polarisationsumwandlungselement
zeigt, das ein Kontrollbeispiel ist. In dem Polarisationsumwandlungselement,
das in der Ausführungsform
verwendet wird, sind die optischen λ/2-Phasenplättchen 381 an der
Austrittsoberfläche
der zweiten lichtdurchlässigen
Elemente 322 angebracht. Die optischen λ/2-Phasenplättchen 381 funktionieren
als Polarisierungsrichtung-Umwandlungsmittel.
-
Der
Aufbau des Kontrollbeispiels, das in 5(B) gezeigt
ist, unterscheidet sich von dem Aufbau der Ausführungsform, die in 5(A) verwendet wird, lediglich in dem Punkt, dass
die Positionsbeziehung zwischen den Polarisationsteilerfilmen 331 und den
angrenzenden optischen Klebeschichten 325 umgekehrt ist.
Während
der Herstellung der Polarisationsstrahlteileranordnung 320a,
die als ein Kontrollbeispiel gezeigt ist, werden zuerst die reflektierenden Filme 332 auf
den Oberflächen
der ersten lichtdurchlässigen
Elemente 321 gebildet und die Polarisationsteilerfilme 331 werden
auf den Oberflächen
der zweiten lichtdurchlässigen
Elemente 322 gebildet. Die lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 werden anschließend abwechselnd
durch die optischen Klebeschichten 325 verklebt.
-
Licht,
das willkürliche
Polarisationsrichtungen besitzt und eine S-polarisierte Lichtkomponente und
eine P-polarisierte Lichtkomponente enthält, tritt von der Einfallsoberfläche des
Polarisationsumwandlungselements ein, das in 5(A) gezeigt
ist. Das einfallende Licht wird zuerst durch den Polarisationsteilerfilm 331 in
S-polarisiertes
Licht und P-polarisiertes Licht getrennt. Das S-polarisierte Licht
wird im Wesentlichen unter einen rechten Winkel durch den Polarisationsteilerfilm 331 reflektiert,
wird weiter durch den reflektierenden Film 332 reflektiert
und tritt aus der Austrittsoberfläche 326 aus. Das P-polarisierte
Licht verläuft
geradlinig durch den Polarisationsteilerfilm 331, wird
durch das optische λ/2-Phasenplättchen 381 in
S-polarisiertes Licht umgewandelt und tritt aus dieser aus. Deswegen
wird von dem Polarisierungsumwandlungselement wahlweise lediglich
S-polarisiertes Licht ausgesendet.
-
Wenn
die optischen λ/2-Phasenplättchen 381 wahlweise
an den Abschnitten der Austrittsoberfläche der ersten lichtdurchlässigen Elemente 321 vorgesehen
sind, wird von dem Polarisierungsumwandlungselement wahlweise lediglich
P-polarisiertes
Licht ausgesendet.
-
In
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320, die in 5(A) gezeigt ist, geht das P-polarisierte Licht,
das den Polarisationsteilerfilm 331 durchläuft, auf
dem Weg von der Einfallsoberfläche
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 zu deren Austrittsoberfläche einmal
durch eine optische Klebeschicht 325. Dasselbe gilt in
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320a von 5(B), die als Kontrollbeispiel gezeigt ist.
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In
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 geht das S- polarisierte Licht,
das durch den Polarisationsteilerfilm 331 reflektiert wird,
auf dem Weg von der Einfallsoberfläche der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 zu
deren Austrittsoberfläche
durch keine optische Klebeschicht 325. In der Polarisationsstrahlteileranordnung 320a,
die als Kontrollbeispiel gezeigt ist, geht das S-polarisierte Licht
im Unterschied dazu auf dem Weg von der Einfallsoberfläche der
Polarisationsstrahlteileranordnung 320a zu deren Austrittsoberfläche durch
zwei optische Klebeschichten 325. Obwohl die optische Klebeschicht 325 nahezu
vollständig
lichtdurchlässig
ist, absorbiert sie trotzdem eine gewisse Lichtmenge. Jedes Mal,
wenn das Licht eine optische Klebeschicht 325 durchläuft, vermindert
sich deswegen die Lichtmenge. Es besteht außerdem eine gewisse Möglichkeit,
dass sich die Polarisationsrichtung während des Durchgangs durch
die optische Klebeschicht 325 etwas ändert. Die Lichtausbeute der
in der Ausführungsform
verwendeten Polarisationsstrahlteileranordnung ist höher als
die des Kontrollbeispiels, da die Anzahl der Durchgänge des
S-polarisierten Lichts durch optische Klebeschichten 325 kleiner
ist als im Kontrollbeispiel.
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Im
Vergleich mit der Polarisationsstrahlteileranordnung 22 des
Standes der Technik, die in 1 gezeigt
ist, besitzt die Polarisationsstrahlteileranordnung 320a jedoch
eine verhältnismäßig hohe Lichtausbeute,
da sie eine geringere Anzahl von optischen Klebeschichten aufweist.
Die Lichtausbeute der Anordnung, die 5(A) zeigt,
weist eine weitere Verbesserung der Lichtausbeute gegenüber dem Kontrollbeispiel
auf.
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10 ist
eine vergrößerte Schnittansicht, die
die in der Ausführungsform
verwendete Polarisationsstrahlteileranordnung 320 genauer
zeigt. Der Polarisationsteilerfilm 331 und der reflektierende
Film 332 besitzen Dicken von mehreren Mikrometern (μm), die im
Vergleich mit den Dicken t321, t322 der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 und
den Dicken tad1, tad2 der
optischen Klebeschichten 325 vernachlässigbar sind. In 10 ist
der Polarisationsteilerfilm 331 durch eine einzelne unterbrochene
Linie und der reflektierende Film 332 durch eine einzelne
durchgezogene Linie dargestellt. Wie oben festgestellt wurde, sind
der Polarisationsteilerfilm 331 und der reflektierende
Film 332 an gegenüberliegenden
Oberflächen
des ersten lichtdurchlässigen
Elements 321 ausgebildet. Die Dicken tad1,
tad2 der optischen Klebeschichten 325 können in
Abhängigkeit von
der Schichtposition unterschiedliche Werte besitzen. In dieser Anordnung
sind ihre Werte tad1, tad2 in der
gesamten Polarisationsstrahlteileranordnung 320 gleich.
