DE69734251T2

DE69734251T2 - Optische Beleuchtungsvorrichtung für Projektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69734251T2
Application number: DE69734251T
Authority: DE
Inventors: Akitaka Suwa-shi Yajima
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: TW393586B; KR100523874B1; EP1231499A3; CN1172956A; DE69721341T2; US6523962B2; CN1132029C; US6404550B1; EP1055955A3; DE69734251D1; EP0821258A3; EP1055955B1; EP1231499A2; EP1231498A1; DE69725072D1; EP0821258A2; US6728020B2; EP1231498B1; DE69725072T2; DE69721341D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Beleuchtungsvorrichtung, die für eine Projektionsanzeigevorrichtung geeignet ist.
Die US-A-2748659 offenbart einen Lichtpolarisierer in einer optischen Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das optische Element wird verwendet mit einer Anzahl kleiner Linsen, die auf der Einfallsebene angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform werden wenigstens die Dicke der Klebeschicht und/oder die Dicken der ersten und zweiten Lichtdurchlässigen Elemente gesetzt bzw. eingestellt.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Verfahren kann ferner den Schritt (f) Polieren der Einfallsebene und der Ausfallsebene des optischen Elementblocks umfassen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die 1(A) und 1(B) sind Darstellungen bzw. Diagramme, die den allgemeinen Aufbau eines Polarisationsumwandlungselements zeigen;
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;
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;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Polari sationsstrahlteileranordnung 320 zeigt, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
die 5(A) und 5(B) sind geschnittene Draufsichten, die Polarisationsumwandlungselemente, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, mit einem Kontrollbeispiel vergleichen;
6 ist eine schematische Konstruktionsdraufsicht des wesentlichen Abschnitts eines Polarisationslicht-Beleuchtungssystems, das eine Polarisationsstrahlteileranordnung enthält, die eine Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein erstes optisches Element 200 zeigt;
8 ist eine schematische Konstruktionsansicht, die den wesentlichen Abschnitt eines Projektionsanzeigesystems 800 zeigt, das mit einem Polarisationslicht-Beleuchtungssystem 1 versehen ist;
die 9(A) und 9(B) sind erläuternde Ansichten, die den Aufbau eines optischen Elements mit einer Lichtabschirmplatte 340 zeigt;
10 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Polarisationsstrahlteileranordnung 320 zeigt, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
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;
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;
13(A) ist eine Draufsicht, die eine Kondensorlinsenanordnung 310' zeigt, die mehrere Typen von kleinen Linsen, die sich in der Größe unterscheiden, aufweist;
13(B) ist eine Schnittansicht längs der Linie B-B in der Draufsicht;
14 erläutert einen Herstellungsschritt einer Polarisationsstrahlteileranordnung, die in einer zweiten Ausführungsform verwendet wird;
15 zeigt einen weiteren Schritt der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung, die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird;
16 zeigt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung, die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird;
17 stellt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung dar, die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird;
18 stellt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung dar, die in der Herstellung einer Ausführung verwendet wird; und
19 stellt einen weiteren Schritt bei der Herstellung einer Polarisationsstrahlteileranordnung dar, die in der Herstellung einer Ausführungsform verwendet wird.
A. Erste Ausführungsform:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 t_ad1, t_ad2 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 t_ad1, t_ad2 der optischen Klebeschichten 325 können in Abhängigkeit von der Schichtposition unterschiedliche Werte besitzen. In dieser Anordnung sind ihre Werte t_ad1, t_ad2 in der gesamten Polarisationsstrahlteileranordnung 320 gleich. In der folgenden Erläuterung wird angenommen, dass die Dicken t_ad1, t_ad2 der optischen Klebeschichten 325 auf den gleichen Wert t_ad gesetzt sind.
Wie im unteren Teil von 10 gezeigt ist, erhält man die Dicke t₃₂₂ des zweiten lichtdurchlässigen Elements 322, indem der doppelte Wert der Dicke t_ad der optischen Klebeschicht 325 von der Dicke t₃₂₁ des ersten lichtdurchlässigen Elements 321 subtrahiert wird. Diese Beziehung gilt außerdem für die Dicken L₃₂₁, L₃₂₂, L_ad, 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 t_ad 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, t_ad = 0,06 mm und t₃₂₂ = 3,05 mm gesetzt sein.
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.
In der Praxis können Fabrikationsfehler bei den Dicken t₃₂₁ und t₃₂₂ der lichtdurchlässigen Elemente 321, 322 und bei der Dicke t_ad der optischen Klebeschicht 325 auftreten.
