WO2000058772A1 - Spektrale lichtaufteil- und rekombinationsanordnung sowie verfahren zur spektralselektiven modulation von licht - Google Patents

Spektrale lichtaufteil- und rekombinationsanordnung sowie verfahren zur spektralselektiven modulation von licht Download PDF

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Definitions

  • components in which dichroic plates are used in the imaging beam path have the problem that the plates cause an astigmatism.
  • the transition to thinner substrates, for which this astigmatism would become negligibly small, is limited by the high demands placed on the flatness of such substrates.
  • polarization-selective beam splitting and recombination makes it possible to depend on the recombined light.
  • gig to share from the control or modulation state of the light valves ie to form an imaging beam from light from valves that are operated in a modulation state - the bright state.
  • the latter is preferably returned to the lighting source.
  • Fig. 11 in a representation analogous to Fig. 10, the same embodiment with respect to deviation of 45 ° angles, in partial plate design.
  • the embodiment for example in accordance with FIG. 3, but also in accordance with, for example, FIG. 2, with solid bodies has the particular advantage that light entry surfaces in substrate materials can be realized simply perpendicular to the direction of light incidence and thus little problems with radiation offset and astigmatism occur. It should be noted, however, that the design of the spectrally selective divider layer systems in full bodies is more difficult, since the difference in polarization is greater than in the plate version shown in FIG. 9. Furthermore, the light has to be in the full body version cover relatively long distances in substrate material, which has a greater impact on stress birefringence.

Abstract

Auf eine Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnung fällt ein Teil des Spektrums weissen Lichtes (LW) gegenüber dem andern um 90° polarisationsgedreht auf. Das Licht durchläuft die polarisationsselektive Teileranordnung (15). An einem Schichtsystem (17) wird der Spektralanteil des Lichtes (LW) der einen Polarisation reflektiert, während der andere Spektralanteil daran transmittiert wird. Das am Schichtsystem (17) reflektierte Licht tritt in einen spektral selektiven Teiler (16) ein. Am Schichtsystem (18) erfolgt polarisationsunabhängig eine weitere spektrale Lichtaufteilung.

Description

Spektrale Lichtaufteil- und Rekombinationsanordnung sowie Verfahren zur spektralselektiven Modulation von Licht
Die vorliegende Erfindung betrifft eine spektrale Lichtaufteil- und Rekombinationsanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur spektralselektiven Modulation von Licht nach demjenigen von Anspruch 15.
Definitionen:
• sichtbares Licht: Licht mit Wellenlängen im Spektral- bereich 380nm-720nm
• rotes Licht: Licht mit Wellenlängen im Spektralbereich 580nm-720nm, insbesondere im Spektralbereich 600nm- 680nm.
• grünes Licht: Licht mit Wellenlängen im Spektral- bereich 490nm-605nm, insbesondere im Spektralbereich 500nm-600nm.
• blaues Licht: Licht mit Wellenlängen im Spekral- bereich 380nm-510nm, insbesondere im Spektralbereich 420nm-500nm.
• gelbes Licht: Licht mit Wellenlängen im Spektral- bereich 475nm-605nm, insbesondere bei 482nm ± 3nm.
• weisses Licht: Licht mit rotem, blauem und grünem Licht-Anteil . • linear polarisiertes Licht : Licht, dessen elektrischer Feldvektor in einer Ebene schwingt .
• reflektives Lichtventil Bildgebendes Element, welches in Reflexion, z.B. auf der Basis von Flüssigkristallen mit Polarisationsdrehung arbeitet (rLCD) .
• Hellzustand rLCD: Bei Reflexion von Licht an Pixeln des reflektiven Lichtventils wird die Polarisation um ein ungeradzahliges Vielfaches von 90° gedreht.
Dunkelzustand rLCD: Bei Reflexion von Licht an Pixeln des reflektiven Lichtventils wird die Polarisation beibehalten.
• F-Zahl Grosse, welche die Winkelaufweitung einer Beleuchtungsoptik beschreibt. Sie ist gegeben durch den reziproken Wert der zweifachen numerischen Apertur NA, wobei NA = n sin α, und n der Brechungsindex des Mediums, α der halbe Oeffnungswinkel des Beleuchtungskonus ist . Je kleiner daher die F-Zahl, desto breiter der Oeffnungswinkel . Typische F-Zahlen liegen im Bereich von 5 bis 2.5, F- Zahlen mit 2, bis hinunter zu 1.4 werden ebenfalls eingesetzt.
Optische Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnungen werden hauptsächlich in Projektoren eingesetzt, um weisses Licht in rotes, grünes und blaues Licht aufzuteilen bzw. aus letzteren weisses Licht zu rekombinieren.
Dabei ist es bekannt, in Projektionsapparaten mittels einer solchen Anordnung weisses Licht in Licht der erwähnten drei Spektralbereiche aufzuteilen, es je über in Transmission ar- beitende Lichtventile, wie insbesondere LCD-Lichtventile, bildgebend zu modulieren und dann das modulierte Licht der drei Spektren zu einem Abbildungsstrahl zu rekombinieren. Die Lichtventile, als bildgebende Bauelemente, bestehen aus einer Vielzahl einzeln ansteuerbarer Pixel. Ihre Anzahl ergibt dabei die Auflösung nach EVGA, SVGA, EGA, XGA, usw. Bei Einsatz von in Transmission arbeitenden Lichtventilen besteht wegen der Leiterbahnen und der Ansteuerungselektronik eine Begrenzung der Pixelgrösse nach unten, die nur schwer unterschritten werden kann. Bei Verkleinerung der Pixelgrösse sinkt zudem die optische Apertur pro Pixel.
Die vorliegende Erfindung betrifft hingegen ein Verfahren zur spektral selektiven Modulation von Licht mittels in Reflexion arbeitender Lichtventile. Die optische Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnung, worauf sich die Erfindung weiter be- zieht, wird mithin bevorzugt in Kombination mit in Reflexion arbeitenden Lichtventilen eingesetzt, zur Bildung einer erfin- dungsgemässen Anordnung zur optischen Lichtaufteilung, spektralselektiver Modulation und anschliessender Rekombination. Bei Einsatz von in Reflexion arbeitenden Lichtventilen fallen die bezüglich in Transmission arbeitenden Lichtventile erläuterten Einschränkungen weg. In Reflexion arbeitende, gesteuerte Lichtventile drehen im Dunkelzustand eines Pixels die Pola- risation des daran reflektierten Lichtes bezüglich derjenigen des einfallenden Lichtes nicht, während im Hellzustand die Polarisation des reflektierten Lichtes bezüglich der Polarisation des einfallenden Lichtes um 90° gedreht wird.