In der folgenden Erläuterung
wird angenommen, dass die Dicken tad1, tad2 der optischen Klebeschichten 325 auf
den gleichen Wert tad gesetzt sind.
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Wie
im unteren Teil von 10 gezeigt ist, erhält man die
Dicke t322 des zweiten lichtdurchlässigen Elements 322,
indem der doppelte Wert der Dicke tad der
optischen Klebeschicht 325 von der Dicke t321 des
ersten lichtdurchlässigen
Elements 321 subtrahiert wird. Diese Beziehung gilt außerdem für die Dicken
L321, L322, Lad, wenn die Messung an der Austrittsoberfläche 326 oder
an der Einfallsoberfläche 327 der
Polarisationsstrahlteileranordnung 320 erfolgt. Es wird
z. B. der Fall betrachtet, bei dem die Dicke t321 des
ersten lichtdurchlässigen
Elements 321 3,17 mm beträgt. Da die Dicke tad der
optischen Klebeschicht 325 in diesem Fall gewöhnlich im
Bereich von 0,01 bis 0,3 mm liegt, liegt die Dicke t322 des
zweiten lichtdurchlässigen
Elements 322 im Bereich von 3,15 bis 2,57 mm. In diesem
Beispiel ist die Dicke t322 des zweiten
lichtdurchlässigen
Elements 322 vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von
etwa 80% bis 90% der Dicke t321 des ersten
lichtdurchlässigen Elements 321 gesetzt.
Als spezielles Beispiel können die
Werte auf t321 = 3,17 mm, tad =
0,06 mm und t322 = 3,05 mm gesetzt sein.
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Indem
die Dicken der beiden Typen der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 im
voraus in dieser Weise eingestellt werden, kann das Intervall zwischen
dem Polarisationsteilerfilm 331 und dem reflektierenden
Film 332 nach dem Kleben in der gesamten Polarisationsstrahlteileranordnung 320 im Wesentlichen
gleichförmig
gemacht werden.
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In
der Praxis können
Fabrikationsfehler bei den Dicken t321 und
t322 der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 und
bei der Dicke tad der optischen Klebeschicht 325 auftreten.
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11 ist
eine Schnittansicht einer Anordnung, die eine Kondensor-linsenanordnung 310 zeigt,
die mehrere in einer Matrix angeordnete Kondensorlinsen 311 enthält, die
an der Seite der Einfallsoberfläche
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 vorgesehen sind.
Die Einfallsoberfläche
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 ist in abwechselnde
wirksame Einfallsbereiche EA, an denen Licht durch die Polarisationsteilerfilme 331 empfangen
und in polarisiertes Licht umgewandelt wird, (Einfallsbereiche,
die dem Polarisationsteilerfilm 331 entsprechen) und unwirksame
Einfallsbereiche UA, an denen Licht durch die reflektierenden Filme 332 empfangen
und in unwirksames polarisiertes Licht umgewandelt wird (Einfallsbereiche,
die den reflektierenden Filmen 332 entsprechen) unterteilt.
Die Breite Wp in x-Richtung der wirksamen Einfallsbereiche EA und
der unwirksamen Einfallsbereiche UA ist gleich dem halben Wert der
Breite WL in x-Richtung der Linsen 311. Die Mittelpunkte
(optischen Achsen) 311c der Linsen 311 sind so
angeordnet, dass sie mit den Mittelpunkten der wirksamen Einfallsbereiche
EA in der x-Richtung zusammenfallen. Die wirksamen Einfallsbereiche
EA entsprechen den Bereichen der Polarisationsteilerfilme 331,
die auf die Einfallsoberfläche
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 projiziert sind.
Die Schrittweite der Polarisationsteilerfilme 331 in der
x-Richtung ist deshalb auf den gleichen Wert gesetzt wie die Schrittweite
der Mittelpunkte 311c der Linsen 311 in der x-Richtung.
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Die
Linse 311 ganz rechts in 11 ist
ohne zugehörigen
Polarisationsteilerfilm 331 oder reflektierenden Film 332 ausgebildet.
Das ist der Fall, da das Fehlen dieser Filme eine geringe Auswirkung
auf die Lichtausbeute besitzt, da die Lichtmenge, die durch die
Linse 311 am Endabschnitt geht, verhältnismäßig klein ist.
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Die 12(a) bis 12(c) sind
erläuternde Darstellungen,
die den Fall zeigen, bei dem die Schrittweite der Polarisationsteilerfilme 331 auf
einen von der Schrittweite der Mittelpunkte 311c der Linsen 311 verschiedenen
Wert gesetzt ist und bei dem zwei Polarisationslicht-Strahlteiler 320' an gegenüberliegenden
Seiten der optischen Achse L des Systems symmetrisch angeordnet
sind, so dass ihre Polarisationsteilerfilme 331 und reflektierenden
Filme 332 sich gegenüberstehen.
Der Abschnitt links von der optischen Achse des Systems ist in der
Zeichnung nicht gezeigt.
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Die
Mengenverteilung des Lichts, das durch die Linsen La–Ld der
Kondensorlinsenanordnung 310 gesammelt und von der Einfallsoberfläche des Polarisationslicht-Strahlteilers 320' empfangen wird, ist
in 12 in der mittleren Zeile gezeigt.
Im Allgemeinen ist die Intensität
Ia des Lichts, das durch die Linse La gesammelt wird, die am nächsten zur
optischen Achse des Systems liegt (der Mittelpunkt der Polarisationslicht-Strahlteiler 320'), am größten und die
Intensitäten
des Lichts, das durch die anderen Linsen gesammelt wird, werden
mit wachsendem Abstand der Linse von der optischen Achse des Systems
geringer. In 12 ist die Intensität Id des Lichts,
das durch die vierte Linse Ld gesammelt wird, am schwächsten.
