DE69725072T2

DE69725072T2 - Optisches Element für Projektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69725072T2
Application number: DE69725072T
Authority: DE
Inventors: Akitaka Suwa-shi Nagano-ken Yajima
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: EP0821258B1; EP1231498A1; DE69725072D1; EP1055955A3; DE69734251T2; EP0821258A3; DE69734251D1; DE69721341T2; US20020089746A1; EP1231499A2; DE69721341D1; EP1231498B1; US6523962B2; EP1055955A2; US6404550B1; KR100523874B1; TW393586B; US20020080487A1; EP1231499A3; EP1055955B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein für eine Projektionsanzeigevorrichtung geeignetes optisches Element und ein Verfahren zum Herstellen des optischen Elements.
In der offengelegten japanischen Patentschrift 7-294906 ist ein als Polarisationsumwandlung-/*-selement bezeichnetes optisches Element offenbart, das für eine Verwendung beim Umwandeln von Licht mit zufälligen Polarisationsrichtungen in Licht mit einer Polarisationsrichtung vorgesehen ist. Ein solches optisches Element ist in 1(A) in Draufsicht und in 1(B) in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Dieses optische Element weist eine Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung bzw. – Arrayanordnung 22 auf, die abwechselnd angeklebte Linearpolarisations-Strahlteiler 30 mit Polarisationsteilerfilmen 36 und linearen Prismen 40 mit reflektierenden Filmen 46 aufweist. Teile der Austrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 22 sind selektiv mit optischen λ/2-Phasenplatten 24 versehen.
Der Linearpolarisations-Strahlteiler 30 weist zwei rechtwinklige Prismen 32, 34 und den an der schrägen Ebene, die von der Grenzfläche zwischen den rechtwinkligen Prismen 32, 34 gebildet ist, ausgebildeten Polarisationsteilerfilm 36 auf. Während der Herstellung des Polarisationsstrahlteilers 30 wird der Polarisationsteilerfilm 36 an der schrägen Ebene von einem der rechtwinkligen Prismen gebildet, und die beiden rechtwinkligen Prismen 32, 34 werden dann mit einem optischen Klebstoff verbunden.
Das lineare Prisma 40 weist zwei rechtwinklige Prismen 42, 44 und den an der schrägen Ebene an der Grenzfläche zwischen den rechtwinkligen Prismen 42, 44 gebildeten reflektierenden Film 46 auf. Während der Herstellung des Prismas 40 wird der reflektierende Film 46 an der schrägen Ebene von einem der rechtwinkligen Prismen gebildet, und die zwei rechtwinkligen Prismen 42, 44 werden dann mit einem optischen Klebstoff verbunden. Der reflektierende Film 46 besteht aus Aluminium oder einem anderen Metall.
Mehrere auf diese Weise hergestellte Linearpolarisations-Strahlteiler 30 und lineare Prismen 40 werden abwechselnd mit einem optischen Klebstoff zusammengeklebt, um die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 22 herzustellen. Die optischen λ/2-Phasenplatten 24 werden dann selektiv mit der Austrittsfläche des Linearpolarisations-Strahlteilers 30 verbunden.
Licht, das eine S-polarisierte Komponente und eine P-polarisierte Komponente aufweist, tritt von der Eintrittsfläche her ein. Das einfallende Licht wird zuerst durch den Polarisationsteilerfilm 36 in S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht zerlegt. Das S-polarisierte Licht wird vom Polarisationsteilerfilm 36 im wesentlichen unter einem rechten Winkel reflektiert, weiter vom reflektierenden Film 46 unter einem rechten Winkel reflektiert und tritt dann aus dem Prisma 40 aus. Das P-polarisierte Licht tritt gerade durch den Polarisationsteilerfilm 36, wird durch die optische λ/2-Phasenplatte 24 in S-polarisiertes Licht umgewandelt und tritt daraus aus.
Dadurch tritt ein in dieses optische Element eintretender Lichtstrahl mit zufälligen Polarisationsrichtungen als ein vollständig S-polarisierter Lichtstrahl aus.
Das in den 1(A) und 1(B) dargestellte herkömmliche optische Element weist vier rechtwinklige Prismen 32, 34, 42, 44 auf, die durch optischen Klebstoff zusammengeklebt sind. Zwischen dem Eintreten in das optische Element und dem Austreten aus diesem müssen das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht daher wiederholt durch die optischen Klebstoffschichten hindurchtreten, die an den Prismengrenzflächen ausgebildet sind. Weil der optische Klebstoff einen Teil des Lichts absorbiert, verringert sich die Intensität des Lichts bei jedem Hindurchtreten durch eine optische Klebstoffschicht. Dies führt zu einer erheblichen Abnahme des Lichtausnutzungsgrads.
Ein weiteres optisches Element, das abwechselnd angeordnete transparente Elemente, polarisierende Filme, reflektierende Filme und Klebstoffschichten aufweist, ist aus US-A-5 696 520 bekannt.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung zumindest gemäß den bevorzugten Ausführungsformen darin, den Lichtausnutzungsgrad des optischen Elements zu vergrößern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein optisches Element bereitzustellen, das leicht herzustellen ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein optisches Element nach Anspruch 1 vorgesehen.
Das optische Element weist mehrere erste transparente Elemente und mehrere zweite transparente Elemente auf, die abwechselnd angeordnet und aneinander befestigt sind. Jedes der mehreren ersten transparenten Elemente hat eine erste Eintrittsfläche und eine erste Austrittsfläche, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und eine erste und eine zweite Filmbildungsfläche, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen vorgeschriebenen Winkel mit der ersten Eintrittsfläche und der ersten Austrittsfläche bilden. Ein Polarisationsteilerfilm ist an der ersten Filmbildungsfläche ausgebildet, und ein reflektierender Film ist an der zweiten Filmbildungsfläche ausgebildet. Jedes der mehreren zweiten transparenten Elemente hat eine zweite Eintrittsfläche und eine zweite Austrittsfläche, die parallel zueinander verlaufen. Die mehreren zweiten transparenten Elemente sind an der ersten und der zweiten Filmbildungsfläche gegenüber dem Polarisationsteilerfilm bzw. dem reflektierenden Film abwechselnd mit den mehreren ersten transparenten Elementen angeordnet und daran befestigt, so daß die zweiten Eintrittsflächen mit den ersten Eintrittsflächen so ausgerichtet sind, daß eine Eintrittsebene gebildet ist, und die zweiten Austrittsflächen mit den ersten Austrittsflächen so ausgerichtet sind, daß eine Austrittsebene gebildet ist.
Beim vorstehend erwähnten optischen Element wird nach dem Eintreten des Lichts durch die Eintrittsfläche des ersten transparenten Elements die vom Polarisationsteilerfilm reflektierte polarisierte Lichtkomponente vom reflektierenden Film reflektiert, ohne durch eine Schicht aus optischem Klebstoff zu treten, und sie tritt dann aus dem optischen Element aus. Der Lichtausnutzungsgrad ist verbessert, weil die Anzahl der Male, die die polarisierte Lichtkomponente durch Schichten des optischen Klebstoffs tritt, auf diese Weise verringert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der reflektierende Film einen dielektrischen Mehrschichtfilm auf. Ein aus einem mehrschichtigen dielektrischen Film bestehender reflektierender Film ermöglicht das Erhöhen des Reflexionsgrads für eine spezifische linear polarisierte Lichtkomponente gegenüber demjenigen im Fall eines aus Aluminium oder einem anderen Metall gebildeten reflektierenden Films. Es kann daher eine weitere Erhöhung des Lichtausnutzungsgrads erhalten werden.
Gemäß der Ausführungsform weist das optische Element weiterhin eine Polarisationsrichtungs-Umwandlungseinrichtung auf, die entweder der ersten Austrittsfläche oder der zweiten Austrittsfläche zugeordnet ist. Linear polarisierte Lichtkomponenten unterschiedlicher Polarisationsrichtungen treten aus dem Austrittsflächenabschnitt des ersten transparenten Elements und dem Austrittsflächenabschnitt des zweiten transparenten Elements aus. Demgemäß kann der aus dem optischen Element austretende Lichtstrahl durch Bereitstellen einer Polarisationsrichtungs-Umwandlungseinrichtung an einem der Austrittsflächenabschnitte vollständig in eine linear polarisierte Lichtkomponente umgewandelt werden.
Das optische Element kann weiterhin eine der zweiten Eintrittsfläche zugeordnete Lichtabschirmungseinrichtung aufweisen. Falls Licht von der zweiten Eintrittsfläche des zweiten transparenten Elements eintritt, tritt dieses Licht nach der Reflexion durch den reflektierenden Film wiederholt durch optische Klebstoffschichten, bevor es durch den Polarisationsteilerfilm in S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Falls diese Art von Licht durch Bereitstellen einer Lichtabschirmungseinrichtung für die zweite Eintrittsfläche des zweiten transparenten Elements abgeschirmt wird, kann ein wiederholtes Hindurchtreten des in das optische Element eintretenden Lichts durch optische Klebstoffschichten verhindert werden.
Das optische Element weist weiterhin Klebstoffschichten zwischen den ersten und den zweiten transparenten Elementen auf, und mindestens eine von der Dicke der Klebstoffschichten und den Dicken der ersten und der zweiten transparenten Elemente wird so eingestellt, daß die Abstände zwischen den Polarisationsteilerfilmen und den reflektierenden Filmen über das optische Element im wesentlichen konstant gemacht werden. Weil die Abstände zwischen den Polarisationsteilerfilmen und den reflektierenden Filmen hierdurch gleich gemacht werden, kann die Positionsgenauigkeit der Filme im optischen Element verbessert werden, wodurch der Lichtausnutzungsgrad erhöht wird.