Bei einem Verfahren eingangs genannter Art bzw. einer opti- sehen Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnung obgenannter Art muss einerseits gewährleistet sein, dass weisses Licht in Licht der erwähnten drei Spektren aufgeteilt wird, und Licht der erwähnten drei Spektren nach reflektiver Modulation und modulationsabhängiger bzw. ansteuerungsabhängiger Polarisati- onsdrehung zu weissem Licht rekombiniert wird, dabei andererseits Licht von Pixeln, die im Hellzustand betrieben werden, zu einem ersten Lichtstrahl - dem Abbildungsstrahl - rekombiniert werden sollte, Licht von Pixeln, die im Dunkelzustand betrieben werden, nicht am genannten Strahl austritt, dabei insbesondere zu einem zweiten Lichtstrahl - dem Dunkelreflexions-Strahl - reko biniert werden sollte, wobei die beiden genannten Strahlen die Lichtaufteil- und Rekombinationsanordnung in unterschiedlichen Richtungen verlassen sollten. Erste- rer wird dabei vorzugsweise und mit Blick auf den Einsatz an einer Projektionsanordnung, auf deren Abbildungsoptik geführt, letzterer sollte beispielsweise bzw. vorzugsweise zurück zur Weisslichtquelle geführt werden.
Bisher bekannte Lösungen, für Verfahren und für optische Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnungen obgenannter Art, lassen sich in Ansätze, welche Glasplatten einsetzen und An- sätze mit massiven Glaskörpern unterteilen. In beiden Fällen lassen sich wiederum Geometrien unterscheiden, die auf der Basis von 45°-Winkeln bzw. 90°-Strahlumlenkung arbeiten, und solche, die auf der Basis von Winkeln arbeiten, die von 45° bzw. 90°-Strahlumlenkung abweichen.
Mit 45°-Winkeln realisierte Anordnungen sind z.B. in der DE-40 33 842 beschrieben, welche ein quaderfδrmiges, aus Einzelprismen mit dichroitischen Schichten zusammengesetztes Bauelement beschreibt. Ueblicherweise wird ein solches Bauelement als X- Cube bezeichnet. Bezüglich solcher X-Cubes und ihrer Einsätze wird weiter verwiesen auf die US-A-2 737 076, US-A-2 754 718, JP-7-109443, US-A-5 098 183, EP-A-0 359 461 sowie die WO98/20383 derselben Anmelderin wie vorliegende Anmeldung.
Von 45° abweichende Winkel sowie massive Glaskörper werden beispielsweise gemass der US-3 203 039 eingesetzt, welche zu Anordnungen führen, die gemeinhin als "Philips-Prismen" bekannt geworden sind.
Im weiteren sind unterschiedlichste Kombinationen aus dichroitischen Teileranordnungsplatten - spektralselektive Teiler - kombiniert mit Prismenanordnungen bekannt, so z.B. aus der US- 3 945 034, oder kombiniert mit X-Cubes.
Für eine unter der Bezeichnung 3PBS-System bekannte Realisationsform kann auf R.L. Melcher "High Information - Content Pro- tection Display Based on Reflective LC on Silicon Light Val- ves", SID 98 Digest, pp 25-28, 1998, verwiesen werden.
Wie erwähnt wurde, muss bei der spektralen Lichtaufteilung und Rekombination nach der reflektiven Modulation Licht unterschiedlicher Polerisationszustände gehandhabt werden. Eine X-Cube-Anordnung, gegebenenfalls in Kombination mit einer polarisationsselektiv strahlteilenden Anordnung, wie sie beispielsweise in der erwähnten WO98/20383 beschrieben ist, setzt dichroitische Schichtsysteme voraus, welche minimale Polarisa- tionseffekte aufzeigen, weil sie von Licht unterschiedlicher Polarisation beaufschlagt werden, welches nur spektralselektiv behandelt werden sollte.
Diesbezüglich kann auf A. Thelen "Nonpolarising interference films inside a glass cube", Appl . Optics Vol. 15, Nr. 12, Dez., 1976, verwiesen werden.
Zu Problemen bezüglich der Dunkelzustands-Uebertragungs- charakteristik von mit reflektiven Lichtventilen arbeitenden Lichtaufteil- und -Rekombinationstechniken kann auf A.E. Ro- senbluth et al . "Contrast properties of reflective liquid cry- stal light valves in projection displays", IBM Journal of Research and Development, Vol. 42, Nr.3/4 May/July, pp 359-386, 1998, verwiesen werden. Ein Ausweg daraus ist nur mit erheblichem Design- und Herstellungsaufwand möglich.
Realisationen gemass den obengenannten Philips-Prismen oder ähnlichen Ansätzen basieren in der Regel auf totaler interner Reflexion an einem oder mehreren Luftspalten. Neben den Schwierigkeiten in der Herstellung solcher Luftspalten ist dabei die Totalreflexion der begrenzende Faktor für die in der Praxis möglichen F-Zahlen. Ausserdem sind solche Systeme sehr empfindlich in bezug auf Restreflexionen, die z.B. bei nicht optimal angepassten Uebergängen von einem optischen Brechwert zum anderen auftreten können und unter verschiedensten Richtungen durch das System "geistern" können. Bei Lδsungsansätzen mit massiven Glaskörpern ist das Problem der Spannungsdoppelbrechung im Glas bzw. Substratmaterial zu berücksichtigen, wodurch die Polarisation des Lichtes unkontrollierbar stochastisch verteilt gedreht wird. Es entsteht dabei ein Kontrastverlust, der über die ausgeleuchtete Fläche nicht konstant ist .
Andererseits sind Bauteile, bei welchen dichroitische Platten im abbildenden Strahlengang eingesetzt werden, mit dem Problem behaftet, dass durch die Platten ein Astigmatismus hervorgeru- fen wird. Dem Uebergang zu dünneren Substraten, bei denen dieser Astigmatismus vernachlässigbar klein würde, ist durch die hohe Anforderung an die Planität solcher Substrate nach unten eine Grenze gesetzt.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Anord- nung sowie ein Verfahren eingangs genannter Art vorzuschlagen, mittels welchen es möglich wird, im einen Ansteuerungszustand (Hellzustand) der Lichtventile das rekombinierte Licht mit maximaler Intensität in einem ersten Strahl zu kombinieren, während es an diesem Strahl dann mit minimaler Intensität aus- tritt, wenn es von den Lichtventilen im anderen Ansteuerungszustand (Dunkelzustand) herrührt.
Im weiteren soll eine hohe Winkelakzeptanz realisiert werden, d.h. es sollen niedrige F-Zahlen möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch die Anordnung bzw. das Verfahren ein- gangs genannter Art gelöst, die sich, entsprechend, gemass dem Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw. 15 auszeichnen.