Die Lichtmengenverteilung einer speziellen Linse (die dritte Linse
Lc in 12) ist in Bezug auf die Linsenmitte
symmetrisch und die Lichtmengenverteilung der anderen Linsen ist
in Abhängigkeit
davon, ob sie sich in einer kleineren oder größeren Entfernung von der optischen
Achse des Systems befinden als die spezielle Linse, von der Linsenmitte
zur optischen Achse des Systems oder weg von dieser versetzt. In 12 ist die Lichtmengenverteilung Pc der
Linse Lc im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die Linsenmitte,
während
die Lichtmengenverteilungen Pb, Pa der Linsen Lb und La bei Annäherung der
Linse an die optische Achse des Systems zunehmend zur optischen
Achse des Systems versetzt sind. Die Lichtmengenverteilung Pd der
Linse Ld ist weg von der optischen Achse des Systems versetzt. Wenn
in diesem Fall die Mittelpunkte der wirksamen Einfallsbereiche EA
der Polarisationslicht-Strahlteiler 320' ungeordnet auf die optischen Achsen
(Mittelpunkte) der Linsen ausgerichtet sind, tritt in Folge des
Versatzes der Lichtmengenverteilungen ein Lichtverlust auf. Der
Versatz zwischen der Lichtmengenverteilung des Lichts, das aus der
Linsenanordnung und aus dem wirksamen Einfallsbereich EA austritt,
hat einen besonders großen
Lichtverlust in der Nähe
der optischen Achse der Lichtquelle zur Folge. Die Mittelpunkte
der wirksamen Einfallsbereiche EA der Polarisationslicht-Strahlteiler 320' sind deshalb
in Übereinstimmung
mit der Verteilung des Lichts angeordnet, das aus der Kondensorlinsenanordnung 310 austritt,
d. h. in Übereinstimmung
mit den Intervallen zwischen den Spitzenwerten der Lichtmengenverteilung
des aus der Kondensorlinsenanordnung 310 austretenden Lichts.
Mit anderen Worten ausgedrückt,
die Dicken t321, t322 der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 und
die Dicke tad der optischen Klebeschichten 325 (10)
sind vorzugsweise so eingestellt, dass der Abstand der Polarisationsteilerfilme 331 auf
den Abstand der Spitzenwerte der Lichtmengenverteilung ausgerichtet
ist.
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Um
das Licht, das durch die Kondensorlinsenanordnung 310 gesammelt
wird, effektiv auszunutzen, wird vorzugsweise eine Anordnung verwendet,
bei der die Ausnutzung des durch eine Linse gesammelten Lichts größer wird,
wenn die Linse näher zur
optischen Achse des Systems kommt. Da insbesondere die Lichtmenge
nahe an der optischen Achse der Lichtquelle groß ist und die Verteilung Pa
des Lichts, das aus der Linse La austritt, die nahe an der optischen
Achse der Lichtquelle angeordnet ist, von der Mitte (optische Achse)
der Linse zur optischen Achse der Lichtquelle versetzt ist, ist
die Mitte des wirksamen Einfallsbereichs EA1 des Polarisationslicht-Strahlteilers 320', der der optischen
Achse der Lichtquelle am nächsten
ist, vorzugsweise im Wesentlichen auf den Spitzenwert der Lichtverteilung
Pa ausgerichtet.
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In
der Konfiguration, die in den 12(a) bis 12(c) gezeigt ist, ist die Breite der effektiven
Einfallsbereiche EA1–EA4
und der unwirksamen Einfallsbereiche UA1–UA4 (d. h. die Intervalle
zwischen den Polarisationsteilerfilmen 331) an die Intensitätsverteilung
oder die Mengenverteilung des aus den Kondensorlinsen 311 der
Kondensorlinsenanordnung 310 austretenden Lichts angepasst.
Insbesondere ist die Breite Wp' in
x-Richtung der effektiven Einfallsbereiche EA (EA1–EA4 in 12(c)) und der unwirksamen Einfallsbereiche UA
(UA1–UA4
in 12(c)) des Polarisationslicht-Strahlteilers 320' größer als
der halbe Wert der Breite WL in x-Richtung der Linsen La–Ld der
Kondensorlinsenanordnung 310.
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In
dem Beispiel der 12(a)–12(c) ist der
Polarisationslicht-Strahlteiler 320' so positioniert, dass die Mitte
der dritten Linse Lc auf die Mitte des entsprechenden wirksamen
Einfallsbereichs EA3 ausgerichtet ist. Da die Breite der unwirksamen
Einfallsbereiche UA gewöhnlich
gleich der Breite Wp' der
wirksamen Einfallsbereiche EA ist, werden die beiden wirksamen Einfallsbereiche
EA2, EA1 auf der linken Seite in Bezug auf die Mittelpunkte der
Linsen Lb, La zunehmend zur optischen Achse des Systems versetzt.
Der Mittelpunkt des am weitesten rechts liegenden wirksamen Einfallsbereichs
EA4 ist in Bezug auf den Mittelpunkt der Linse Ld weg von der optischen
Achse des Systems versetzt. Die wirksamen Einfallsbereiche EA1–EA4 sind
deswegen im Wesentlichen auf die Spitzenwerte der Lichtmengenverteilung
des aus der Kondensorlinsenanordnung 310 austretenden Lichts
ausgerichtet. Die wirksamen Einfallsbereiche, die einer vorgegebenen
Anzahl von Linsen, z. B. 2 oder 3 Linsen nahe an der optischen Achse
des Systems zugeordnet sind, wo die Lichtintensität besonders
hoch ist, sind vorzugsweise im Wesentlichen auf die Lichtmengenverteilungen
des durch diese Linsen gesammelten Lichts ausgerichtet. Die Verwendung
dieser Anordnung vergrößert die Lichtausbeute.
In welchem Umfang die Breite der wirksamen Einfallsbereiche EA größer als
der halbe Wert der Linsenbreite gemacht werden sollte und die Auswahl
der Linse, deren zugeordneter wirksamer Einfallsbereich als Referenz
für das
Layout verwendet werden sollte, können leicht aus der Anzahl
der Linsen der Linsenanordnung und aus der Lichtverteilung, die
den einzelnen Linsen zugeordnet ist, empirisch bestimmt werden.
Die Breite der wirksamen und unwirksamen Einfallsbereiche ist nicht
darauf begrenzt, dass sie größer als
der halbe Wert der Linsenbreite ist. Sie kann in anderer Weise anhand
der tatsächlichen
Mengenverteilung des Lichts, das durch die Einfallsoberfläche des
Polarisationslicht-Strahlteilers 320' empfangen wird, festgelegt werden.