Die Dicke der zweiten transparenten Elemente ist auf einen kleineren Wert gelegt als die Dicke des ersten transparenten Elements. Vorzugsweise liegt die Dicke des zweiten transparenten Elements im Bereich von 80% bis 90% der Dicke des ersten transparenten Elements. Beispielsweise gleicht die Dicke der ersten transparenten Elemente einem durch Addieren des Zweifachen der Dicke der Klebstoffschichten zur Dicke der zweiten transparenten Elemente erhaltenen Wert.
Das optische Element kann zusammen mit mehreren kleinen Linsen verwendet werden, die an der Eintrittsebene angeordnet werden, und die Abstände zwischen den mehreren Polarisationsteilerfilmen können im wesentlichen der Trennung der mehreren kleinen Linsen entsprechen. Hierdurch werden die Abstände zwischen den Polarisationsteilerfilmen und den reflektierenden Filmen konstant, wodurch der Lichtausnutzungsgrad des optischen Elements erhöht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird mindestens eine von der Dicke der Klebstoffschichten und den Dicken der ersten und der zweiten transparenten Elemente eingestellt, um zu bewirken, daß die Abstände zwischen den mehreren Polarisationsteilerfilmen im wesentlichen der Trennung der optischen Achsen der mehreren kleinen Linsen entsprechen. Weil hierdurch eine Konfiguration bereitgestellt wird, die es ermöglicht, daß jeder der mehreren aus mehreren kleinen Linsen austretenden Lichtstrahlen auf einen ihm zugeordneten Polarisationsteilerfilm fällt, wird hierdurch der Lichtausnutzungsgrad verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die mehreren kleinen Linsen mehrere verschiedene Trennungen der optischen Achsen auf, und mindestens eine von der Dicke der Klebstoffschichten und den Dicken der ersten und der zweiten transparenten Elemente wird eingestellt, um zu bewirken, daß die Abstände zwischen den mehreren Polarisationsteilerfilmen im wesentlichen den mehreren verschiedenen Trennungen der optischen Achsen entsprechen. Hierdurch wird eine Konfiguration bereitgestellt, die es selbst dann, wenn die Trennung der optischen Achsen der Linsen variiert, ermöglicht, daß jeder der aus den kleinen Linsen austretenden Strahlen auf einen ihm zugeordneten Polarisationsteilerfilm fällt. Hierdurch wird daher der Lichtausnutzungsgrad verbessert.
Das optische Element kann zusammen mit mehreren kleinen Linsen verwendet werden, die an der Eintrittsebene angeordnet werden. In diesem Fall können die Abstände zwischen den mehreren Polarisationsteilerfilmen im wesentlichen der Trennung mehrerer aus den mehreren kleinen Linsen austretender Lichtstrahlen entsprechen. Die Trennung der aus den kleinen Linsen austretenden Lichtstrahlen stimmt nicht immer mit der Trennung der optischen Achsen der Linsen überein. Diese Konfiguration ermöglicht es, daß jeder Lichtstrahl, der aus den kleinen Linsen austritt, selbst in einem solchen Fall auf den zugeordneten Polarisationsteilerfilm fällt. Hierdurch wird daher der Lichtausnutzungsgrad verbessert.
Mindestens eine von der Dicke der Klebstoffschichten und den Dicken der ersten und der zweiten transparenten Elemente kann so eingestellt werden, daß bewirkt wird, daß die Abstände zwischen den mehreren Polarisationsteilerfilmen im wesentlichen der Trennung der mehreren aus den mehreren kleinen Linsen austretenden Lichtstrahlen entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 8 vorgesehen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: (a) Bereitstellen mehrerer erster transparenter Elemente, die jeweils im wesentlichen parallele erste und zweite Flächen aufweisen, und mehrerer zweiter transparenter Elemente, die jeweils zwei im wesentlichen parallele Flächen aufweisen, (b) Bilden eines Polarisationsteilerfilms auf der ersten Fläche von jedem der ersten transparenten Elemente, (c) Bilden eines reflektierenden Films auf der zweiten Fläche von jedem der ersten transparenten Elemente, (d) abwechselndes Anordnen der mehreren ersten transparenten Elemente, die jeweils den Polarisationsteilerfilm und den reflektierenden Film aufweisen, und der mehreren zweiten transparenten Elemente, und Ankleben der mehreren ersten transparenten Elemente an die mehreren zweiten transparenten Elemente mit Klebstoffschichten und (e) Schneiden der abwechselnd angeklebten transparenten Elemente unter einem vorgeschriebenen Winkel zur ersten und zur zweiten Fläche, um einen optischen Elementblock mit einer Eintrittsebene und einer Austrittsebene, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, zu erzeugen.
Das Verfahren kann weiterhin den Schritt (f) des Polierens der Eintrittsebene und der Austrittsebene des optischen Elementblocks aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist Schritt (d) die folgenden Schritte auf: abwechselndes Stapeln der mehreren ersten transparenten Elemente und der mehreren zweiten transparenten Elemente mit dazwischen angeordneten Schichten aus photohärtendem Klebstoff und Ankleben der gestapelten ersten transparenten Elemente und zweiten transparenten Elemente durch Belichten. Weil hierdurch ermöglicht wird, daß der optische Klebstoff durch Bestrahlen der zusammengeklebten transparenten Elemente mit Licht gehärtet wird, wird die Herstellung des optischen Elements erleichtert.
Der Schritt (d) kann die folgenden Schritte aufweisen: (1) Bilden eines Stapels durch Stapeln von einem der mehreren ersten transparenten Elemente und einem der mehreren zweiten transparenten Elemente, wobei sich dazwischen eine Schicht des photohärtenden Klebstoffs befindet, (2) Härten der photohärtenden Klebstoffschicht durch Bestrahlen des Stapels mit Licht und (3) abwechselndes Stapeln von einem der mehreren ersten transparenten Elemente und einem der mehreren zweiten transparenten Elemente auf dem Stapel, wobei sich dazwischen jeweilige Schichten des photohärtenden Klebstoffs befinden, wobei die einzelnen photohärtenden Klebstoffschichten durch jedesmal dann, wenn ein transparentes Element hinzugefügt wird, erfolgendes Bestrahlen des Stapels mit Licht gehärtet werden. Weil hierdurch ermöglicht wird, daß der Klebstoff gehärtet wird, nachdem jedes transparente Element gestapelt wurde, wird ermöglicht, die Positionsbeziehung zwischen den transparenten Elementen mit guter Genauigkeit einzurichten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfaßt Schritt (d) die folgenden Schritte: (1) Bilden eines Stapels durch Stapeln von einem der mehreren ersten transparenten Elemente und einem der mehreren zweiten transparenten Elemente, wobei sich dazwischen eine Schicht des photohärtenden Klebstoffs befindet, (2) Härten der photohärtenden Klebstoffschicht durch Bestrahlen des Stapels mit Licht, um einen Einheitsstapel zu erzeugen, und (3) Stapeln mehrerer durch die Schritte (1) und (2) erhaltener Einheitsstapel, wobei sich dazwischen jeweilige Schichten des photohärtenden Klebstoffs befinden, wobei die einzelnen photohärtenden Klebstoffschichten durch jedesmal dann, wenn ein Einheitsstapel hinzugefügt wird, erfolgendes Bestrahlen eines Stapels der Einheitsstapel mit Licht gehärtet werden. Weil dieses Verfahren auch ermöglicht, daß der Klebstoff gehärtet wird, nachdem jedes transparente Element gestapelt wurde, wird ermöglicht, die Positionsbeziehung zwischen benachbarten transparenten Elementen mit guter Genauigkeit einzurichten.
Vorzugsweise erfolgt die Bestrahlung in einer Richtung, die nicht parallel zu den Flächen der transparenten Elemente verläuft. Weil hierdurch ermöglicht wird, daß der Klebstoff wirksam mit dem Licht bestrahlt wird, wird die Klebstoffhärtezeit verringert und der Produktionsdurchsatz des optischen Elements verbessert.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Projektionsanzeigevorrichtung mit dem vorstehend erwähnten optischen Element und einer Polarisationsumwandlungseinrichtung zum Umwandeln von aus dem optischen Element austretendem Licht in einen Typ polarisierten Lichts, einer Modulationseinrichtung zum Modulieren des aus der Polarisationsumwandlungseinrichtung austretenden Lichts als Funktion eines gegebenen Bildsignals und einem optischen Projektionssystem zum Projizieren des von der Modulationseinrichtung modulierten Lichts auf einen Bildschirm, vor. Die Verwendung des optischen Elements mit einem hohen Lichtausnutzungsgrad gewährleistet die Projektion eines hellen Bilds auf die Projektionsfläche.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
Die 1(A) und 1(B) sind Diagramme, in denen der allgemeine Aufbau eines Polarisationsumwandlungselements dargestellt ist,
die 2(A) und 2(B) sind Schnittansichten, in denen die Hauptverarbeitungsschritte bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind,
die 3(A) und 3(B) sind Schnittansichten, in denen die Hauptverarbeitungsschritte bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind,
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Die 5(A) und 5(B) sind Schnitt-Drauf sichten, in denen Polarisationsumwandlungselemente gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und gemäß einem Kontrollbeispiel dargestellt sind,
6 ist eine schematische strukturelle Draufsicht eines wesentlichen Abschnitts eines Beleuchtungssystems mit polarisiertem Licht, welches eine Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung aufweist,
7 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten optischen Elements 200,
8 ist eine schematische strukturelle Ansicht des wesentlichen Abschnitts eines mit einem Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht versehenen Projektionsanzeigesystems 800,
die 9(A) und 9(B) sind der Erklärung dienende Ansichten des Aufbaus eines optischen Elements mit einer Lichtabschirmungsplatte 340,
10 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
11 ist eine Schnittansicht einer Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310, die aus mehreren in einer Matrix angeordneten Kondensorlinsen 311 besteht, welche auf der Eintrittsflächenseite der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 bereitgestellt ist,
die 12(a)–12(c) sind der Erklärung dienende Diagramme, in denen der Fall dargestellt ist, in dem die Trennung der Polarisationsteilerfilme 331 auf einen anderen Wert gelegt ist als die Trennung der Zentren 311c der Kondensorlinsen 311,
13(A) ist eine Draufsicht einer Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310' mit mehreren Typen kleiner Linsen unterschiedlicher Größe,
13(B) ist eine Schnittansicht entlang B–B in Draufsicht,
14 zeigt einen Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
15 zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform,
16 zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform,
17 zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform,
18 zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform, und
19 zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform.