Durch Einsetzen polarisationsselektiver Strahlaufteilung und -Rekombination wird es möglich, das rekombinierte Licht abhän- gig vom Ansteuerungs- bzw Modulationszustand der Lichtventile zu teilen, d.h. einen Abbildungsstrahl zu bilden aus Licht von Ventilen, die im einen Modulationszustand - dem Hellzustand - betrieben sind. An einem Projektionsapparat eingesetzt, ergibt sich damit einerseits, mit hoher Intensität, ein Abbildungsstrahl aus Licht, das an den Ventilen bzw. deren Pixel im Hellzustand reflektiert wird, andererseits bevorzugt ein weiterer Strahl von den Pixeln im Dunkelzustand reflektierten Lichtes. Letzterer wird bevorzugt der Beleuchtungsquelle rück- geführt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Anordnung sowie des erwähnten Verfahrens sind in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 bzw. 16 bis 27 spezifiziert. Eine bevorzugte erfin- dungsgemässe Verwendung ist in Anspruch 28 spezifiziert.
Im weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Projektionsanordnung mit der erwähnten optischen Lichtaufteil- und - Rekombinationsanordnung gemass den Ansprüchen 11 bis 14.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Anordnung zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 schematisch eine nach dem Erfindungsverfahren arbeitende erste Ausführungsform der erfindungsge- mä- ssen Anordnung,
Fig. 3 detaillierter, eine erfindungsgemässe Anordnung, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitet, in bevorzugter Ausführungsform, Fig. 4 als Beispiel das Transmissionsverhalten eines bei erfindungsgemässem Vorgehen beispielsweise eingesetzten spektralselektiven Schichtsystems für s- polarisiertes und p-polarisiertes Licht,
Fig. 5 das Transmissionsverhalten eines polarisationsselektiven Schichtsystems, wie beispielsweise eingesetzt für s- bzw. p-polarisiertes Licht,
Fig. 6 anhand einer Darstellung gemass Fig. 2 den Strahlengang für grünes Licht bei erfindungsgemässem Vorge- hen,
Fig. 7 in Darstellung analog zu Fig. 6 den erfindungsgemäss realisierten Strahlengang für blaues Licht,
Fig. 8 in Analogie zu den Darstellungen gemass den Fig. 6 und 7 den erfindungsgemäss realisierten Strahlengang für rotes Licht,
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anordnung, in teilweiser Plattenausführung,
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung die von 45°-Winkeln bzw. 90°-Strahlum- lenkung abweicht,
Fig. 11 in Darstellung analog zu Fig. 10 dieselbe Ausführungsform bezüglich Abweichung von 45°-Winkeln, in teilweiser Plattenausführung.
Anhand von Fig. 1 soll grundsätzlich Aufbau und Funktionsweise der erfindungsgemässen Anordnung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert werden. Weisses Licht Lw wird mit spektralselektiver Polarisation, z.B. für rotes Licht (R) der Polarisation P0, für blaues Licht (B) , P0, und, diesbezüglich um 90° gedreht, beispielsweise für grünes Licht (G) , P90, auf eine polarisationsselektive Teileranordnung 1 gelenkt. Die spektralselektive Polarisation in P0, beispielsweise für rotes, Δλ2, und blaues, Δλ1# bzw. Pgo für grünes Licht, Δλ3, wird durch ein zusätzliches, in Fig. 1 nicht dargestelltes vorgeschaltetes optisches Element erreicht, z.B. durch ein Folienlaminat, wie es in der US-5 751 384 beschrieben ist. Diesbezüglich wird diese Schrift als Beispiel für die Realisation spektralselektiver Polarisation, als integrierter Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt.
An der polarisationsselektiven Teileranordnung 1 wird Licht der Polarisation P90 in eine erste Richtung I transmittiert, Licht der Polarisation P0 in eine zweite Richtung II reflektiert.
Der polarisationsselektiven Teileranordnung 1 in erster Richtung I nachgeschaltet ist ein in Reflexion arbeitendes Licht- ventil 3a vorgesehen.
In der zweiten Richtung II der polarisationsselektiven Teileranordnung 1 nachgeschaltet ist eine spektralselektive Teileranordnung 5 vorgesehen. Diese teilt das in zweiter Richtung II auftreffende Licht der beiden weiterhin mit P0 polarisier- ten Spektren Δλx , Δλ2 in eine dritte III und vierte Richtung IV auf, nun aber spektralselektiv wie mit Δλ. , Δλ2 dargestellt. Unter einem weitesten Aspekt der vorliegenden Erfindung brauchen jeweils die dritten - III - und vierten - IV - Richtungen nicht parallel, entsprechend, zu den zweiten II und ersten Richtungen I zu sein. Es braucht nicht zwingend eine 45° ba- sierte Anordnung der selektiven Teileranordnungen 1, 5 realisiert zu sein.
In den dritten III und vierten IV Richtungen der spektralselektiven Teileranordnung 5 nachgeschaltet, ist je ein in Reflexion arbeitendes Lichtventil 3b bzw. 3c vorgesehen.
Das nun sowohl polarisationsselektiv wie auch spektralselektiv aufgeteilte Licht Lw wird an den erwähnten, in Reflexion arbeitenden Lichtventilen 3 reflektiert.
Der Verlauf des reflektierten Lichtes ist in Fig. 1 mit ausgefüllten Pfeilspitzen bzw. Pfeilen dargestellt.
Von den beiden der spektralselektiven Teileranordnungen 5 nachgeschalteten Lichtventilen 3b und 3c wird das Licht in der Anordnung gemass Fig. 1, entsprechend, in den dritten III und vierten IV Richtungen reflektiert. Dies aber, je nach Betriebszustand der erwähnten Lichtventile bzw. ihrer Pixel, weiterhin mit Polarisation P0 - Dunkelzustand - bzw. auf Polarisation P90 gedreht - Hellzustand.
Es tritt mithin aus zweiter Richtung auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1 Licht der beiden Spektralbereiche Δλ. und Δλ2, an der spektralselektiven Teileranordnung 5 re- kombiniert, auf, aber je nach Betriebszustand der erwähnten Lichtventilpixel, mit der Polarisation P0 bzw. P90 und dies Spektrum-unabhängig . Analog wird das auf Lichtventil 3a auftreffende Licht des Spektralbereiches Δλ3 je nach Betriebszustand deren Pixel weiterhin in Polarisation P90 bzw. mit Polarisation P0 in erste Richtung I reflektiert und trifft auf die polarisationsselek- tive Teileranordnung 1 auf. Das Licht der drei Spektren Aλ_, Δλ2, Δλ3 wird an der polarisationsselektiven Teileranordnung 1 polarisationsselektiv rekombiniert :
Licht des Spektralbereiches Δλ3, im Hellzustand der Pixel des Lichtventils 3a auf die Polarisation P0 weitergedreht, tritt aufgrund der Wirkung der polarisationsselektiven
Teileranordnung 1, in Analogie zu ihrer Wirkung auf einfallendes Licht, in zweiter Richtung II aus.