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Obwohl
bei den Beispielen der 11 und 12(a)–12(c) die oben dargestellt wurden, angenommen
wird, dass die kleinen Linsen 311 der Kondensorlinsenanordnung 310 die
gleiche Größe besitzen,
können
sie statt dessen in Abhängigkeit von
der Stellung in der Größe variieren. 13(a) ist eine Draufsicht, die eine Kondensorlinsenanordnung 310' zeigt, die
mehrere Typen von kleinen Linsen besitzt, die sich in der Größe unterscheiden,
und 13(b) ist eine Schnittansicht
längs der
Linie B-B von 13(a). Der Kreis mit unterbrochener
Linie in 13(a) bezeichnet einen Bereich,
in dem die Lichtmenge von der Lichtquelle verhältnismäßig groß ist.
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Die
Kondensorlinsenanordnung 310' besitzt erste
kleine Linsen 312 mit verhältnismäßig großer Abmessung, die in einer
Matrix rund um die optische Achse L des Systems angeordnet sind,
und zweite kleine Linsen 313 mit verhältnismäßig kleiner Abmessung, die
in einer annähernden
Matrixkonfiguration nahe an den Rändern der Kondensorlinsenanordnung 310' angeordnet
sind. Wenn mit einer derartigen Kondensorlinsenanordnung 310' eine Konfiguration
und eine Wirkung erreicht werden soll, die mit jenen der Kondensorlinsenanordnung 310 von 11 vergleichbar
sind, werden wenigstens einige Werte der Dicken t321,
t322 der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 und
der Dicke tad der optischen Klebeschichten 325 (10)
so eingestellt, dass die Mittelpunkte der wirksamen Einfallsbereiche
der Polarisationsstrahlteileranordnung (d. h. die Schrittweite der
Polarisationsteilerfilme) auf die Schrittweiten der zugeordneten
kleinen Linsen 312, 313 ausgerichtet sind. Wenn
andererseits eine Konfiguration und eine Wirkung erreicht werden
sollen, die mit jenen des Polarisationslicht-Strahlteilers 320' der 12(a)–12(c) vergleichbar sind, werden wenigstens einige
der Werte der Dicken t321, t322 der
lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 und der Dicke tad der
optischen Klebeschichten 325 so eingestellt, dass die Mittelpunkte
der wirksamen Einfallsbereiche der Polarisationsstrahlteileranordnung
(d. h. die Schrittweite der Polarisationsteilerfilme) auf die Schrittweiten
der Lichtmengenverteilungen der Strahlen ausgerichtet sind, die
aus den zugeordneten kleinen Linsen 312, 313 austreten.
-
B. Herstellungsverfahren:
-
Die 14 bis 19 sind
erläuternde
Darstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Polarisationsstrahlteileranordnung,
die in einer Ausführungsform
verwendet wird, zeigt. Wie in 14 gezeigt
ist, verwendet das Herstellungsverfahren eine horizontale Tafel 402 und
eine vertikale Wand 404, die auf der horizontalen Tafel 402 steht.
-
In
diesem Verfahren werden wie in dem vorher beschriebenen Verfahren
die ersten lichtdurchlässigen
Elemente 321 (Glasplatten mit Filmen) und die zweiten lichtdurchlässigen Elemente 322 (Glasplatten
ohne Filme), die in 2(A) gezeigt
sind, hergestellt. Die Hilfsglasplatte 324, die in 14 gezeigt ist,
wird ebenfalls hergestellt. Die Hilfsglasplatte 324 ist
eine ebene Glasplatte, die nicht mit einem Polarisationsteilerfilm
oder einem reflektierenden Film versehen ist. Die Hilfsglasplatte 324 bildet
ein Ende des Polarisationsstrahlteilers. Die Dicke der Hilfsglasplatte 324 kann
so gesetzt sein, dass sie sich von den Dicken der ersten und zweiten
lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 unterscheidet.
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Der
Zustand von 14 wird erreicht, indem zunächst die
Hilfsglasplatte 324 auf der horizontalen Tafel 402 angeordnet
wird und ihre obere Oberfläche mit
einem lichthärtenden
Klebstoff beschichtet wird und anschließend das erste lichtdurchlässige Element 321 auf
der Hilfsglasplatte 324 angeordnet wird. Die Hilfsglasplatte 324 und
das erste lichtdurchlässige
Element 321, die mit der dazwischenliegenden Klebeschicht
gestapelt wurden, werden aneinander gerieben, um Luftblasen aus
der Klebeschicht zu drücken
und um die Dicke der Klebeschicht auszugleichen. In diesem Zustand
haften die Hilfsglasplatte 324 und das erste lichtdurchlässige Element 321 infolge
der Oberflächenspannung
aneinander. Wie in 14 gezeigt ist, liegen die Hilfsglasplatte 324 und das
erste lichtdurchlässige
Element 321 an der vertikalen Wand 404 an. Zu
diesem Zeitpunkt werden die Hilfsglasplatte 324 und das
erste lichtdurchlässige Element 321 an
den Oberflächen,
die zu den anliegenden Oberflächen
senkrecht sind, um einen vorgegebenen Versatzabstand ΔH versetzt.
Wie in 15 gezeigt ist, werden ultraviolette
Strahlen (die in der Figur UV bezeichnet sind) von oben auf das
erste lichtdurchlässige
Element 321 projiziert, um den Klebstoff zu härten. Die
Plattenelemente, die auf diese Weise aneinander haften, werden als
der "erste Stapel" bezeichnet. Die
ultravioletten Strahlen werden vorzugsweise aus einer Richtung projiziert,
die nicht parallel zur Oberfläche
des ersten lichtdurchlässigen
Elements 321 verläuft.
Der Klebstoff kann auf diese Weise wirksam mit ultravioletten Strahlen
bestrahlt werden, um dadurch die Härtezeit des Klebstoffs zu verkürzen und
den Produktionsdurchsatz des optischen Elements zu verbessern.