A. Erste Ausführungsform:
Die 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) sind Schnittansichten, in denen die Hauptverarbeitungsschritte bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind.
In dem Schritt aus 2(A) werden mehrere plattenartige erste transparente Elemente 321 und mehrere plattenartige zweite transparente Elemente 322 vorbereitet. Ein Polarisationsteilerfilm 331 wird auf einer der zwei parallelen Hauptflächen (Filmbildungsflächen) jedes ersten transparenten Elements 321 gebildet, und ein reflektierender Film 332 wird auf der anderen Fläche gebildet. Keine Fläche der zweiten transparenten Elemente 322 ist mit einem Film versehen.
Für die ersten transparenten Elemente 321 und die zweiten transparenten Elemente 322 wird Plattenglas verwendet, es sind jedoch auch andere transparente plattenartige Materialien als Glas verwendbar. Weiterhin können sich die Farben der ersten und der zweiten transparenten Elemente voneinander unterscheiden. Die Verwendung verschiedenfarbiger Materialien ist vorteilhaft, um die zwei Elemente nach Fertigstellung der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung leicht unterscheiden zu können. Beispielsweise kann ein Element aus farblosem Plattenglas und das andere aus blauem transparentem Glas gebildet werden. Das Plattenglas ist vorzugsweise poliertes Plattenglas oder Floatglas, bevorzugter poliertes Plattenglas.
Der Polarisationsteilerfilm 331 läßt selektiv ein linear polarisiertes Licht, nämlich entweder S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht, durch, während er das andere reflektiert. Der Polarisationsteilerfilm 331 wird gewöhnlich durch Bilden eines mehrschichtigen dielektrischen Filmstapels mit dieser Eigenschaft hergestellt.
Der reflektierende Film 332 wird auch durch Bilden eines mehrschichtigen dielektrischen Filmstapels hergestellt. Der den reflektierenden Film 332 bildende mehrschichtige dielektrische Filmstapel unterscheidet sich in der Zusammensetzung und im Aufbau von demjenigen, der den Polarisationsteilerfilm 331 bildet. Der reflektierende Film 332 wird vorzugsweise aus einem mehrschichtigen dielektrischen Filmstapel hergestellt, der selektiv nur die vom Polarisationsteilerfilm 331 reflektierte linear polarisierte Lichtkomponente (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht) reflektiert und die andere linear polarisierte Lichtkomponente nicht reflektiert.
Der reflektierende Film 332 kann durch Bedampfen mit Aluminium hergestellt werden. Wenn der reflektierende Film 332 als ein mehrschichtiger dielektrischer Filmstapel hergestellt wird, kann er eine spezifische linear polarisierte Lichtkomponente (beispielsweise S-polarisiertes Licht) mit einem Reflexionsgrad von etwa 98% reflektieren, während der Reflexionsgrad für den Aluminiumfilm höchstens etwa 92% beträgt. Die von der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung erhaltene Lichtmenge kann daher durch Ausbilden des reflektierenden Films 332 als ein mehrschichtiger dielektrischer Filmstapel erhöht werden. Weil ein mehrschichtiger dielektrischer Filmstapel weniger Licht absorbiert als ein Aluminiumfilm, ist er auch im Interesse einer geringeren Wärmeerzeugung vorteilhaft. Der Reflexionsgrad für die spezifische linear polarisierte Lichtkomponente kann durch Optimieren der Dicke und des Materials jedes Films des den reflektierenden Film 332 bildenden mehrschichtigen dielektrischen Filmstapels (der gewöhnlich durch abwechselndes Laminieren von zwei Filmtypen gebildet wird) verbessert werden.
In dem Schritt aus 2(B) werden die ersten transparenten Elemente 321 und die zweiten transparenten Elemente 322 unter Verwendung eines optischen Klebstoffs abwechselnd zusammengeklebt. Dies führt zur Bildung optischer Klebstoffschichten 325 zwischen dem Polarisationsteilerfilm 331 und den zweiten transparenten Elementen 322 und zwischen den reflektierenden Filmen 332 und den zweiten transparenten Elementen 322. Die Dicken der Schichten 331, 332 und 335 sind in den 2 und 3 aus Darstellungsgründen übertrieben. Die Anzahl der dargestellten Glasplatten ist geringer als die wirkliche.
In dem Schritt aus 3(A) werden Ultraviolettstrahlen im wesentlichen senkrecht auf die Oberflächen der zusammengeklebten transparenten Elemente 321, 322 einfallen gelassen, um die optische Klebstoffschicht 325 zu härten. Die Ultraviolettstrahlen treten durch die mehrschichtigen dielektrischen Filmstapel. Gemäß dieser Ausführungsform werden sowohl die Polarisationsteilerfilme 331 als auch die reflektierenden Filme 332 als mehrschichtige dielektrische Filmstapel gebildet. Wie in 3(A) dargestellt ist, können die mehreren optischen Klebstoffschichten 325 daher durch Einstrahlen von Ultraviolettstrahlen im wesentlichen senkrecht zu den Flächen der transparenten Elemente 321, 322 gleichzeitig gehärtet werden.
Wenn die reflektierenden Filme 332 durch Aufbringen von Aluminium gebildet werden, werden die Ultraviolettstrahlen von den Aluminiumfilmen reflektiert. In diesem Fall werden die Ultraviolettstrahlen daher, wie durch die unterbrochenen Linien in 3(A) dargestellt ist, im wesentlichen parallel zu den Flächen der transparenten Elemente 321, 322 einfallen gelassen. In diesem Fall ist die Wirksamkeit der Bestrahlung der optischen Klebstoffschichten 325 durch die Ultraviolettstrahlen auf der dem Einfallen der Ultraviolettstrahlen entgegengesetzten Seite geringer. Es ist daher eine verhältnismäßig lange Zeit zum Härten der optischen Klebstoffschichten 325 erforderlich. Wenn die reflektierenden Filme 332 andererseits aus mehrschichtigen dielektrischen Filmstapeln gebildet werden, können die Ultraviolettstrahlen aus einer Richtung einfallen gelassen werden, die nicht parallel zu den Flächen der transparenten Elemente 321, 322 verläuft, so daß die optischen Klebstoffschichten 325 in einer verhältnismäßig kurzen Zeit wirksam gehärtet werden können.
In dem Schritt aus 3(B) werden die mehreren aneinandergeklebten transparenten Elemente 321, 322 entlang im wesentlichen parallelen Schneidebenen (in der Figur durch unterbrochene Linien angegeben), die einen vorgeschriebenen Winkel θ mit ihren Flächen bilden, zerschnitten, wodurch ein optischer Elementblock herausgeschnitten wird. Der Wert von θ beträgt vorzugsweise etwa 45 Grad. Eine Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung kann durch Polieren der Schnittflächen des auf diese Weise herausgeschnittenen optischen Elementblocks erhalten werden.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer auf diese Weise hergestellten Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320. Wie in dieser Figur ersichtlich ist, hat die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 die durch abwechselndes Zusammenfügen erster und zweiter transparenter Elemente 321, 322 erhaltene Konfiguration mit der Form von Säulen, die einen Parallelogrammquerschnitt aufweisen.
5(A) ist eine Schnitt-Draufsicht eines durch Bereitstellen optischer λ/2-Phasenplatten an selektiven Abschnitten der Austrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gemäß der Ausführungsform erhaltenen Polarisationsumwandlungselements. 5(B) ist eine Schnitt-Draufsicht eines Polarisationsumwandlungselements gemäß einem Kontrollbeispiel. Bei dem Polarisationsumwandlungselement gemäß der Ausführungsform sind die optischen λ/2-Phasenplatten 381 an der Austrittsfläche der zweiten transparenten Elemente 322 angebracht. Die optischen λ/2-Phasenplatten 381 funktionieren als Polarisationsrichtungs-Umwandlungseinrichtungen.
Der Aufbau des in 5(B) dargestellten Kontrollbeispiels unterscheidet sich nur in dem Punkt von demjenigen der Ausführungsform aus 5(A), daß die Positionsbeziehung zwischen den Polarisationsteilerfilmen 331 und den benachbarten optischen Klebstoffschichten 325 umgekehrt ist. Während der Herstellung der als ein Kontrollbeispiel dargestellten Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320a werden zuerst die reflektierenden Filme 332 an den Flächen der ersten transparenten Elemente 321 gebildet und die Polarisationsteilerfilme 331 an den Flächen der zweiten transparenten Elemente 322 gebildet. Die transparenten Elemente 321, 322 werden dann abwechselnd durch die optischen Klebstoffschichten 325 zusammengeklebt.
Licht mit zufälligen Polarisationsrichtungen, das eine S-polarisierte Lichtkomponente und eine P-polarisierte Lichtkomponente aufweist, tritt von der Eintrittsfläche des Polarisationsumwandlungselements gemäß der in 5(A) dargestellten Ausführungsform ein. Das eintretende Licht wird zuerst durch den Polarisationsteilerfilm 331 in S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht zerlegt. Das S-polarisierte Licht wird durch den Polarisationsteilerfilm 331 im wesentlichen unter einem rechten Winkel reflektiert, weiter durch den reflektierenden Film 332 reflektiert, und es tritt aus der Austrittsfläche 326 aus. Das P-polarisierte Licht tritt gerade durch den Polarisationsteilerfilm 331, wird durch die optische λ/2-Phasenplatte 381 in S-polarisiertes Licht umgewandelt und tritt daraus aus. Daher wird nur S-polarisiertes Licht selektiv von dem Polarisationsumwandlungselement emittiert.