Licht der beiden Spektralbereiche Δλ. und Δλ2 tritt aus zweiter Richtung auf die polarisationsselektive Teileran- Ordnung 1 auf, im Hellzustand der entsprechenden Pixel an den Lichtventilen 3b und 3c in Polarisation P90 gedreht, und propagiert in zweiter Richtung II weiter: Es wird ein Abbildungsstrahl A gebildet, in der erwähnten zweiten Richtung II mit Licht der drei Spektren, moduliert durch die zugeordneten Lichtventilpixel im Hellzustand H.
Licht des Spektralbereiches Δλ3 in erster Richtung I, also reflektiert vom Lichtventil 3a, bei Dunkelbetriebszustand der zugeordneten Pixel, tritt mit unveränderter Polarisation P90 auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1 auf und tritt in erster Richtung I aus.
Licht aus zweiter Richtung II mit der Polarisation P90, wie sie durch den Dunkelzustand der zugeordneten Pixel an den Lichtventilen 3b und 3c erzeugt wird, tritt ebenfalls in erster Richtung I aus der polarisationsselektiven Anordnung 1 aus : Es wird ein zweiter Strahl B mit Licht der drei Spektren gebildet, reflektiert an den Lichtventilen bei Ansteuerung der zugeordneten Pixel in den Dunkelzu- stand D.
Gemass Fig. 1 bilden die Anordnungen 1 und 5, bezüglich Lichteingang und den spektralen Ausgängen zu den Lichtventilen, als Blackbox betrachtet, eine spektralselektive Aufteil- und Re- kombinations-Einheit .
In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau der gemass Fig. 1 arbeitenden Anordnung dargestellt, wobei auch hier, wie bevorzugt, paarweise Parallelität der vier Richtungen I - IV realisiert ist. Im übrigen sind für die bereits anhand von Fig. 1 erläuterten Bauteile in Fig. 2 dieselben Bezugszeichen gewählt.
In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden erfindungsgemässen Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnung dargestellt, zusammen mit den vorzugsweise mit der Anordnung kombinierten Licht- ventilen sowie von weiteren Teilen, wie sie bei Realisation einer erfindungsgemässen Projektionsanordnung vorzugsweise vorgesehen sind.
Das einfallende weisse Licht L'w ist unter P0 polarisiert. Die Erzeugung solchen Lichtes mittels Polarisatoren und/oder Pola- risations-Konvertierungs-Systemen ist allgemein bekannt.
Ein spektralselektiver Polarisationsrotator 10 hat nun die
Aufgabe, die Polarisation eines Spektralbereiches des sichtbaren Lichtes Lw gegenüber den anderen beiden um 90°, P90, zu drehen. Der Rotator kann z.B. aus einem Laminat von doppel- brechenden Folien bestehen, wie es, wie erwähnt in der US-5 751 384 beschrieben wird. Damit ist das Weisslicht Lw gemass Fig. 1 bereitgestellt.
Lw fällt auf die Eintrittsfläche 12 der erfindungsgemässen An- Ordnung auf, bevorzugt im wesentlichen senkrecht, wie dargestellt. Je nach dem, ob der Polarisationsrotator 10 direkt auf die Fläche 12 aufgebracht ist oder nicht, bedarf es eines entsprechenden Brechungsindex-AnpassungsschichtSystems bzw. eines Antireflexions-Schichtsystems (nicht dargestellt) am Rotator 10 und/oder an der Fläche 12.
Das Licht Lw durchläuft das Substratmaterial der vorzugsweise gemass Fig. 3 im Querschnitt quadratischen polarisationsselektiven Teileranordnung 15. Als Substratmaterial wird - vorzugsweise für beide Teilkδrper beidseits einer Diagonalfläche F gleiches Material - bevorzugt Glas - eingesetzt. Der Brechungsindex des Substratmateriales auf beiden Seiten der Fläche F sollte möglichst gleich sein. Die optischen Eigenschaften des Substratmaterials bestimmen die spektrale Charakteristik der polarisationsselektiven Teileranordnung 15 mit. We- sentlich ist weiter, dass das Material wenig Licht absorbiert, insbesondere im blauen Spektralbereich ΔλB. Einfach wird das optische Design des polarisationsselektiven Schichtsystems 17 in der Fläche F, wenn der Brechungsindex des Substratmaterials hoch ist. Geeignet ist deshalb beispielsweise SF2-Material mit einem Brechungsindex von n= 1,65. Zu berücksichtigen sind auch die Doppelbrechungseigenschaften des Substratmateriales.
Licht Lw der einen Polarisation P0, die bezüglich der Teileranordnung 15 auch als s-Polarisation bezeichnet wird, sollte am Schichtsystem 17 möglichst vollständig reflektiert wer- den, während Licht der anderen Polarisation P90, die bezüglich der Teileranordnung 15 auch als p-Polarisation bezeichnet wird, daran möglichst vollständig transmittiert werden sollte. Wesentlich ist weiter eine weite Winkelakzeptanz, soll die er- findungsgemässe Anordnung, wie bevorzugt, auch für divergente Weisslicht-Beleuchtungsanordnungen eingesetzt werden. Diese weisen typischerweise einen Oeffnungswinkel von α = ± 12° oder mehr auf. Wird beispielsweise ein bekannter MacNeille- Polarisator eingesetzt (siehe z.B. H.A. MacLeod "Thin Film Op- tical Filters", 2nd Edition, pp. 328-332, Adam Hilger, 1986), so ist die Winkelabhängigkeit für Reflexion in s-Polarisation kein Problem, während die p-Transmission eine starke Winkelabhängigkeit aufzeigt. Es ergibt sich bei einem Beleuchtungsδff- nungswinkel α in obengenannter Grδssenordnung typischerweise ein Verlust von ca. 15% in dieser Transmission.
Es tritt von Lw der Spektralbereich ΔλR und ΔλB in s- Polarisation auf das Schichtsystem 17 und wird daran vollständig reflektiert, in die zweite Richtung II. Der dritte Spektralbereich ΔλG in p-Polarisation wird in erster Richtung I transmittiert. Es findet mithin, wie bereits erläutert wurde, durch Kombination des spektralselektiven Polarisationsro- tators 10, sowie des polarisationsselektiven Teilers 15 eine Spektralbereichtrennung aufgrund des Polarisierungs-Kriteriums statt. Dabei ist zu bemerken, dass der Polarisationsrotator 10 im wesentlichen keine Winkelabhängigkeit zeigt und dass der polarisationsselektive Teiler 15 so optimiert werden kann, dass er kaum Wellenlängenabhängigkeit zeigt . Damit wird erzielt, dass das System im wesentlichen keine unerwünschten, auf Winkelabhängigkeiten zurückzuführende Färbungseffekte auf- zeigt. In Richtung II propagierendes Licht der Spektralbereiche ΔλB und ΔλR tritt in einen spektralselektiven Teiler 16 ein. Soll die erfindungsgemässe Anordnung modular aufgebaut werden, so handelt es sich bei den Quadern der Anordnungen 15 und 16 je um separate Teile und es resultiert jedenfalls eine Grenzfläche 14. Es ist aber durchaus möglich, die Anordnungen 15, 16 ohne Grenzfläche 14 einteilig zu realisieren. Ist an der Grenzfläche 14 ein Luftspalt vorgesehen, so ist es von Vorteil, an der einen und/oder anderen der Flächen 14a, 14b eine AntireflexbeSchichtung vorzusehen.