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Die
obere Oberfläche
des ersten Stapels wird mit Klebstoff beschichtet und das zweite
lichtdurchlässige
Element 322 wird darauf angeordnet (16). Die
ersten und zweiten lichtdurchlässigen Elemente 321, 322,
die mit der dazwischenliegenden Klebeschicht gestapelt wurden, werden
aufeinander gerieben, um Luftblasen aus der Klebeschicht zu drücken und
um die Dicke der Klebeschicht auszugleichen. Das erste lichtdurchlässige Element 321 und das
zweite lichtdurchlässige
Element 322 werden um die vorgeschriebene Versatzstrecke ΔH versetzt.
Wie in 17 gezeigt ist, werden ultraviolette
Strahlen von oben auf das zweite lichtdurchlässige Element 322 projiziert,
um den Klebstoff zu härten.
Auf diese Weise wird ein zweiter Stapel erhalten.
-
Der
oben genannte Prozess aus Aufbringen einer Klebeschicht, Auflegen
eines lichtdurchlässigen
Elements und Projizieren von ultravioletten Strahlen darauf, um
die Klebeschicht zu härten,
wird dann wiederholt, um den in 18 gezeigten
Stapel zu erhalten. Dieser Stapel wird dann in der in 19 gezeigten
Weise geschnitten. Das Schneiden wird ausgeführt, wobei die Seite des Stapels,
die an der vertikalen Wand 404 von 18 anliegt,
nach unten zeigt und auf einem Schneidetisch 410 ruht.
Der Stapel wird längs
paralleler Schnittlinien 328a, 328b geschnitten.
Ein Element, das der Polarisationsstrahlteileranordnung, die in
der ersten Ausführungsform
verwendet wird, die in 4 gezeigt ist, ähnlich ist,
wird dann erhalten, indem die Schnittoberflächen glatt poliert werden.
Die hier erhaltene Polarisationsstrahlteileranordnung unterscheidet
sich jedoch darin, dass sie an ihrem Ende die Hilfsglasplatte 324 besitzt.
-
Da
in diesem Verfahren die Klebeschichten durch Bestrahlung mit ultravioletten
Strahlen gehärtet
werden, jedes Mal dann, wenn nach der Aufbringung einer neuen Klebeschicht
dem Stapel ein weiteres lichtdurchlässiges Element zugefügt wird,
ist die Positionsbeziehung zwischen den lichtdurchlässigen Elementen
mit einer guten Genauigkeit definiert. Da jede Bestrahlung darüber hinaus
notwendig ist, um lediglich eine einzelne Klebeschicht zu härten, kann das
Härten
mit großer
Zuverlässigkeit
ausgeführt werden.
Die Polarisationsstrahlteileranordnung die in der ersten Ausführungsform
verwendet wird, kann außerdem
durch das oben beschriebene Montageverfahren montiert werden.
-
Es
ist außerdem
möglich,
mehrere Einheitsstapel herzustellen, die jeweils erreicht werden,
indem ein einzelnes erstes lichtdurchlässiges Element 321 und
ein einzelnes zweites lichtdurchlässiges Element 322 in
der oben beschriebenen Art miteinander verklebt werden und anschließend die
Einheitsstapel nacheinander laminiert werden. Im Einzelnen kann ein
Einheitsstapel so laminiert werden, dass eine Klebeschicht sandwichartig
eingeschlossen wird, die Luftblasen können aus der Klebeschicht gedrückt werden
und die Klebeschicht wird dann durch Bestrahlung mit ultravioletten
Strahlen gehärtet.
Diese Schritte schaffen im Wesentlichen die gleichen Wirkungen,
die oben erwähnt
wurden.
-
In
der ersten Ausführungsform
oder dem oben beschriebenen Verfahren kann die Dickengenauigkeit
der lichtdurchlässigen
Elemente 321, 322 zum Zeitpunkt der Polierens
ihrer Oberflächen
gesteuert werden. Klebeschichten mit gleichförmiger Dicke können erreicht
werden, indem der Klebstoff auf allen Elementoberflächen mit
einem gleichförmigen
Beschichtungsgewicht aufgebracht wird und indem im Schritt des Herausdrückens von
Luftblasen auf die Elementoberfläche
Druck gleichmäßig aufgebracht
wird.
-
C. Polarisationslicht-Beleuchtungssystem
und Bildanzeigesystem:
-
6 ist
eine schematische Draufsicht des Aufbaus des wesentlichen Abschnitts
eines Polarisationslicht-Beleuchtungssystems 1, das eine
Ausführungsform
der Erfindung ist, das eine Polarisationsstrahlteileranordnung enthält, die
oben beschrieben wurde. Das Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 enthält einen
Lichtquellenabschnitt 10 und einen Polarisationslichtgenerator 20.
Der Lichtquellenabschnitt 10 sendet einen Lichtstrahl aus,
der willkürliche
Polarisationsrichtungen besitzt und eine S-polarisierte Lichtkomponente
und eine P-polarisierte Lichtkomponente enthält. Der von dem Lichtquellenabschnitt 10 ausgesendete
Lichtstrahl wird durch den Polarisationslichtgenerator 20 in
einen einzelnen Typ des linear polarisierten Lichts, das im Allgemeinen
in einer Polarisationsrichtung ausgerichtet ist, umgewandelt. Das
linear polarisierte Licht vom Polarisationslichtgenerator 20 beleuchtet
eine Beleuchtungsfläche 90.
-
Der
Lichtquellenabschnitt 10 umfasst eine Lampe 101 und
einen Parabolreflektor 102. Das von der Lampe 101 ausgesendete
Licht wird durch den Parabolreflektor 102 in einer Richtung
reflektiert und verläuft
als ein im Allgemeinen paralleler Strahl zum Polarisationslichtgenerator 20.
Die optische Achse R des Lichtquellenabschnitts 10 ist
in der x-Richtung um eine vorgegebene Strecke D parallel zur optischen
Achse L des Systems verschoben. Die optische Achse L des Systems
ist die optische Achse einer Polarisationsstrahlteileranordnung 320.
Der Grund für
die Verschiebung der optischen Achse R der Lichtquelle wird später beschrieben.