Falls die optischen λ/2-Phasenplatten 381 selektiv an den Austrittsflächenabschnitten der ersten transparenten Elemente 321 ausgebildet sind, wird nur P-polarisiertes Licht selektiv von dem Polarisationsumwandlungselement emittiert.
Bei der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gemäß der in 5(A) dargestellten Ausführungsform tritt das durch den Polarisationsteilerfilm 331 tretende P-polarisierte Licht einmal auf dem Weg von der Eintrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 zu ihrer Austrittsfläche durch eine optische Klebstoffschicht 325. Das Gleiche gilt bei der als Kontrollbeispiel dargestellten Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320a aus 5(B).
Gemäß der Ausführungsform der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 tritt das vom Polarisationsteilerfilm 331 reflektierte S-polarisierte Licht auf dem Weg von der Eintrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 zu ihrer Austrittsfläche nicht durch eine optische Klebstoffschicht 325. Dagegen tritt das S-polarisierte Licht bei der als Kontrollbeispiel dargestellten Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320a auf dem Weg von der Eintrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320a zu ihrer Austrittsfläche durch zwei optische Klebstoffschichten 325. Wenngleich die optische Klebstoffschicht 325 fast vollkommen transparent ist, absorbiert sie dennoch eine gewisse Lichtmenge. Jedesmal dann, wenn das Licht durch eine optische Klebstoffschicht 325 tritt, verringert sich daher die Lichtmenge. Es besteht auch eine Möglichkeit, daß sich die Polarisationsrichtung während des Hindurchtretens durch die optische Klebstoffschicht 325 in gewissem Maße ändert. Der Lichtausnutzungsgrad der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der Ausführungsform ist höher als derjenige des Kontrollbeispiels, weil die Anzahl der Durchgänge des S-polarisierten Lichts durch die optischen Klebstoffschichten 325 kleiner ist als beim Kontrollbeispiel.
Verglichen mit der in 1 dargestellten Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 22 aus dem Stand der Technik hat jedoch selbst die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320a einen verhältnismäßig hohen Lichtausnutzungsgrad, weil sie weniger optische Klebstoffschichten aufweist. Der Lichtausnutzungsgrad der in 5(A) dargestellten Ausführungsform stellt eine weitere Verbesserung des Lichtausnutzungsgrads gegenüber demjenigen des Kontrollbeispiels dar.
10 ist eine vergrößerte Schnittansicht, in der die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gemäß der Ausführungsform in weiteren Einzelheiten dargestellt ist. Der Polarisationsteilerfilm 331 und der reflektierende Film 332 haben Dicken von mehreren Mikrometern (μm), was verglichen mit den Dicken t₃₂₁, t₃₂₂ der transparenten Elemente 321, 322 und den Dicken t_ad1, t_ad2 der optischen Klebstoffschichten 325 vernachlässigbar ist. In 10 ist der Polarisationsteilerfilm 331 durch eine einzige unterbrochene Linie dargestellt und der reflektierende Film 332 durch eine einzige durchgezogene Linie dargestellt. Wie zuvor erwähnt wurde, sind der Polarisationsteilerfilm 331 und der reflektierende Film 332 an entgegengesetzten Flächen des ersten transparenten Elements 321 ausgebildet.
Die Dicken t_ad1, t_ad2 der optischen Klebstoffschichten 325 können abhängig von der Schichtposition mit unterschiedlichen Werten versehen sein. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Werte t_ad1, t_ad2 über die gesamte Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gleich. In der folgenden Erklärung wird angenommen, daß die Dicken t_ad1, t_ad2 der optischen Klebstoffschichten 325 auf den gleichen Wert t_ad gelegt sind.
Wie unten in 10 dargestellt ist, wird die Dicke t₃₂₂ des zweiten transparenten Elements 322 durch Subtrahieren des Zweifachen der Dicke t_ad der optischen Klebstoffschicht 325 von der Dicke t₃₂₁ des ersten transparenten Elements 321 erhalten. Diese Beziehung gilt auch für die Dicken L₃₂₁, L₃₂₂, L_ad, wenn die Messung entlang der Austrittsfläche 326 oder der Eintrittsfläche 327 der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 erfolgt. Es sei beispielsweise der Fall angenommen, daß die Dicke t₃₂₁ des ersten transparenten Elements 321 3,17 mm beträgt. Weil in diesem Fall die Dicke t_ad der optischen Klebstoffschicht 325 gewöhnlich im Bereich von 0,01 bis 0,3 mm liegt, liegt die Dicke t₃₂₂ des zweiten transparenten Elements 322 im Bereich von 3,15 bis 2,57 mm. Wie in diesem Beispiel ist die Dicke t₃₂₂ des zweiten transparenten Elements 322 vorzugsweise in den Bereich von etwa 80% bis 90% der Dicke t₃₂₂ des ersten transparenten Elements 321 gelegt. Um ein spezifisches Beispiel zu geben, sei bemerkt, daß die Werte auf t₃₂₁ = 3,17 mm, t_ad = 0,06 mm und t₃₂₂ = 3,05 mm gelegt werden können.
Durch vorab auf diese Weise erfolgendes Einstellen der Dicken der zwei Typen transparenter Elemente 321, 322 kann der Abstand zwischen dem Polarisationsteilerfilm 331 und dem reflektierenden Film 332 nach dem Zusammenkleben über die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 im wesentlichen gleichmäßig gemacht werden.
In der Praxis können Fabrikationsfehler in den Dicken t₃₂₁ und t₃₂₂ der transparenten Elemente 321, 322 und der Dicke t_ad der optischen Klebstoffschicht 325 auftreten.
11 ist eine Schnittansicht, in der eine Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 dargestellt ist, die aus mehreren in einer Matrix angeordneten Kondensorlinsen 311 besteht, welche auf der Eintrittsflächenseite der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 bereitgestellt ist. Die Eintrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 ist in abwechselnde wirksame Eintrittsbereiche EA, in denen Licht von den Polarisationsteilerfilmen 331 empfangen und in wirksam polarisiertes Licht umgewandelt wird (wobei die Eintrittsbereiche dem Polarisationsteilerfilm 331 entsprechen) und unwirksame Eintrittsbereiche UA, in denen Licht von den reflektierenden Filmen 332 empfangen und in unwirksam polarisiertes Licht umgewandelt wird (wobei die Eintrittsbereiche den reflektierenden Filmen 332 entsprechen) unterteilt. Die Breite Wp der wirksamen Eintrittsbereiche EA in x-Richtung und der unwirksamen Eintrittsbereiche UA gleicht der Hälfte der Breite WL der Linsen 311 in x-Richtung. Die Zentren (optischen Achsen) 311c der Linsen 311 sind so angeordnet, daß sie mit den Zentren der wirksamen Eintrittsbereiche EA in x-Richtung übereinstimmen. Die wirksamen Eintrittsbereiche EA entsprechen den Zonen der Polarisationsteilerfilme 331, die auf die Eintrittsfläche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 weisen. Die Trennung der Polarisationsteilerfilme 331 in x-Richtung ist dementsprechend auf den gleichen Wert gelegt wie die Trennung der Zentren 311c der Linsen 311 in x-Richtung.
Die Linse 311 im fernen rechten Bereich in 11 ist nicht mit einem zugeordneten Polarisationsteilerfilm 331 oder reflektierenden Film 332 versehen. Dies liegt daran, daß die Abwesenheit dieser Filme eine geringe Wirkung auf den Lichtausnutzungsgrad hat, weil die durch die Linse 311 am Endabschnitt hindurchtretende Lichtmenge verhältnismäßig klein ist.
Die 12(a)–12(c) sind erklärende Diagramme, in denen der Fall dargestellt ist, in dem die Trennung der Polarisationsteilerfilme 331 auf einen anderen Wert gelegt ist als die Trennung der Zentren 311c der Linsen 311 und in dem zwei polarisierende Lichtstrahlteiler 320' auf entgegengesetzten Seiten der optischen Achse L des Systems symmetrisch angeordnet sind, so daß ihre Polarisationsteilerfilme 331 und reflektierenden Filme 332 einander zugewandt sind. Der Abschnitt links der optischen Achse des Systems ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Mengenverteilung des von den Linsen La–Ld der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 gesammelten und von der Eintrittsfläche des polarisierenden Lichtstrahlteilers 320' empfangenen Lichts ist in 12 in der mittleren Reihe dargestellt. Im allgemeinen ist die Intensität Ia des von der Linse La gesammelten Lichts, das der optischen Achse des Systems (dem Zentrum der polarisierenden Lichtstrahlteiler 320') am nächsten liegt, am stärksten, und die Intensitäten des von den anderen Linsen gesammelten Lichts sind mit zunehmendem Abstand der Linse von der optischen Achse des Systems schwächer. In 12 ist die Intensität Id des von der vierten Linse Ld gesammelten Lichts am schwächsten. Die Lichtmengenverteilung einer spezifischen Linse (der dritten Linse Lc in 12) ist bezüglich des Linsenzentrums symmetrisch, und die Lichtmengenverteilung der anderen Linsen ist gegenüber dem Linsenzentrum zur optischen Achse des Systems hin oder von dieser fort versetzt, was davon abhängt, ob sie weniger weit oder weiter von der optischen Achse des Systems entfernt sind als die spezifische Linse. In 12 ist die Lichtmengenverteilung Pc der Linse Lc zum Linsenzentrum im wesentlichen symmetrisch, während die Lichtmengenverteilungen Pb, Pa der Linsen Lb und La mit zunehmender Nähe der Linse zur optischen Achse des Systems zunehmend weiter gegenüber der optischen Achse des Systems versetzt sind. Die Lichtmengenverteilung Pd der Linse Ld ist gegenüber der optischen Achse des Systems versetzt. Falls die Zentren der wirksamen Eintrittsbereiche EA der polarisierenden Lichtstrahlteiler 320' in diesem Fall regellos mit den optischen Achsen (Zentren) der Linsen ausgerichtet sind, tritt infolge des Versatzes der Lichtmengenverteilungen ein Lichtverlust auf. Der Versatz zwischen der Lichtmengenverteilung des aus der Linsenmehrfachanordnung austretenden Lichts und des wirksamen Eintrittsbereichs EA führt zu einem besonders großen Lichtverlust in der Nähe der optischen Achse der Lichtquelle. Die Zentren der wirksamen Eintrittsbereiche EA der polarisierenden Lichtstrahlteiler 320' werden daher vorzugsweise entsprechend der Verteilung des aus der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 austretenden Lichts angeordnet, also entsprechend den Abständen zwischen den Spitzen der Lichtmengenverteilung des aus der Kondensorlinsen- Mehrfachanordnung 310 austretenden Lichts. Mit anderen Worten werden die Dicken t₃₂₁, t₃₂₂ der transparenten Elemente 321, 322 und die Dicke t_ad der optischen Klebstoffschichten 325 (10) vorzugsweise so eingestellt, daß der Abstand der Polarisationsteilerfilme 331 mit dem Abstand der Spitzen der Lichtmengenverteilung übereinstimmt.