Bei direkter, luftspaltfreier Kontaktierung der Anordnungen 15, 16 kann eine Zwischenschicht zur Anpassung der Brechungsindizes der beiden Materialien an der einen und/oder anderen Fläche 14a, 14b von Vorteil sein.
Das dichroitische bzw. spektralselektive Schichtsystem 18 der spektralselektiven Teileranordnung 16 wird, wie dargestellt, wiederum bevorzugt mit einer 45°-Prismengeometrie ausgelegt. Da hier ein möglichst polarisationsunabhängiges Teilersystem benötigt wird, wird bevorzugt ein Substratmaterial eingesetzt mit niedrigem Brechungsindex. Damit wird bevorzugt das
Substratmaterial der Teileranordnungen 16 und 15 unterschiedlich gewählt, und es sind die vorerwähnten Antireflex- und In- dexanpassungsmassnahmen an der Grenzfläche 14 zu treffen. Bevorzugt wird als Substratmaterial für Teiler 16 BK7 mit einem Brechungsindex n = 1,52 eingesetzt, wobei wiederum einer niedrigen Spannungsdoppelbrechung Beachtung zu schenken ist.
Dabei wird, nicht zwingend, aber bevorzugt, beidseits des Schichtsystems 18 das gleiche Substratmaterial eingesetzt. Bezüglich des dichroitischen Farbteilerschichtsystems 18 ist es wesentlich, dass die Transmissions- und Reflexionscharakteri- stika für die verbleibenden zwei Spektralbereiche ΔλB und Δλ-, im wesentlichen polarisationsunabhängig sind. Weil für den grünen Spektralbereich, ΔλG, Realisation von Polarisations- Unabhängigkeit und Winkelunabhängigkeit weit kritischer ist als für den Blaubereich ΔλB und den Rotbereich ΔλR, ist ersichtlich, warum bevorzugt der spektralselektiven Teileranordnung 16 die letzterwähnten Spektralbereiche zugeführt werden.
In Fig. 4 ist das Transmissionsverhalten eines beispielsweise eingesetzten dichroitischen Schichtsystems 18 in BK7-Substrat- material für Einfallswinkel von 45° sowohl für die s- wie auch für die p-Polarisation dargestellt.
Das spektralselektive Schichtsystem 18 war entsprechend der zu erwirkenden Charakteristik als Langpassfilter, als optisches Vielschichtsystem mit 67 Schichten, abwechselnd aus hoch- und niedrig-brechenden Materialien (Ti02, Y203) hergestellt. Andere für diesen Filtertyp geeignete Materialien und Schichtabfolgen sind in bekannter Weise möglich.
In Fig. 5 ist das Transmissionsverhalten eines polarisations- selektiven Schichtsystems 17 dargestellt, für p- und s- polarisiertes weisses Licht. Das Schichtsystem wurde dabei als typischer MacNeille-Polarisator ausgeführt, bestehend aus 45 optischen Wechselschichten aus Si02/Ta205. Selbstverständlich sind auch hier andere Schichtabfolgen und/oder Materialien möglich.
Die Austrittsflächen 20 bzw. 22 der spektralselektiven Teileranordnung 16, für die entsprechenden Spektralbereiche Δλ-, und ΔλB, können gegebenenfalls mit einer Antireflexbeschich- tung versehen sein. Sind auf diesen Flächen weitere optische Elemente direkt aufgekittet, wie die Lichtventile 25 und 24, so werden bevorzugt Schichtsysteme zur Brechungsindexanpassung eingebaut.
Rückblickend auf die Wirkung der polarisationsselektiven Teileranordnung 15, propagiert Licht in p-Polarisation in Richtung I. Bevorzugterweise wird nun zusätzlich zu den Erläuterungen nach Fig. 1 und 2 gemass Fig. 3 bevorzugt ein Aus- gleichskδrper 26 vorgesehen. Ist nun die in Fig. 3 dargestell- te Anordnung mit den Teilen 15, 16 und 26 modular aufgebaut, so ergibt sich eine Grenzfläche 28 zwischen Teiler 15 und Aus- gleichskδrper 26. Dies insbesondere dann, wenn die Materialien des Substrates des Teilers 15 vom Material des Körpers 26 unterschiedlich sind. Ist im Grenzflächenbereich 28 ein Luftspalt vorgesehen, so ist es von Vorteil, an der einen und/oder anderen der diesen Luftspalt begrenzenden Fläche 28a und/oder 28b ein Antireflexschichtsystem vorzusehen. Ist der Uebertritt luftspaltfrei realisiert, kann es vorteilhaft sein, je nach Wahl der aneinandergrenzenden Substratmaterialien, ei- ne Brechungsindexanpassung vorzunehmen.
Der Ausgleichskδrper 26 wird insbesondere bevorzugt vorgesehen, um, wie noch zu beschreiben sein wird, eine Farbtrimmung vorzunehmen. Hierzu wird weiter vorteilhafterweise zwischen den Flächen 28a und 28b eine sogenannte Halfwave-Retarder- Platte 30 eingebaut, womit die Polarisation des Lichtes im spektralen Bereich ΔλG gedreht werden kann.
Wird eine solche Haifwave-Retarder-Platte 30 mit bzw. ohne Luftspalten eingesetzt, so wird bevorzugt, wiederum an den Grenzflächen 28a und/oder 28b und/oder den entsprechenden Flä- chen der Retarder-Platte 30, ein Brechwertanpass-Schichtsystem vorgesehen bzw. ein Antireflexsystem.
Nebst der Möglichkeit, am Ausgleichskörper 26 eine Farbtrim- mung vorzusehen, wird mit ihm der optische Weg des darin pro- pagierenden Lichtes ΔλG demjenigen des Lichtes der beiden anderen Spektralbereiche ΔλB und ΔλR angepasst . Beidseits des noch zu beschreibenden Schichtsystems 32, bevorzugt in der 45°-Diagonalflache des Körpers 26, ist das Substratmaterial vorzugsweise gleich und, weiter bevorzugt, gleich demjenigen der Teileranordnung 15.