-
Der
Polarisationslichtgenerator 20 umfasst ein erstes optisches
Element 200 und ein zweites optisches Element 300. 7 ist
eine perspektivische Ansicht des ersten optischen Elements 200.
Wie in 7 gezeigt ist, ist das erste optische Element 200 aus
mehreren kleinen Strahlteilerlinsen 201 mit rechtwinkligem
Profil hergestellt, die vertikal und horizontal in der Form einer
quadratischen Matrix angeordnet sind. Das erste optische Element 200 ist
so angeordnet, dass die optische Achse R der Lichtquelle (6)
auf die Mitte des ersten optischen Elements 200 ausgerichtet
ist. Die Profile der einzelnen Strahlteilerlinsen 201 sind
in der z-Richtung betrachtet in ähnlicher
Weise wie das Profil der Beleuchtungsfläche 90 hergestellt.
Da bei dieser Ausführungsform
eine Beleuchtungsfläche 90 angenommen wird,
die in der x-Richtung
langgestreckt ist, besitzen die Strahlteilerlinsen 201 ebenfalls
xy-Oberfläche, die
in der seitlichen (x-Richtung) langgestreckt ist.
-
Das
zweite optische Element 300 in 6 umfasst
eine Kondensorlinsenanordnung 310, eine Polarisationsstrahlteileranordnung 320,
ein selektives Phasenplättchen 380 und
eine Linse 390 der Austrittsseite. Das selektive Phasenplättchen 380 ist ein
plattenähnliches
Element, das optische λ/2-Phasenplättchen 380 enthält, die,
wie unter Bezugnahme auf 5 erläutert wurde,
lediglich an den Austrittsoberflächenabschnitten
des zweiten lichtdurchlässigen
Elements 322 ausgebildet sind, und die anderen Teile des
selektiven Phasenplättchens 380,
das an den Austrittsoberflächenabschnitten
des ersten lichtdurchlässigen
Elements 321 angeordnet ist, sind farblos und lichtdurchlässig. Die
in 6 gezeigte Polarisationsstrahlteileranordnung
besitzt die angenäherte
Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds, das durch das Abschneiden
der vorstehenden Abschnitte an den gegenüberliegenden Kanten der in 4 gezeigten
Struktur erreicht wird.
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Die
Kondensorlinsenanordnung 310 besitzt im Wesentlichen den
gleichen Aufbau wie das erste optische Element 200, das
in 7 gezeigt ist. Die Kondensorlinsenanordnung 310 ist
im Einzelnen aus einer Matrix aus Kondensorlinsen 310 mit
einer Anzahl, die gleich der Anzahl der Strahlteilerlinsen 201 des
ersten optischen Elements 200 ist, hergestellt. Die Mitte
der Kondensorlinsenanordnung 310 ist außerdem auf die optische Achse
R der Lichtquelle ausgerichtet.
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Der
Lichtquellenabschnitt 10 sendet einen im Wesentlichen parallelen
Strahl aus weißem
Licht mit willkürlichen
Polarisationsrichtungen aus. Der Lichtstrahl, der von dem Lichtquellenabschnitt 10 ausgesendet
wird und in das erste optische Element 200 eintritt, wird
durch die Strahlteilerlinsen 201 in Zwischenstrahlen 202 unterteilt.
Die Konzentrationswirkung der Strahlteilerlinsen 201 und
der Kondensorlinsen 311 bündelt die Zwischenstrahlen 202 in
der Ebene senkrecht zur optischen Achse L des Systems (die xy-Ebene
in 6). Lichtquellenabbildungen werden in einer Anzahl,
die gleich der Anzahl der Strahlteilerlinsen 201 ist, an
den Positionen gebildet, an denen die Zwischenstrahlen 202 konvergieren. Die
Lichtquellenabbildungen werden an Positionen in der Nähe der Polarisationsteilerfilme 331 in
der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 gebildet.
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Es
ist beabsichtigt, dass das Versetzen der optischen Achse R der Lichtquelle
zur optischen Achse L des Systems die Bildung der Lichtquellenabbildungen
an den Positionen der Polarisationsteilerfilme 331 ermöglicht.
Der Versatzabstand D ist auf den halben Wert der Breite Wp in der
x-Richtung (6) des
Polarisationsteilerfilms 331 gesetzt. Wie oben erwähnt wurde,
sind die Mitte des Lichtquellenabschnitts 10, das erste
optische Element 200 und die Kondensorlinsenanordnung 310 auf
der optischen Achse R der Lichtquelle ausgerichtet und sind zur
optischen Achse L des Systems um D = Wp/2 versetzt. Wie andererseits
aus 6 erkannt werden kann, sind die Mitten der Polarisationsteilerfilme 331 zum Aufspalten
der Zwischen strahlen 202 in Bezug auf die optische Achse
L des Systems ebenfalls um Wp/2 versetzt. Das Versetzen der optischen
Achse R der Lichtquelle zur optischen Achse L des Systems um Wp/2
ermöglicht
deswegen, dass die Lichtquellenabbildungen (Abbildungen der Lampe 101)
im Wesentlichen an den Mitten der Polarisationsteilerfilme 331 gebildet
werden.
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Wie
in der oben erläuterten 5(A) gezeigt ist, werden die Strahlen, die in
die Polarisationsstrahlteileranordnung 320 eintreten, vollständig in S-polarisiertes
Licht umgewandelt. Die Strahlen, die aus der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 austreten,
gehen durch die Linse 390 der Austrittsseite und beleuchten
die Beleuchtungsfläche 90.
Da die Beleuchtungsfläche 90 durch
eine große
Anzahl von Strahlen, die durch die Strahlteilerlinsen 201 erzeugt werden,
beleuchtet wird, wird sie insgesamt gleichmäßig beleuchtet.
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Wenn
die Parallelität
des Lichtstrahls, der in das erste optische Element 200 eintritt,
sehr gut ist, kann die Kondensorlinsenanordnung 310 im
zweiten optischen Element 300 weggelassen werden.