Zum wirksamen Ausnutzen des von der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 gesammelten Lichts wird vorzugsweise eine Anordnung verwendet, bei der die Ausnutzung des von einer Linse gesammelten Lichts zunimmt, wenn die Linse der optischen Achse des Systems näherkommt. Weil insbesondere die Lichtmenge in der Nähe der optischen Achse der Lichtquelle groß ist und die Verteilung Pa des aus der sich in der Nähe der optischen Achse der Lichtquelle befindenden Linse La austretenden Lichts gegenüber dem Zentrum (der optischen Achse) der Linse zur optischen Achse der Lichtquelle versetzt ist, ist das Zentrum des wirksamen Eintrittsbereichs EA1 des polarisierenden Lichtstrahlteilers 320', das der optischen Achse der Lichtquelle am nächsten liegt, vorzugsweise im wesentlichen mit der Spitze der Lichtverteilung Pa ausgerichtet.
Gemäß der in den 12(a)–12(c) dargestellten Konfiguration ist die Breite der wirksamen Eintrittsbereiche EA1–EA4 und der unwirksamen Eintrittsbereiche UA1–UA4 (also die Abstände zwischen den Polarisationsteilerfilmen 331) an die Intensitätsverteilung oder die Mengenverteilung des aus den Kondensorlinsen 311 der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 austretenden Lichts angepaßt. Insbesondere ist die Breite Wp' der wirksamen Eintrittsbereiche EA (EA1–EA4 in 12(c)) und der unwirksamen Eintrittsbereiche UA (UA1–UA4 in 12(c)) des polarisierenden Lichtstrahlteilers 320' in x-Richtung größer als die Hälfte der Breite WL der Linsen La–Ld der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 in x-Richtung.
In dem Beispiel aus den 12(a)–12(c) ist der polarisierende Lichtstrahlteiler 320' so positioniert, daß das Zentrum der dritten Linse Lc mit dem Zentrum des entsprechenden wirksamen Eintrittsbereichs EA3 ausgerichtet ist. Weil die Breite der unwirksamen Eintrittsbereiche UA gewöhnlich gleich der Breite Wp' der wirksamen Eintrittsbereiche EA ist, sind die zwei wirksamen Eintrittsbereiche EA2, EA1 auf der linken Seite bezüglich der Zentren der Linsen Lb, La zunehmend zur optischen Achse des Systems hin versetzt. Das Zentrum des am weitesten rechts liegenden wirksamen Eintrittsbereichs EA4 ist bezüglich des Zentrums der Linse Ld gegenüber der optischen Achse des Systems versetzt. Die wirksamen Eintrittsbereiche EA1–EA4 sind daher im wesentlichen mit den Spitzen der Lichtmengenverteilung des aus der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 austretenden Lichts ausgerichtet. Die wirksamen Eintrittsbereiche, die einer vorgeschriebenen Anzahl von Linsen, beispielsweise zwei oder drei Linsen, in der Nähe der optischen Achse des Systems, wo die Lichtintensität besonders hoch ist, zugeordnet sind, sind vorzugsweise im wesentlichen mit den Lichtmengenverteilungen des von diesen Linsen gesammelten Lichts ausgerichtet. Durch die Verwendung dieser Anordnung wird der Lichtausnutzungsgrad erhöht. Der Grad, bis zu dem die Breite der wirksamen Eintrittsbereiche EA größer gemacht werden sollte als die Hälfte der Linsenbreite, und die Auswahl der Linse, deren zugeordneter wirksamer Eintrittsbereich als Referenz für das Layout zu verwenden ist, können leicht empirisch anhand der Anzahl der Linsen der Linsen-Mehrfachanordnung und der den einzelnen Linsen zugeordneten Lichtverteilung bestimmt werden. Die Breite der wirksamen und der unwirksamen Eintrittsbereiche ist nicht auf einen größeren Wert als die Hälfte der Linsenbreite beschränkt. Sie kann andernfalls auf der Grundlage der tatsächlichen Mengenverteilung des von der Eintrittsfläche des polarisierenden Lichtstrahlteilers 320' empfangenen Lichts festgelegt werden.
Wenngleich in den vorstehend dargelegten Beispielen aus den 11 und 12(a)–12(c) angenommen wird, daß die kleinen Linsen 311 der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 alle die gleiche Größe aufweisen, kann sich ihre Größe stattdessen abhängig vom ihrem Ort ändern. 13(A) ist eine Draufsicht, in der eine Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310' mit mehreren Typen sich in der Größe unterscheidender kleiner Linsen dargestellt ist, und 13(B) ist eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in 13(A). Der unterbrochene Kreis in 13(A) bezeichnet einen Bereich, in dem die Lichtmenge von der Lichtquelle verhältnismäßig groß ist.
Die Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310' weist erste kleine Linsen 312 mit einer verhältnismäßig hohen Größe, die in einer Matrix um die optische Achse L des Systems herum angeordnet sind, und zweite kleine Linsen 313 mit einer verhältnismäßig geringen Größe, die in einer angenäherten Matrixkonfiguration in der Nähe der Ränder der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310' angeordnet sind, auf. Wenn eine Konfiguration und eine Wirkung ähnlich denjenigen der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 aus 11 mit einer solchen Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310' zu erreichen sind, werden zumindest einige der Dicken t₃₂₁, t₃₂₂ der transparenten Elemente 321, 322 und der Dicke t_ad der optischen Klebstoffschichten 325 (10) so eingestellt, daß die Zentren der wirksamen Eintrittsbereiche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung (also die Trennung der Polarisationsteilerfilme) mit den Trennungen der zugeordneten kleinen Linsen 312, 313 ausgerichtet werden. Wenn andernfalls eine Konfiguration und eine Wirkung zu erreichen sind, die denjenigen des polarisierenden Lichtstrahlteilers 320' aus den 12(a)–12(c) ähneln, werden zumindest einige der Dicken t₃₂₁, t₃₂₂ der transparenten Elemente 321, 322 und der Dicke t_ad der optischen Klebstoffschichten 325 so eingestellt, daß die Zentren der wirksamen Eintrittsbereiche der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung (also die Trennung der Polarisationsteilerfilme) mit den Trennungen der Lichtmengenverteilungen der aus den zugeordneten kleinen Linsen 312, 313 austretenden Strahlen ausgerichtet werden.
B. Zweite Ausführungsform:
Die 14 bis 19 sind erklärende Diagramme, in denen ein Verfahren zum Herstellen einer Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt ist. Wie in 14 dargestellt ist, verwendet die zweite Ausführungsform einen horizontalen Tisch 402 und eine vertikale Wand 404, die auf dem horizontalen Tisch 402 steht.
Gemäß der zweiten Ausführungsform werden die ersten transparenten Elemente 321 (Glasplatten mit Filmen) und die zweiten transparenten Elemente 322 (Glasplatten ohne Filme), die in 2(A) dargestellt sind, wie gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt. Es wird auch die in
14 dargestellte Blindglasplatte 324 vorbereitet. Die Blindglasplatte 324 ist eine flache Glasplatte, die nicht mit einem Polarisationsteilerfilm oder einem reflektierenden Film versehen ist. Die Blindglasplatte 324 bildet ein Ende des Polarisationsstrahlteilers. Die Dicke der Blindglasplatte 324 kann auf einen vom ersten und vom zweiten transparenten Element 321, 322 verschiedenen Wert gelegt werden.
Der Zustand aus 14 wird erhalten, indem zuerst die Blindglasplatte 324 auf den horizontalen Tisch 402 gelegt wird und ihre obere Fläche mit einem photohärtenden Klebstoff überzogen wird und indem dann das erste transparente Element 321 auf die Blindglasplatte 324 gelegt wird. Die Blindglasplatte 324 und das erste transparente Element 321, die mit der sich dazwischen befindenden Klebstoffschicht gestapelt wurden, werden zusammengerieben, um Luftblasen aus der Klebstoffschicht zu treiben und die Dicke der Klebstoffschicht auszugleichen. In diesem Zustand haften die Blindglasplatte 324 und das erste transparente Element 321 infolge der Oberflächenspannung aneinander. Wie in 14 dargestellt ist, grenzen die Blindglasplatte 324 und das erste transparente Element 321 an die vertikale Wand 404 an. Zu dieser Zeit werden die Blindglasplatte 324 und das erste transparente Element 321 mit einem vorgeschriebenen Versatzabstand ΔH an den Flächen senkrecht zu den angrenzenden Flächen versetzt. Wie in 15 dargestellt ist, werden Ultraviolettstrahlen (UV in der Figur) von oben auf das erste transparente Element 321 fallen gelassen, um den Klebstoff auszuhärten. Die auf diese Weise zusammengeklebten Plattenelemente werden als "erster Stapel" bezeichnet. Die Ultraviolettstrahlen werden vorzugsweise aus einer Richtung einfallen gelassen, die nicht parallel zur Fläche des ersten transparenten Elements 321 verläuft. Der Klebstoff kann wirksam mit auf diese Weise einfallenden Ultraviolettstrahlen bestrahlt werden, wodurch die Klebstoff-Härtezeit verkürzt wird und der Produktionsdurchsatz des optischen Elements verbessert wird.