Das bevorzugt in der 45°-Diagonalflache des Ausgleichskörpers 26 vorgesehene Farbtrimmschichtsystem 32 reflektiert selektiv Spektralbereiche des Lichtes aus dem optischen Pfad, Richtung I, weg. Damit handelt es sich beim Ausgleichskδrper 28 auch um eine spektralselektive Teileranordnung. Ist keine Halfwave- Retarder-Platte 30 vorgesehen, so trifft das Licht ΔλG zunächst in p-Polarisation auf das System 32, und wird typischerweise transmittieren. Kommt das Licht ΔλG, im Hellzustand nachgeschalteter Lichtventil-Pixel, in s-Polarisation zurück, so kann das Schichtsystem 32 sehr gut als Trimmfilter funktionieren, es beeinflusst die spektrale Charakteristik im Hellzustand, während diese im Dunkelzustand der Pixel im wesentlichen nicht beeinflusst wird, bleibt ja dann das Licht ΔλG p- polarisiert. Das vom System 32 wegreflektierte Licht vorgege- bener, ungewollter Spektralbereiche tritt beispielsweise durch eine Fläche 36 aus dem System bzw. dem Ausgleichskδrper 26 aus .
Eine Möglichkeit, das Verhalten des Systems auch für den Dunkelzustand der Pixel zu trimmen, besteht in kombiniertem Ein- satz des Schichtsystems 32 und der Retarder-Platte 30. Wird mittels der Retarder-Platte 30 das vorerst p-polarisierte Licht von der polarisationsselektiven Teileranordnung 15 in s-Polarisation gedreht, so kann eine Farbtrimmung schon auf dem Weg hin zum Lichtventil 34 erfolgen. Das dann am Schicht- system 32 wegreflektierte Licht verlässt das System an der Austrittsfläche 38. Weil im Dunkelzustand der Pixel keine Polarisationsänderung des reflektierten Lichtes ΔλG erfolgt, tritt auf dem Rückweg reflektiertes Licht wiederum s-polar- isiert ein zweites mal auf das Schichtsystem 32 auf, und wird ein zweites mal getrimmt, indem unerwünschte Spektralanteile über die Fläche 36 wegreflektiert wurden. Dies ergibt eine Verbesserung im Dunkelzustand und damit eine Verbesserung des realisierten Bildkontrastes.
Wie bereits für andere Grenzflächen beschrieben, wird auch an der Austrittsfläche 40, je nachdem, ob ein Luftspalt zum nachgeschalteten Lichtventil 34 vorgesehen ist oder nicht, sowie der sich dort stossenden Materialien, ein Antireflexbeschich- tungs- und/oder ein Schichtsystem zur Anpassung der Brechungs- indizes bevorzugt eingebaut. Dies gilt auch an den Austrittsflächen 38 sowie 36 in Abhängigkeit vom Aufbau eines Gesamtsystems in der Praxis .
Eine weitere Verbesserung der Uebertragungseigenschaften kann gegebenenfalls durch Vorsehen eines weiteren spektralselekti- ven Polarisationsrotators 50 in Kombination mit einem Analysa- tor 52 vorgesehen sein.
Ueber die Austrittsfläche 49 ausgebildet mit oder ohne Luftspalt und entsprechend bevorzugt mit Antireflex- und/oder Brechungsindex-AnpassschichtSystemen, tritt der Abbildungs- strahl A gemass Fig. 2 aus. Tritt gegebenenfalls Licht von im Dunkelzustand geschalteten Pixeln im Abbildungsstrahl A aus, so kann dessen Anteil mit dem erwähnten spektralselektiven Po- larisationsrotator 50 und dem nachgeschalteten Analysator 52 minimalisiert werden.
Licht des Spektralbereiches ΔλR und ΔλB, welches, entsprechend, von den Lichtventilen 24 bzw. 25 im Pixel-Hellzustand zum Abbildungsstrahl A kombiniert wird, ist bezüglich des polarisationsselektiven Schichtsystems 17 p-polarisiert . Hinge- gen ist Licht ΔλG , welches vom Lichtventil 34 im Pixel-
Hellzustand reflektiert wird und zum Abbildungsstrahl A rekombiniert wird, dort s-polarisiert . Am polarisationsselektiven Schichtsystem 17, bzw. generell an der polarisationsselektiven Teileranordnung 15, wird ein Teil, typischerweise ca. 10%, des im Dunkelzustand der Pixel einfallenden Lichtes in den Abbildungsstrahl A mitreflektiert. Mit Hilfe des spektralselektiven Polarisationsrotator-Elementes 50 kann dieser Anteil zu s- polarisiertem Licht umpolarisiert werden, wobei dann alle Bestandteile des bei Pixel-Hellzustand reflektierten Lichtes p- polarisiert sind, indem das Wirkungssprektrum dieses Rotators in den Spektralbereich ΔλG gelegt wird. Alle Anteile des fälschlicherweise im Pixel-Dunkelzustand reflektierten Lichtes im Abbildungsstrahl A sind dann s-polarisiert. Danach ist es einfach, mit Hilfe des Analysators 52 den vom Dunkelzustand bewirkten Anteil im Gesamtspektrum auszublocken.
Der Analysator 52 kann dabei aus einer Polarisationsfolie bestehen.
Anschliessend soll zusammenfassend noch einmal der Strahlengang der einzelnen Spektralbereiche dargelegt werden. Dabei wird aus Uebersichtsgründen und der bevorzugten Ausführungsform folgend, gemass Fig. 1 Aλ1 als blaues Licht B, Δλ2 als rotes Licht R und Δλ3 als grünes Licht G bezeichnet.
Die Beschreibung erfolgt anhand der Darstellung gemass Fig. 2.
Strahlengang G:
Es fällt weisses Licht, mit Bezug auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1, s-polarisiert auf den Grünrotator 10. s-Polarisation ist in Fig. 6 wie auch in den nachfolgenden Figuren mit ausgezogenem Strahlengang dargestellt.
G verlässt den Rotator 10 p-polarisiert (gestrichelt) . Damit wird G am polarisationsselektiven Teiler 1 transmittiert und fällt auf die Lichtventilanordnung 3a.
Im Hellzustand seiner Pixel wird die Polarisation des reflektierten G gedreht in s-Polarisation. An der polarisationsse- lektiven Anordnung 1 wird das s-polarisierte G in Richtung Abbildungsoptik, d.h. als spektraler Teil des AbbildungsStrahls A, ausgegeben. Im Dunkelzustand der Pixel wird die Polarisation des reflektierten Lichtes G bezüglich derjenigen des einfallenden nicht verändert. Damit wird dann G in p-Polarisation reflektiert und fällt auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1, wo es als Teil des Strahles B zurück zur Beleuchtungsoptik transmittiert wird.
Strahlengang B:
B wird am spektralselektiven Rotator 10 bezüglich seiner Pola- risation nicht verändert und fällt somit s-polarisiert auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1. Gemass seiner Polarisation wird B dort reflektiert und trifft, weiterhin s- polarisiert, auf die spektralselektive Teileranordnung 5, wo es ge ass seinem Spektralbereich reflektiert und, weiterhin s- polarisiert, auf die Lichtventilanordnung 3b trifft.