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Wie
oben erläutert
wurde, funktioniert das in 6 gezeigte
Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 als ein Polarisationslichtgenerator,
der einen Strahl aus weißem
Licht mit willkürlichen
Polarisationsrichtungen in einen Lichtstrahl mit einer speziellen
Polarisationsrichtung (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes
Licht) umwandeln kann und funktioniert ferner als eine Beleuchtungseinrichtung,
die eine Beleuchtungsfläche 90 mit
einer großen
Anzahl von Polarisationslichtstrahlen gleichmäßig beleuchten kann. Da das
Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1, das eine Ausführungsform
dieser Erfindung ist, die Polarisationsstrahlteileranordnung 320 verwendet, schafft
es eine höhere
Lichtausbeute als diejenige, die im Stand der Technik erreicht werden kann.
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8 ist
eine schematische strukturelle Ansicht, die den wesentlichen Abschnitt
eines Projektionsanzeigesystems 800 zeigt, welches das
in 6 gezeigte Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 enthält. Das
Projektionsanzeigesystem 800 umfasst das Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1,
dichroitische Spiegel 801, 802, reflektierende
Spiegel 802, 807, 809, Verstärkungslinsen 806, 808, 810,
drei Flüssigkristallplatten
(Flüssigkristall-Lichtmodulatoren) 803, 805, 811,
ein dichroitisches Kreuzprisma 813 und eine Projektionslinse 814.
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Die
dichroitischen Spiegel 801, 804 funktionieren
als Farbtrennmittel zum Trennen eines weißen Lichtstrahls in drei Farben:
Rot, Blau und Grün.
Die drei Flüssigkristallplatten 803, 805, 811 funktionieren als
Lichtmodulationsmittel zum Bilden von Abbildungen, indem das Licht
von jeder der drei Farben gemäß gelieferter
Bildinformationen (Bildsignale) moduliert wird. Das dichroitische
Kreuzprisma 813 funktioniert als Farbkombinationsmittel
zum Kombinieren des roten, blauen und grünen Lichts, um ein Farbbild zu
erzeugen. Die Projektionslinse 814 funktioniert als ein
Projektionsoptiksystem zum Projizieren des Lichts, welches das kombinierte
Bild repräsentiert, auf
einen Bildschirm 815.
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Der
blau- und grün-reflektierende
dichroitische Spiegel 801 lässt die rote Lichtkomponente
des weißen
Lichtstrahls, der vom Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 ausgesendet
wird, durch und reflektiert dessen blaue und grüne Lichtkomponente. Das durchgelassene
rote Licht wird durch den reflektierenden Spiegel 802 reflektiert
und verläuft
zur Rot-Flüssigkristallplatte 803.
Das grüne
Licht, das durch den ersten dichroitischen Spiegel 801 reflektiert
wird, wird durch den grün-reflektierenden
dichroitischen Spiegel 804 reflektiert und verläuft zur Grün-Flüssigkristallplatte 805.
Das blaue Licht, das durch den ersten dichroitischen Spiegel 801 reflektiert
wird, durchläuft
den zweiten dichroitischen Spiegel 804.
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In
dieser Ausführungsform
ist die optische Weglänge
des blauen Lichts von den drei Farben die größte. Nachdem das blaue Licht
den dichroitischen Spiegel 804 durchlaufen hat, tritt es
in Lichtleitmittel 850 ein, die eine Eintrittslinse 806,
eine Verstärkungslinse 808 und
eine Austrittslinse 810 enthalten. Das blaue Licht, das
durch den dichroitischen Spiegel 804 durchgelassen wurde,
verläuft
im Einzelnen durch die Eintrittslinse 806, wird durch den
reflektierenden Spiegel 807 reflektiert und verläuft zur
Verstärkungslinse 808.
Es wird dann durch den reflektierenden Spiegel 809 reflektiert,
geht durch die Austrittslinse 810 und zur Blau-Flüssigkristallplatte 811. Die
drei Flüssigkristallplatten 803, 805 und 811 entsprechen
der Beleuchtungsfläche 90 in 6.
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Die
drei Flüssigkristallplatten 803, 805, 811 modulieren
das Licht jeder Farbe gemäß einem
Bildsignal (Bildinformation), das von (nicht gezeigten) externen
Steuerschaltungen geliefert wird, um farbiges Licht zu erzeugen,
das die Bildinformation der entsprechenden Farbkomponente trägt. Die
modulierten roten, blauen und grünen
Lichtstrahlen treten in das dichroitische Kreuzprisma 813 ein.
Das dichroitische Kreuzprisma 813 ist mit mehrschichtigen
Stapeln aus dielektrischen Filmen, die rotes Licht reflektieren,
und mehrschichtigen Stapeln aus dielektrischen Filmen, die blaues
Licht reflektieren, gebildet, die in der Form eines Kreuzes angeordnet
sind. Die drei Farben werden durch diese mehrschichtigen Stapel
aus dielektrischem Film zu Licht gemischt, das ein Farbbild trägt. Das
gemischte Licht wird durch die Projektions linse 814, die
das Projektionssystem zur Anzeige eines vergrößerten Bildes darstellt, auf
den Bildschirm 815 projiziert.
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Die
Flüssigkristallplatten 803, 805, 811,
die in dem Projektionsanzeigesystem 800 als Lichtmodulationsmittel
verwendet werden, sind von dem Typ, der Lichtstrahlen einer speziellen
Polarisationsrichtung (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes
Licht) moduliert. Diese Flüssigkristallanzeigeplatten
besitzen gewöhnlich
(nicht gezeigte) Polarisationsplatten, die an ihren Einfalls- und Austrittsoberflächen angebracht
sind. Wenn eine derartige Flüssigkristallanzeigeplatte
mit einem Lichtstrahl mit willkürlichen
Polarisationsrichtungen beleuchtet wird, wird deswegen etwa die
Hälfte
des Lichtstrahls durch die Polarisationsplatten absorbiert und in
Wärme umgewandelt. Die
Lichtausbeute ist daher gering. Die Polarisationsplatten erzeugen
außerdem
viel Wärme,
wodurch ebenfalls Probleme bewirkt werden. In dem in 8 gezeigten
Projektionsanzeigesystem 800 erzeugt das Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 Lichtstrahlen
der speziellen Polarisationsrichtung für den Durchgang durch die Flüssigkristallplatten 803, 805, 811.