Die obere Fläche des ersten Stapels wird mit Klebstoff beschichtet, und das zweite transparente Element 322 wird darauf angeordnet (16). Das erste transparente Element 321 und das zweite transparente Element 322, die mit der dazwischenliegenden Klebstoffschicht übereinandergestapelt wurden, werden zusammengerieben, um Luftblasen aus der Klebstoffschicht auszutreiben und die Dicke der Klebstoffschicht auszugleichen. Das erste transparente Element 321 und das zweite transparente Element 322 werden um den vorgeschriebenen Versatzabstand ΔH versetzt. Wie in 17 dargestellt ist, werden Ultraviolettstrahlen von oben auf das zweite transparente Element 322 fallen gelassen, um den Klebstoff auszuhärten. Auf diese Weise wird ein zweiter Stapel erhalten.
Der erwähnte Prozeß des Aufbringens einer Klebstoffschicht, des Darüberlegens eines transparenten Elements und des Einstrahlens von Ultraviolettstrahlen zum Härten der Klebstoffschicht wird dann wiederholt, um den in 18 dargestellten Stapel zu erhalten. Dieser Stapel wird dann geschnitten, wie in 19 dargestellt ist. Das Schneiden wird ausgeführt, wobei die Seite des Stapels, die wie dargestellt an die vertikale Wand 404 in 18 angrenzt, nach unten weist und auf einem Schneidtisch 410 liegt. Es wird parallel zu den Linien 328a, 328b geschnitten. Ein Element, das der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfach anordnung der in 4 dargestellten ersten Ausführungsform ähnelt, wird durch Polieren der Schnittflächen, bis sie flach sind, erhalten. Die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht, daß sich an ihrem Ende die Blindglasplatte 324 befindet.
Weil gemäß der zweiten Ausführungsform Klebstoffschichten durch jedesmal dann erfolgendes Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen gehärtet werden, wenn ein anderes transparentes Element nach dem Aufbringen einer neuen Klebstoffschicht zum Stapel hinzugefügt wurde, ist die Positionsbeziehung zwischen den transparenten Elementen mit guter Genauigkeit festgelegt. Weil weiterhin jede Bestrahlung nur eine einzige Klebstoffschicht härten muß, kann das Härten mit hoher Zuverlässigkeit ausgeführt werden. Die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der ersten Ausführungsform kann auch durch das Zusammensetzungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform zusammengesetzt werden.
Es ist auch möglich, eine Anzahl von Einheitsstapeln bzw. Stapeleinheiten herzustellen, die jeweils durch Zusammenkleben eines einzigen ersten transparenten Elements 321 und eines einzigen zweiten transparenten Elements 322 in der Art der zweiten Ausführungsform und dann ausgeführtes aufeinanderfolgendes Laminieren der Einheitsstapel erhalten werden. Insbesondere kann ein Einheitsstapel zum sandwichförmigen Einschließen einer Klebstoffschicht laminiert werden, können die Luftblasen aus der Klebstoffschicht herausgetrieben werden und kann die Klebstoffschicht dann durch Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen gehärtet werden. Diese Schritte bieten im wesentlichen die gleichen Wirkungen wie vorstehend erwähnt wurde.
Bei jeder von der ersten und der zweiten Ausführungsform kann die Dickengenauigkeit der transparenten Elemente 321, 322 beim Polieren ihrer Oberflächen gesteuert werden. Klebstoffschichten mit gleichmäßiger Dicke können erhalten werden, indem der Klebstoff mit einer gleichmäßigen Beschichtungsdicke auf die gesamten Elementoberflächen aufgebracht wird und beim Schritt des Austreibens von Luftblasen ein gleichmäßiger Druck auf die Elementoberfläche ausgeübt wird.
C. Beleuchtungssystem mit polarisiertem Licht und Bildanzeigesystem:
6 ist eine schematische strukturelle Draufsicht des wesentlichen Abschnitts eines Beleuchtungssystems 1 mit polarisiertem Licht, welches eine Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform dieser Erfindung aufweist. Das Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht ist mit einem Lichtquellenabschnitt 10 und einer Erzeugungseinrichtung 20 für polarisiertes Licht versehen. Der Lichtquellenabschnitt 10 emittiert einen Lichtstrahl mit zufälligen Polarisationsrichtungen mit einer S-polarisierten Lichtkomponente und einer P-polarisierten Lichtkomponente. Der vom Lichtquellenabschnitt 10 emittierte Lichtstrahl wird in einen einzigen Typ linear polarisierten Lichts umgewandelt, das im allgemeinen in einer Polarisationsrichtung der Erzeugungseinrichtung 20 für polarisiertes Licht ausgerichtet ist. Das linear polarisierte Licht von der Erzeugungseinrichtung 20 für polarisiertes Licht beleuchtet einen Beleuchtungsbereich 90.
Der Lichtquellenabschnitt 10 weist eine Lampe 101 und einen Parabolreflektor 102 auf. Das von der Lampe 101 emittierte Licht wird vom Parabolreflektor 102 in einer Richtung reflektiert und läuft als ein im wesentlichen paralleler Strahl zur Erzeugungseinrichtung 20 für polarisiertes Licht. Die optische Achse R des Lichtquellenabschnitts 10 ist in der x-Richtung um einen gegebenen Abstand D parallel zur optischen Achse L des Systems verschoben. Die optische Achse L des Systems ist die optische Achse der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320. Der Grund für das Verschieben der optischen Achse R der Lichtquelle wird später beschrieben.
Die Erzeugungseinrichtung 20 für polarisiertes Licht weist ein erstes optisches Element 200 und ein zweites optisches Element 300 auf. 7 ist eine perspektivische Ansicht des ersten optischen Elements 200. Wie in 7 dargestellt ist, besteht das erste optische Element 200 aus mehreren kleinen Strahlteilerlinsen 201 mit einem rechteckigen Profil, die vertikal und horizontal in Form einer quadratischen Matrix angeordnet sind. Das erste optische Element 200 ist so angeordnet, daß die optische Achse R der Lichtquelle (6) mit dem Zentrum des ersten optischen Elements 200 ausgerichtet ist. Die Profile der einzelnen Strahlteilerlinsen 201 ähneln bei Betrachtung in der z Richtung denjenigen des Beleuchtungsbereichs 90. Weil gemäß dieser Ausführungsform ein Beleuchtungsbereich 90 angenommen wird, der in x-Richtung lang ist, haben die Strahlteilerlinsen 201 auch eine xy-Fläche, die in seitlicher Richtung (x-Richtung) lang ist.
Das zweite optische Element 300 in 6 weist eine Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310, eine Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320, eine selektive Phasenplatte 380 und eine ausgangsseitige Linse 390 auf. Die selektive Phasenplatte 380 ist ein plattenartiges Element mit optischen λ/2-Phasenplatten 381, die, wie mit Bezug auf 5 erklärt wurde, nur an den Ausgangsflächenabschnitten des zweiten transparenten Elements 322 ausgebildet sind, und die anderen Teile der selektiven Phasenplatte 380, die sich an den Ausgangsflächenabschnitten des ersten transparenten Elements 321 befinden, sind farblos und transparent. Die in 6 dargestellte Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung hat in etwa die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds, das durch Abschneiden der vorstehenden Abschnitte an den gegenüberliegenden Rändern der in 4 dargestellten Struktur erhalten wird.
Die Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das in 7 dargestellte erste optische Element 200. Insbesondere besteht die Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 aus einer Matrix von Kondensorlinsen 311, deren Anzahl der Anzahl der Strahlteilerlinsen 201 des ersten optischen Elements 200 gleicht. Das Zentrum der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 ist auch mit der optischen Achse R der Lichtquelle ausgerichtet.
Der Lichtquellenabschnitt 10 emittiert einen im wesentlichen parallelen Strahl weißen Lichts mit zufälligen Polarisationsrichtungen. Der vom Lichtquellenabschnitt 10 emittierte Lichtstrahl, der in das erste optische Element 200 eintritt, wird von den Strahlteilerlinsen 201 in Zwischenstrahlen 202 aufgeteilt. Durch die Sammelwirkung der Strahlteilerlinsen 201 und der Kondensorlinsen 311 werden die Zwischenstrahlen 202 in der zur optischen Achse L des Systems senkrechten Ebene (der xy-Ebene in 6) konvergiert. Es werden Lichtquellenbilder an den Positionen, an denen die Zwischenstrahlen 202 konvergieren, in einer Anzahl gebildet, die der Anzahl der Strahlteilerlinsen 201 gleicht. Die Lichtquellenbilder werden an Positionen in der Nähe der Polarisationsteilerfilme 331 in der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 gebildet.
Das Versetzen der optischen Achse R der Lichtquelle gegenüber der optischen Achse L des Systems soll die Bildung von Lichtquellenbildern an den Positionen der Polarisationsteilerfilme 331 ermöglichen. Der Versatzabstand D ist auf die Hälfte der Breite Wp (6) des Polarisationsteilerfilms 331 in x-Richtung gelegt. Wie vorstehend erwähnt wurde, sind das Zentrum des Lichtquellenabschnitts 10, des ersten optischen Elements 200 und der Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 auf der optischen Achse R der Lichtquelle angeordnet und um D = Wp/2 gegenüber der optischen Achse L des Systems versetzt. Andererseits sind die Zentren der Polarisationsteilerfilme 331 zum Teilen der Zwischenstrahlen 202, wie aus 6 ersichtlich ist, auch um Wp/2 bezüglich der optischen Achse L des Systems versetzt. Das Versetzen der optischen Achse R der Lichtquelle gegenüber der optischen Achse L des Systems um Wp/2 ermöglicht daher, daß Lichtquellenbilder (Bilder der Lampe 101) im wesentlichen an den Zentren der Polarisationsteilerfilme 331 gebildet werden.