Im Hellzustand der Pixel erfolgt eine Polarisationsdrehung, B wird p-polarisiert auf die spektralselektive Teileranordnung 5 zurückgeworfen, wo es gemass seinem Spektralbereich reflektiert wird. B trifft, weiterhin p-polarisiert, auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1, wo es als Spektralanteil B des Abbildungsstrahls A in Richtung Abbildungsoptik transmit- tiert wird.
Im Dunkelzustand der Pixel erfolgt keine Polarisationsdrehung, B wird weiterhin in s-polarisiert auf die spektralselektive Teileranordnung 5 zurückgeworfen, wo es gemass seinem Spektralbereich reflektiert wird. B trifft, weiterhin s-polari- siert, auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1, wo es als Spektralanteil B des Strahls B in Richtung Beleuchtungsoptik reflektiert wird.
Strahlengang R:
R wird am spektralselektiven Rotator 10 bezüglich seiner Pola- risation nicht verändert und fällt somit s-polarisiert auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1. Gemass seiner Polarisation wird R dort reflektiert und trifft, weiterhin s- polarisiert, auf die spektralselektive Teileranordnung 5, wo es gemass seinem Spektralbereich transmittiert und, weiterhin s-polarisiert, auf die Lichtventilanordnung 3c trifft.
Im Hellzustand der Pixel erfolgt eine Polarisationsdrehung, R wird p-polarisiert auf die spektralselektive Teileranordnung 5 zurückgeworfen, wo es gemass seinem Spektralbereich transmit- tiert wird. R trifft, weiterhin p-polarisiert, auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1, wo es als Spektralanteil R des Abbildungsstrahls A in Richtung Abbildungsoptik transmittiert wird.
Im Dunkelzustand der Pixel erfolgt keine Polarisationsdrehung. R wird weiterhin s-polarisiert auf die spektralselektive Teileranordnung 5 zurückgeworfen, wo es gemass seinem Spektralbereich transmittiert wird. R trifft, weiterhin s-polarisiert, auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1, wo es als Spektralanteil R des Strahls B in Richtung Beleuchtungsoptik reflektiert wird.
Die dargestellte Ausfuhrungsform wird üblicherweise als Grün-, bzw. Δλj-Standalone-Version bezeichnet. Dies, weil der Strahlengang dieses Spektrums relativ früh separiert wird und damit isoliert wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Rot-, bzw. Δλ2-Standalone-Version oder eine Blau-, bzw. Δλx- Standalone-Version zu realisieren.
Im weiteren sind bezüglich des von der Beleuchtungsquelle auf die polarisationsselektive Teileranordnung 1 auftreffenden Lichtes folgende zwei Varianten möglich:
ein Spektralbereich p-polarisiert, zwei s-polarisiert, wie bisher beschrieben, oder
ein Spektralbereich s-polarisiert, zwei p-polarisiert.
Im weiteren sind folgende Varianten möglich:
- grün-Standalone, am spektralselektiven Teiler rot transmittiert, blau reflektiert, wie beschrieben, grün-Standalone, am spektralselektiven Teiler blau transmittiert, rot reflektiert,
rot-Standalone, am spektralselektiven Teiler, grün transmittiert, blau reflektiert,
- rot-Standalone, am spektralselektiven Teiler blau transmittiert, grün reflektiert,
blau-Standalone, am spektralselektiven Teiler rot transmittiert, grün reflektiert,
blau-Standalone, am spektralselektiven Teiler grün trans- mittiert, rot reflektiert.
Im folgenden werden noch weitere Ausfuhrungsformen der erfin- dungsgemässen Anordnung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt .
Gemass Fig. 9, worin dieselben Bezugszeichen für dieselben Elemente verwendet sind, wie sie anhand von Fig. 3 erläutert wurden, ist die spektralselektive Teileranordnung 16' als Glasplatte ausgebildet, ebenso der Ausgleichskörper 26'.
Die Ausführungsform, beispielsweise gemass Fig. 3, aber auch gemass beispielsweise Fig. 2, mit Vollkörpern hat vor allem den Vorteil, dass Lichteintrittsflächen in Substratmaterialien einfach senkrecht zur Lichteinfallsrichtung realisiert werden können und damit wenig Probleme mit Strahlenversatz und Astigmatismus auftreten. Dabei muss aber beachtet werden, dass das Design der spektralselektiven Teilerschichtsysteme in Vollkδr- pern schwieriger ist, da der Unterschied in der Polarisation grösser ist als an der in Fig. 9 dargestellten Platten- Version. Im weiteren muss in der Vollkδrper-Version das Licht relativ lange Wege in Substratmaterial zurücklegen, womit sich auftretende Spannungsdoppelbrechungen stärker auswirken.
Im Falle des Plattenaufbaus gemass Fig. 9 sollte beachtet werden, dass die optischen Weglängen für die drei Spektralanteile des Lichtes identisch sein müssen. Das heisst, es soll das spektralselektiv wirkende Schichtsystem an der Anordnung 16' sandwichartig zwischen zwei Glassubstraten gepackt sein, im "Standalone"-Pfad sollte eine analoge, geometrische Anordnung die Länge des optischen Weges anpassen.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine polarisationsselektive Teileranordnung 15 Winkeln eingesetzt wird, die von 45° abweichen. Dem Fachmann ist bekannt, dass polarisierende Teileranordnungen je nach verwendetem Typ bei unterschiedlichen Einfallswinkeln die optimale Wirksamkeit aufwei- sen. Beispiele, die bereits erwähnten MacNeille-Polarisatoren; polarisierende Strahlteiler, die oberhalb des kritischen Winkels arbeiten (siehe z.B. Li Li et al . "High-Efficiency LCD Projection Displays with Novel Thin-Film Polarizing Beam Splitters", SID 98 Digest, pp . 686-689, 1998); polarisierende Strahlteiler auf Flüssigkristallbasis (siehe z. B. K. Vinokur et al . , "High-Contrast-Ratio Broad-Angle LC Polarizing Be- amspliter", SID 98, Digest, pp . 690-693, 1998).
In Fig. 11 ist die erfindungsgemässe Anordnung gemass Fig. 10 in "Platten-Bauweise" dargestellt. Es werden relativ aufwendi- ge Massnahmen gegen den eingeführten Astigmatismus notwendig.