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.
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.
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.
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 t_ad der optischen Klebeschichten 325 (10) sind vorzugsweise so eingestellt, dass der Abstand der Polarisationsteilerfilme 331 auf den Abstand der Spitzenwerte der Lichtmengenverteilung ausgerichtet ist.
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.
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.
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.
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.
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 t_ad 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 t_ad 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Optische Beleuchtungsvorrichtung, welche aufweist eine Lichtquelle (10) und ein optisches Element (300) mit einer Anzahl erster lichtdurchlässiger Elemente (321), wovon jedes eine erste Einfallsoberfläche und eine erste Austrittsoberfläche, die im Wesentlichen zueinander parallel sind, erste und eine zweite filmbildende Oberflächen, die im Wesentlichen zueinander parallel sind und zu der ersten Einfallsoberfläche und zu der ersten Austrittsoberfläche einen vorgegebenen Winkel bilden, einen Polarisationsteilerfilm (331), der auf der ersten filmbildenden Oberfläche ausgebildet ist, und einen reflektierenden Film (332), der auf der zweiten filmbildenden Oberfläche ausgebildet ist, aufweist; einer Anzahl zweiter lichtdurchlässiger Elemente (322), wovon jedes eine zweite Einfallsoberfläche und eine zweite Austrittsoberfläche, die zueinander parallel sind, aufweist, wobei die mehreren zweiten lichtdurchlässigen Elemente (322) abwechselnd mit den mehreren ersten lichtdurchlässigen Elementen (321) angeordnet und an den ersten und zweiten filmbildenden Oberflächen über den Polarisationsteilerfilm (331) bzw. den reflektierenden Film (332) daran befestigt sind, so dass die zweiten Einfallsoberflächen bezüglich der ersten Einfallsoberflächen ausgerichtet sind, um eine Einfallsebene (327) zu bilden, und dass die zweiten Austrittsoberflächen bezüglich der ersten Austrittsoberflächen ausgerichtet sind, um eine Austrittsebene (326) zu bilden; Klebeschichten (325) zwischen den ersten (321) und den zweiten (322) lichtdurchlässigen Elementen; einer Anzahl kleiner Linsen (311), die auf der Einfallsebene (327) angeordnet sind; und dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) bezüglich der Anzahl der kleinen Linsen (311) derart angeordnet ist, dass die Lichtmengenverteilungsspitzen des aus den kleinen Linsen (311) austretenden Lichts bezüglich der jeweiligen Mitten der kleinen Linsen (311) versetzt sind; und Intervalle bzw. Zwischenräume zwischen der Anzahl von Polarisationsteilerfilmen (331) im wesentlichen Zwischenräumen zwischen den Lichtmengenverteilungsspitzen (Ia, Ib, Ic, Id) der aus der Anzahl der kleinen Linsen (311) austretenden Lichtstrahlen entsprechen.
Optische Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der wenigstens eine der Dicken der Klebeschichten (325) und der Dicke der ersten (321) und der zweiten (322) lichtdurchlässigen Elemente eingestellt bzw. eingerichtet ist bzw. sind, um die Zwischenräume zwischen der Anzahl der Polarisationsteilerfilme (331) im wesentlichen korrespondierend auszubilden zu den Zwischenräumen zwischen den Lichtmengenverteilungsspitzen (Ia, Ib, Ic, Id) der Lichtstrahlen, die aus der Anzahl der kleinen Linsen (311) austreten.
Optische Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Elemente (322) kleiner eingestellt ist als die Dicke der ersten lichtdurchlässigen Elemente (321).
Optische Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei der die Dicke der ersten lichtdurchlässigen Elemente (321) gleich ist dem Wert, der erhalten wird durch Addition der zweifachen Dicke der Klebeschichten (325) zu der Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Elemente (322).
Polarisationslichtbeleuchtungssystem mit: einer optischen Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und Polarisationsumwandlungsmitteln (380) zur Umwandlung von Licht, das aus dem optischen Element austritt, in eine Art von polarisiertem Licht.
Projektor mit: der optischen Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; Polarisationsumwandlungsmitteln (380) zur Umwandlung von Licht, das aus dem optischen Element austritt, in eine Art von polarisiertem Licht; Modulierungsmitteln (803, 805, 811) zum Modulieren des Lichts, das aus den Polarisationsumwandlungsmitteln (380) austritt; und einem optischen Projektionssystem (814) zum Projizieren des Lichts, das durch die Modulierungsmittel (803, 805, 811) moduliert ist bzw. wird.