Wie in der früher erwähnten 5(A) dargestellt ist, werden die in die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 eintretenden Strahlen vollständig in S-polarisiertes Licht umgewandelt. Die aus der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 austretenden Strahlen treten durch die Linse 390 auf der Ausgangsseite und beleuchten den Beleuchtungsbereich 90. Weil der Beleuchtungsbereich 90 durch eine große Anzahl von den Strahlteilerlinsen 201 erzeugter Strahlen beleuchtet wird, wird er überall gleichmäßig beleuchtet.
Wenn die Parallelität des in das erste optische Element 200 eintretenden Lichtstrahls sehr gut ist, kann die Kondensorlinsen-Mehrfachanordnung 310 aus dem zweiten optischen Element 300 fortgelassen werden.
Wie vorstehend erklärt wurde, wirkt das in 6 dargestellte Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht als eine Erzeugungseinrichtung für polarisiertes Licht, die in der Lage ist, einen Strahl weißen Lichts mit zufälligen Polarisationsrichtungen in einen Lichtstrahl mit einer spezifischen Polarisationsrichtung (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht) umzuwandeln, und es wirkt weiterhin als eine Beleuchtungseinrichtung, die in der Lage ist, den Beleuchtungsbereich 90 gleichmäßig mit einer großen Anzahl polarisierter Lichtstrahlen zu beleuchten. Weil das Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 verwendet, die eine Ausführungsform dieser Erfindung ist, bietet es einen höheren Lichtausnutzungsgrad, als er durch den Stand der Technik erreichbar ist.
8 ist eine schematische strukturelle Ansicht des wesentlichen Abschnitts eines mit einem in 6 dar gestellten Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht versehenen Projektionsanzeigesystems 800. Das Projektionsanzeigesystem 800 weist das Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht, dichroitische Spiegel 801, 804, reflektierende Spiegel 802, 807, 809, Vermittlungslinsen 806, 808, 810, drei Flüssigkristallfelder (Flüssigkristall-Lichtventile) 803, 805, 811, ein gekreuzt dichroitisches Prisma 813 und eine Projektionslinse 814 auf.
Die dichroitischen Spiegel 801, 804 wirken als Farbtrenneinrichtungen zum Zerlegen eines weißen Lichtstrahls in die drei Farben rot, blau und grün. Die drei Flüssigkristallfelder 803, 805, 811 wirken als Lichtmodulationseinrichtungen zum Erzeugen von Bildern durch Modulieren des Lichts von jeder der drei Farben entsprechend zugeführten Bildinformationen (Bildsignalen). Das gekreuzt dichroitische Prisma 813 wirkt als eine Farbkombinationseinrichtung zum Kombinieren des roten, blauen und grünen Lichts zur Erzeugung eines Farbbilds. Die Projektionslinse 814 wirkt als ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des das kombinierte Bild darstellenden Lichts auf einen Bildschirm 815.
Der blaues und grünes Licht reflektierende dichroitische Spiegel 801 läßt die rote Lichtkomponente des vom Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht emittierten weißen Lichtstrahls durch und reflektiert die blaue und die grüne Lichtkomponente von diesem. Das durchgelassene rote Licht wird vom reflektierenden Spiegel 802 reflektiert und läuft zum roten Flüssigkristallfeld 803. Das vom ersten dichroitischen Spiegel 801 reflektierte grüne Licht wird vom grünes Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 804 reflektiert und läuft zum grünen Flüssigkristallfeld 805.
Das vom ersten dichroitischen Spiegel 801 reflektierte blaue Licht durchläuft den zweiten dichroitischen Spiegel 804.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die optische Weglänge des blauen Lichts unter den drei Farben die längste. Nachdem das blaue Licht durch den dichroitischen Spiegel 804 hindurchgetreten ist, tritt es in eine Lichtleiteinrichtung 850 ein, die eine Eingangslinse 806, eine Vermittlungslinse 808 und eine Ausgangslinse 810 aufweist. Insbesondere läuft das vom dichroitischen Spiegel 804 durchgelassene blaue Licht durch die Eingangslinse 806, wird vom reflektierenden Spiegel 807 reflektiert und läuft zur Vermittlungslinse 808. Es wird dann vom reflektierenden Spiegel 809 reflektiert, tritt durch die Ausgangslinse 810 und läuft zum blauen Flüssigkristallfeld 811. Die drei Flüssigkristallfelder 803, 805 und 811 entsprechen dem Beleuchtungsbereich 90 in 6.
Die drei Flüssigkristallfelder 803, 805, 811 modulieren das Licht jeder Farbe entsprechend einem von externen Steuerschaltungen (nicht dargestellt) zugeführten Bildsignal (Bildinformationen), um Bildinformationen übertragendes farbiges Licht der betreffenden Farbkomponente zu erzeugen. Das modulierte rote, blaue und grüne Licht tritt in das gekreuzt dichroitische Prisma 813 ein. Das gekreuzt dichroitische Prisma 813 ist mit rotes Licht reflektierenden Stapeln mehrschichtiger dielektrischer Filme und blaues Licht reflektierenden Stapeln mehrschichtiger dielektrischer Filme, die in Form eines Kreuzes angeordnet sind, gebildet. Die drei Farben werden durch diese Stapel mehrschichtiger dielektrischer Filme zu Licht zusammengeführt, das ein Farbbild überträgt. Das zusammengeführte Licht wird durch die Projektionslinse 814, die das Projektionssystem zum Anzeigen einer vergrößerten Bilds bildet, auf den Bildschirm 815 projiziert.
Die als Lichtmodulationseinrichtungen im Projektionsanzeigesystem 800 verwendeten Flüssigkristallfelder 803, 805, 811 sind von dem Typ, der Lichtstrahlen einer spezifischen Polarisationsrichtung (S-polarisiertes Licht oder P-polarisiertes Licht) moduliert. Diese Flüssigkristall-Anzeigefelder weisen gewöhnlich polarisierende Platten (nicht dargestellt) auf, die an ihren Eintritts- und Austrittsflächen angebracht sind. Wenn ein solches Flüssigkristall-Anzeigefeld mit einem Lichtstrahl beleuchtet wird, der zufällige Polarisationsrichtungen aufweist, wird daher etwa die Hälfte des Lichtstrahls von den polarisierenden Platten absorbiert und in Wärme umgewandelt. Der Lichtausnutzungsgrad ist daher gering. Weiterhin erzeugen die polarisierenden Platten viel Wärme, wodurch auch Probleme hervorgerufen werden. Bei dem in 8 dargestellten Projektionsanzeigesystem 800 erzeugt das Beleuchtungssystem 1 mit polarisiertem Licht jedoch Lichtstrahlen einer spezifischen Polarisationsrichtung, die durch die Flüssigkristallfelder 803, 805, 811 hindurchtreten kann. Das Problem der Absorption von Licht und der Erzeugung von Wärme an den polarisierenden Platten der Flüssigkristall-Anzeigefelder ist daher stark vermindert. Weil das Projektionsanzeigesystem 800 weiterhin die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 verwendet, die eine Ausführungsform der Erfindung ist, ergibt sich auch der Vorteil einer entsprechenden Verbesserung des Gesamt-Lichtausnutzungsgrads.
Die reflektierenden Filme 332 der Polarisations strahlteiler-Mehrfachanordnung 320 werden vorzugsweise als Stapel mehrschichtiger dielektrischer Filme hergestellt, die die Eigenschaft aufweisen, selektiv nur die spezifische polarisierte Lichtkomponente (beispielsweise S-polarisiertes Licht) zu reflektieren, die von den Flüssigkristallfeldern 803, 805, 811 zu modulieren ist. Dies ist vorteilhaft, weil hierdurch das Problem der Lichtabsorption und der Wärmeerzeugung an den Flüssigkristallfeldern 803, 805, 811 weiter vermindert wird. Hierdurch wird wiederum der Gesamt-Lichtausnutzungsgrad des Projektionsanzeigesystems 800 verbessert.
Wie vorstehend erklärt wurde, kann das Projektionsanzeigesystem bei Verwendung der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung, die eine Ausführungsform der Erfindung ist, eine Verbesserung des Lichtausnutzungsgrads gegenüber dem Stand der Technik erreichen. Die auf den Bildschirm 815 projizierten Bilder sind daher heller.
Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die Einzelheiten der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt, und es können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne von ihrem wesentlichen Schutzumfang abzuweichen. Beispielsweise sind die nachstehend angeführten Modifikationen möglich.
Die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung gemäß der Erfindung kann auch auf verschiedene andere Systeme und Vorrichtungen als das in 8 dargestellte Projektionsanzeigesystem angewendet werden. Beispielsweise kann die Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung auf ein Projektionsanzeigesystem zum Projizieren monochromer Bilder statt von Farbbildern angewendet werden. In diesem Fall benötigt das System aus 8 nur ein einziges Flüssigkristall-Anzeigefeld, während die Farbzerlegungseinrichtung zum Zerlegen der drei Farben und die Farbsynthetisierungseinrichtung zum Synthetisieren von Licht dreier Farben fortgelassen werden kann.
Gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform kann eine Lichtabschirmungseinrichtung bereitgestellt werden, um das Eintreten von Licht von der Eintrittsfläche der zweiten transparenten Elemente zu verhindern. 9(A) ist ein der Erklärung dienendes Diagramm, in dem dargestellt ist, wie eine Lichtabschirmungsplatte 340 vor dem optischen Element gemäß der Ausführungsform aus 5(A) bereitgestellt ist. Die Lichtabschirmungsplatte 340 weist abwechselnd Lichtabschirmungsabschnitte 341 zum Abschirmen von Licht und transparente Abschnitte 342 zum Durchlassen von Licht auf. Die Lichtabschirmungsplatte 340 kann beispielsweise durch Bilden von lichtabsorbierenden Filmen oder lichtreflektierenden Filmen als Lichtabschirmungsabschnitte 341 an der Oberfläche einer Glasplatte oder eines anderen transparenten Plattenelements hergestellt werden. Die Lichtabschirmungsabschnitte 341 sind in Zusammenhang mit der Eintrittsfläche 327 der zweiten transparenten Elemente 322 bereitgestellt, um die Eintrittsfläche 327 abzuschirmen.