Das Problem der Absorption von Licht und der Erzeugung von Wärme an den
Polarisationsplatten der Flüssigkristallanzeigeplatten
ist deswegen weitgehend beseitigt. Da das Projektionsanzeigesystem 800,
das eine Ausführungsform
dieser Erfindung ist, darüber
hinaus die Polarisationsstrahlteileranordnung 320 verwendet,
besitzt es außerdem
eine entsprechende Verbesserung der gesamten Lichtausbeute.
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Die
reflektierenden Filme 332 der Polarisationsstrahlteileranordnung 320 sind
vorzugsweise als mehrschichtige Stapel aus dielektrischem Film gebildet,
wobei sie die Eigenschaft besitzen, wahlweise lediglich die spezielle
polarisierte Lichtkomponente (z. B. S-polarisiertes Licht) zu reflektieren,
die durch die Flüssigkristallplatten 803, 805, 811 moduliert
werden soll. Das ist vorteilhaft, da das Problem der Lichtabsorption
und der Wärmeerzeugung
an den Flüssigkristallplatten 803, 805, 811 weiter
vermindert wird. Das wiederum verbessert die gesamte Lichtausbeute
des Projektionsanzeigesystems 800.
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Wie
oben erläutert
wurde, kann durch die Verwendung der Polarisationsstrahlteileranordnung das
Projektionsanzeigesystem der Erfindung eine Verbesserung der Lichtausbeute
gegenüber
dem Stand der Technik erreichen. Die auf den bzw. dem Bildschirm 815 projizierten
Bilder sind deswegen heller.
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Die
vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die Einzelheiten der
obenbeschriebenen Ausführungsformen
und Beispiele beschränkt,
es können statt
dessen verschiedene Änderungen
und Modifikationen ausgeführt
werden, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Die nachfolgend
aufgeführten
Modifikationen sind z. B. möglich.
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Die
in der Erfindung verwendete Polarisationsstrahlteileranordnung kann
außerdem
bei verschiedenen Systemen und Vorrichtungen angewendet werden,
die sich von dem in 8 gezeigten Projektionsanzeigesystem
unterscheiden. Die Polarisationsstrahlteileranordnung kann z. B.
bei einem Projektionsanzeigesystem zum Projizieren von monochromen
Bildern anstelle von Farbbildern angewendet werden. In diesem Fall
benötigt
das System von 8 lediglich eine einzelne Flüssigkristallanzeigeplatte,
während
die Farbtrennmittel für
die Dreifarben-Trennung und die Farbsynthesemittel zum Synthetisieren
von Licht aus drei Farben weggelassen werden können.
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In
der in 5 gezeigten Anordnung können Lichtabschirmungsmittel
vorgesehen werden, um das Eintreten von Licht an der Eintrittsoberfläche der zweiten
lichtdurchlässigen
Elemente zu verhindern. 9(A) ist
eine erläuternde
Darstellung, die zeigt, wie eine Lichtabschirmplatte 340 vor
dem optischen Element gemäß 5(A) vorgesehen ist. Die Lichtabschirmplatte 340 enthält abwechselnd
Lichtabschirmabschnitte 341 zum Ausblenden von Licht und lichtdurchlässige Abschnitte 342 zum
Durchlassen von Licht. Die Lichtabschirmplatte 340 kann
hergestellt werden, indem z. B. lichtabsorbierende Filme oder lichtreflektierende
Filme als die Lichtabschirmabschnitte 341 auf der Oberfläche einer
Glasplatte oder eines anderen lichtdurchlässigen Plattenelements ausgebildet
werden. Die Lichtabschirmabschnitte 341 sind in Übereinstimmung
mit der Einfallsoberfläche 327 der
zweiten lichtdurchlässigen Elemente 322 vorgesehen,
um die Einfallsoberfläche 327 abzuschirmen.
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9(B) zeigt den optischen Weg des Lichts, das von
der Eintrittsoberfläche 327 des
zweiten lichtdurchlässigen
Elements 322 eintritt, wenn die Lichtabschirmplatte 340 nicht
vorgesehen ist. Das Licht, das von der Eintrittsoberfläche 327 eintritt,
wird durch den reflektierenden Film 322a reflektiert und anschließend durch
den darüber
liegenden Polarisationsteilerfilm 331 in S-polarisiertes
Licht und P-polarisiertes Licht aufgeteilt. Das P-polarisierte Licht
wird durch das optische λ/2-Phasenplättchen 381 in
S-polarisiertes Licht umgewandelt. Das S-polarisierte Licht wird
durch den reflektierenden Film 332b über dem Polarisationsteilerfilm 331 reflektiert
und tritt durch die Austrittsoberfläche 326 aus. Wie aus 9(B) erkannt werden kann, geht die S-polarisierte
Lichtkomponente des Lichts, das durch die Einfallsoberfläche 327 eintritt,
zweimal durch die erste optische Klebeschicht 325a und
anschließend
einmal durch die optische Klebeschicht 325b, bevor sie
den darüberliegen den
reflektierenden Film 332b erreicht. Die P-polarisierte
Lichtkomponente geht andererseits zweimal durch die optische Klebeschicht 325a und
dreimal durch die optische Klebeschicht 325b, bevor sie
das optische λ/2-Phasenplättchen 381 erreicht.
Wenn die Lichtabschirmplatte 340 nicht vorgesehen ist,
geht deswegen das Licht, das durch die Einfallsoberfläche 327 des
zweiten lichtdurchlässigen
Elements 322 eintritt, wiederholt durch optische Klebeschichten 325.
Dieses Licht kann durch das Vorsehen der in 9(A) gezeigten
Lichtabschirmplatte 340 ausgeblendet werden.
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Anstelle
des Vorsehens der Lichtabschirmplatte 340 separat von der
Polarisationsstrahlteileranordnung 320 ist es möglich, Lichtabschirmabschnitte 341,
die aus reflektierenden Aluminiumfilmen oder dergleichen gebildet
sind, an der Einfallsoberfläche 327 des
zweiten lichtdurchlässigen
Elements 322 vorzusehen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung genau beschrieben und erläutert wurde,
ist es selbstverständlich,
dass dies lediglich erläuternd
und beispielhaft und nicht als Einschränkung erfolgt, wobei der Umfang
der vorliegenden Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche begrenzt
ist.