9(B) zeigt den optischen Weg des von der Eintrittsfläche 327 des zweiten transparenten Elements 322 eintretenden Lichts, wenn die Lichtabschirmungsplatte 340 nicht bereitgestellt ist. Das von der Eintrittsfläche 327 eintretende Licht wird vom reflektierenden Film 322a reflektiert und dann vom darüberliegenden Polarisationsteilerfilm 331 in S-polarisiertes Licht und P-polarisiertes Licht zerlegt. Das P-polarisierte Licht wird von der optischen λ/2-Phasenplatte 381 in S-polarisiertes Licht umgewandelt. Das S-polarisierte Licht wird vom reflektierenden Film 332b oberhalb des Polarisationsteilerfilms 331 reflektiert und tritt durch die Ausgangsfläche 326 aus. Wie 9(B) entnommen werden kann, tritt die S-polarisierte Lichtkomponente des durch die Eintrittsfläche 327 eintretenden Lichts zweimal durch die erste optische Klebstoffschicht 325a und dann einmal durch die optische Klebstoffschicht 325b, bevor sie den darüberliegenden reflektierenden Film 332b erreicht. Andererseits tritt die P-polarisierte Lichtkomponente zweimal durch die optische Klebstoffschicht 325a und zweimal durch die optische Klebstoffschicht 325b, bevor sie die optische λ/2-Phasenplatte 381 erreicht. Wenn die Lichtabschirmungsplatte 340 nicht bereitgestellt ist, tritt das durch die Eintrittsfläche 327 des zweiten transparenten Elements 322 eintretende Licht daher wiederholt durch die optischen Klebstoffschichten 325. Das Licht kann durch Bereitstellen der Lichtabschirmungsplatte 340 abgeschirmt werden, wie in 9(A) dargestellt ist.
Statt die Lichtabschirmungsplatte 340 getrennt von der Polarisationsstrahlteiler-Mehrfachanordnung 320 bereitzustellen, können als reflektierende Aluminiumfilme oder dergleichen ausgebildete Lichtabschirmungsabschnitte 341 auf der Eintrittsfläche 327 des zweiten transparenten Elements 322 bereitgestellt werden.
Wenngleich die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, ist klar zu verstehen, daß die Beschreibung nur der Erläuterung und als Beispiel dient und nicht einschränkend ausgelegt werden sollte, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe der anliegenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Optisches Element mit: mehreren ersten transparenten Elementen (321), die jeweils eine erste Eintrittsfläche und eine erste Austrittsfläche, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, eine erste und eine zweite Filmbildungsfläche, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen vorgeschriebenen bzw. vorbestimmten Winkel mit der ersten Eintrittsfläche und der ersten Austrittsfläche bilden, einen auf der ersten Filmbildungsfläche ausgebildeten Polarisationsteilerfilm (331) und einen auf der zweiten Filmbildungsfläche ausgebildeten reflektierenden Film (332) aufweisen, mehreren zweiten transparenten Elementen (322), die jeweils eine zweite Eintrittsfläche und eine zweite Austrittsfläche aufweisen, welche parallel zueinander verlaufen, wobei die mehreren zweiten transparenten Elemente (322) an der ersten und der zweiten Filmbildungsfläche über den Polarisationsteilerfilm (331) bzw. den reflektierenden Film (332) abwechselnd mit den mehreren ersten transparenten Elementen (321) angeordnet und daran befestigt sind, so daß die zweiten Eintrittsflächen mit den ersten Eintrittsflächen so ausgerichtet sind, daß eine Eintrittsebene gebildet ist, und die zweiten Austrittsflächen mit den ersten Austrittsflächen so ausgerichtet sind, daß eine Austrittsebene gebildet ist, und einer Klebstoffschicht (325) zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Element (321, 322), wobei die Dicke der zweiten transparenten Elemente (322) auf einen kleineren Wert als die Dicke der ersten transparenten Elemente (321) eingestellt ist.
Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Dicke der zweiten transparenten Elemente (322) im Bereich von 80 bis 90% der Dicke der ersten transparenten Elemente (321) liegt.
Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der ersten transparenten Elemente (321) gleich einem Wert ist, der durch Addieren des Zweifachen der Dicke der Klebstoffschichten (325) zur Dicke der zweiten transparenten Elemente (322) erhalten wird.
Optisches Element nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der reflektierende Film (332) ein dielektrischer Mehrschichtfilm ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter eine Polarisationsrichtungs-Umwandlungseinrichtung (381) aufweist, die entweder der ersten Austrittsfläche oder der zweiten Austrittsfläche zugeordnet ist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter eine der zweiten Eintrittsfläche zugeordnete Lichtabschirmungseinrichtung aufweist.
Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine von der Dicke der Klebstoffschichten (325) und den Dicken der ersten transparenten Elemente (321) und der zweiten transparenten Elemente (322) so eingerichtet ist, daß zwischen den Polarisationsteilerfilmen (331) und den reflektierenden Filmen (332) Abstände gebildet sind, die über das optische Element im wesentlichen konstant sind.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements mit den Schritten: (a) Bereitstellen mehrerer erster transparenter Elemente (321), die jeweils im wesentlichen parallele erste und zweite Flächen aufweisen, und mehrerer zweiter transparenter Elemente (322), die jeweils zwei im wesentlichen parallele Flächen aufweisen, (b) Bilden eines Polarisationsteilerfilms (331) auf der ersten Fläche von jedem der ersten transparenten Elemente (321), (c) Bilden eines reflektierenden Films (332) auf der zweiten Fläche von jedem der ersten transparenten Elemente (322), (d) abwechselndes Anordnen der mehreren ersten transparenten Elemente (321), die jeweils den Polarisationsteilerfilm (331) und den reflektierenden Film (332) aufweisen, und der mehreren zweiten transparenten Elemente (322), und Ankleben der mehreren ersten transparenten Elemente (321) an die mehreren zweiten transparenten Elemente (322) mit Klebstoffschichten (325) und (e) Schneiden der abwechselnd angeklebten transparenten Elemente (321, 322) unter einem vorgegebenen bzw. vorgeschriebenen Winkel zur ersten und zur zweiten Fläche, um einen optischen Elementblock mit einer Eintrittsebene und einer Austrittsebene, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, zu erzeugen, wobei die Dicke der zweiten transparenten Elemente (322) auf einen kleineren Wert eingestellt ist als die Dicke der ersten transparenten Elemente (321).
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 8, wobei die Dicke der ersten transparenten Elemente (321) gleich einem Wert ist, der durch Addieren des Zweifachen der Dicke der Klebstoffschichten (325) zur Dicke der zweiten transparenten Elemente (322) erhalten wird.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 8 oder 9, mit dem weiteren Schritt: (f) Polieren der Eintrittsebene und der Austrittsebene des optischen Elementblocks.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei der Schritt (d) die folgenden Schritte aufweist: abwechselndes Stapeln der mehreren ersten transparenten Elemente (321) und der mehreren zweiten transparenten Elemente (322) mit dazwischen angeordneten Schichten aus photohärtendem Klebstoff (325) und Ankleben der gestapelten ersten transparenten Elemente (321) und zweiten transparenten Elemente (322) durch Belichten.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 11, wobei die Bestrahlung in einer Richtung erfolgt, die nicht parallel zu den Flächen der transparenten Elemente (321, 322) ist.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei der Schritt (d) die folgenden Schritte aufweist: (1) Bilden eines Stapels durch Stapeln von einem der mehreren ersten transparenten Elemente (321) und einem der mehreren zweiten transparenten Elemente (322), wobei sich dazwischen eine Schicht des photohärtenden Klebstoffs (325) befindet, (2) Härten der photohärtenden Klebstoffschicht (325) durch Bestrahlen des Stapels mit Licht und (3) abwechselndes Stapeln von einem der mehreren ersten transparenten Elemente (321) und einem der mehreren zweiten transparenten Elemente (322) auf dem Stapel, wobei sich dazwischen jeweilige Schichten des photohärtenden Klebstoffs (325) befinden, wobei die einzelnen photohärtenden Klebstoffschichten (325) durch jedesmal dann, wenn ein transparentes Element hinzugefügt wird, erfolgendes Bestrahlen des Stapels mit Licht gehärtet werden.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei der Schritt (d) die folgenden Schritte aufweist: (1) Bilden eines Stapels durch Stapeln von einem der mehreren ersten transparenten Elemente (321) und einem der mehreren zweiten transparenten Elemente (322), wobei sich dazwischen eine Schicht des photohärtenden Klebstoffs (325) befindet, (2) Härten der photohärtenden Klebstoffschicht (325) durch Bestrahlen des Stapels mit Licht, um einen Einheitsstapel bzw. eine Stapeleinheit zu erzeugen, und (3) Stapeln mehrerer durch die Schritte (1) und (2) erhaltener Einheitsstapel, wobei sich dazwischen jeweilige Schichten des photohärtenden Klebstoffs (325) befinden, wobei die einzelnen photohärtenden Klebstoffschichten (325) durch jedesmal dann, wenn ein Einheitsstapel hinzugefügt wird, erfolgendes Bestrahlen eines Stapels der Einheitsstapel mit Licht gehärtet werden.
Projektionsanzeigevorrichtung (800) mit einem optischen Element nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7 und einer Polarisationsumwandlungseinrichtung (380) zum Umwandeln von aus dem optischen Element austretendem Licht in einen Typ polarisierten Lichts, einer Modulationseinrichtung (803, 805, 811) zum Modulieren des aus der Polarisationsumwandlungseinrichtung (380) austretenden Lichts als Funktion eines gegebenen Bildsignals und einem optischen Projektionssystem (814) zum Projizieren des von der Modulationseinrichtung (803, 805, 811) modulierten Lichts auf einen Bildschirm (815).