Einhergehend mit Einbussen im Kontrast,' können im weiteren grundsätzlich die Reflexionswinkel an den polarisationsselektiven Teileranordnungen sowie den spektralselektiven unterschiedlich sein, müssen dabei nicht zwingend 45° betragen. Das erfindungsgemässe Vorgehen kann durch Verwendung bezüglich Material und Herstellung relativ einfacher Bauteile realisiert werden, insbesondere bei (nicht zwingend) 45°-Basis.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetz- ten spektralselektiven Polarisationsrotatoren 10 weisen eine sehr kleine Winkelabhängigkeit auf . Da die Abspaltung des ersten Spektralbereiches (insbesondere, wie detailliert erläutert wurde, des Grün-Bereiches) in Kombination mit einem weit- gehendst wellenlängenneutralen Bauelement, nämlich dem vorzu- sehenden polarisationsselektiven Strahlteiler 17, erfolgt, ist eine äusserst kleine Winkelabhängigkeit in der spektralen Charakteristik zu erwarten. Dadurch werden kleine F-Zahlen, d.h. grosse Winkelbereiche, möglich ohne störende Farbeffekte am Rand und in Eckzonen der optisch wirksamen Bauelemente.
Insbesondere in der bevorzugten Grün-Standalone-Version kann das spektralselektiv aufteilende Schichtsystem derart gewählt werden, dass sich Polarisationsshift und Winkelshift weitest- gehend nur im grünen Spektralbereich auswirken. Damit wird einerseits die Uebertragung des blauen und roten Lichtes unkri- tisch und es treten dort jedenfalls keine störenden Farbeffekte oder Verluste auf, andererseits kann der Standalone-Kanal, wie erläutert wurde, relativ einfach getrimmt werden.
In den bevorzugten Ausfuhrungsformen trifft im weiteren das Licht lediglich auf zueinander parallel angeordnete Schichtsy- steme auf. Dies hat den Vorteil, dass die eingangs erwähnte, bei Rosenbluth beschriebene "Compound angle Depolarisation" , ohne weitere aufwendige Massnahmen äusserst klein gehalten werden kann. Es muss daher eine spezielle Phasenoptimierung der Dünnfilmschichtsysteme nicht vorgenommen werden, um optimal guten Kontrast zu erreichen.
Im weiteren kann der optische Weg, den das Licht nach Reflexion an den Lichtventilen in Substratmaterial zurücklegt, rela- tiv kurz gehalten werden, womit Probleme aufgrund der Depola- risation durch Spannungsdoppelbrechung minimal ist.
In den bevorzugten 45°-basierten Ausführungsformen tritt im weiteren Licht, das durch Restreflexionen hervorgerufen wird und, wenn es in den Abbildungsstrahl A gelangt, den Kontrast negativ beeinflusst, im wesentlichen senkrecht auf die Austrittsflächen der Anordnung, wodurch es durch geeignete Massnahmen, (z.B. schwarze Flächen, die das Licht absorbieren können) einfacher zu eliminieren ist als in Anordnungen mit Winkeln ungleich 45°.

Claims

Patentansprüche
1. Spektrale Lichtaufteil- und -Rekombinationsanordnung mit
• einer Eintrittsfläche (12) für aufzuteilendes Licht (L-,)
• mindestens einer Austrittsfläche (49) für rekombiniertes Licht (A, B)
• einer spektralselektiven Aufteil/Rekombinations-Einrichtung (15, 16),
dadurch gekennzeichnet, dass die spektralselektive Auf- teil/Rekombinations-Einrichtung (15, 16) eine polarisationsselektive Aufteil- und Rekombinations-Anordnung (15) umfasst, woran Licht eines Spektralbereiches (Δλ3) von Licht anderer Spektralbereiche (Δλx, Δλ2) abgetrennt bzw. Licht des genannten Spektralbereiches (Δλ3) mit Licht der anderen Spektralbe- reiche (Δλ., Δλ2) rekombiniert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsfläche (12) erst die polarisationsselektive Aufteil- und Rekombinations-Anordnung (1, 15) nachgeordnet ist, darnach mindestens eine spektralselektive Aufteil- und Rekombinations- Anordnung (5, 16) .
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der polarisationsselektiven Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) ein spektralselektiver Polarisationsrota- tor (10) vorgelagert ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem spektralselektiven Polarisationsrotator (10) ein Breitbandpo- larisator vorgelagert ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekenn- zeichnet, dass in Transmissionsrichtung (I) , der polarisationsselektiven Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) nachgelagert, ein Farbtrimmer (26) vorgesehen ist, vorzugsweise ausgebildet als polarisationsabhängiger, spektralselektiver Teiler.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Farbtrimmer (26) und der polarisationsselektiven Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) ein Polarisationsrotator (30) zwischengelagert ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6 , dadurch gekenn- zeichnet, dass in Reflexionsrichtung (II) , der polarisationsselektiven Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) eine spektralselektive Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) nachgelagert ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die polarisationsselektive Teileranordnung (15) ein vorzugsweise zur Eintrittsfläche (12) 45°-geneigtes Schichtsystem (17) umfasst.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Reflexionsrichtung (II) der polarisationsse- lektiven Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) eine spektralselektive Aufteil- und Rekombinationsanordnung (5, 16) nachgeordnet ist, und/oder der polarisationsselektiven Auf- teil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) in Transmissions- richtung (I) eine weitere spektralselektive Teileranordnung (26) nachgeordnet ist, wobei die polarisationsselektive Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) ein planes Schichtsystem (17) umfasst, ebenso die spektralselektive Aufteil- und Rekombinationsanordnung (5, 16) bzw. die weitere Strahlteileranordnung (26) , wobei die Schichtsystemebenen (17, 18, 32) zueinander parallel sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Austrittsfläche (49) für rekom- biniertes Licht mindestens überwiegend einer Polarisierung sowie eine zweite Austrittsfläche (12) für rekombiniertes Licht einer anderen Polarisierung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise eine dieser ersten und zweiten Austrittsflächen (49, 12) die Eintrittsfläche (12) ist.
11. Spektralselektive Lichtmodulationsanordnung mit einer Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufteil- und Rekombinationseinrichtung (15, 16) in spektralselektiven Aufteilkanälen je eine in Reflexion arbeitende, gesteuerte Lichtventilanordnung (24, 25, 47) nachgeordnet ist.
12. Lichtmodulationsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsfläche (12) eine Weisslicht- Beleuchtungsquelle vorgeschaltet ist .
13. Lichtmodulationsanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der polarisationsselektiven
Aufteil- und Rekombinationsanordnung (1, 15) eine Abbildungsoptik nachgelagert ist, bevorzugt ein spektralselektiver Polarisationsrotator (50) sowie, diesem nachgeschaltet, ein polarisationsselektives Filterelement (52) .
14. Lichtmodulationsanordnung nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die polarisationsselektive Aufteil- und Rekombinationsanordnung (15) im Querschnitt im wesentlichen polygon-, vorzugsweise rechteck-, weiter vorzugs- weise quadratfδrmig ist, mit einem polarisationsselektiven
Schichtsystem (17) in einer Fläche, die mindestens genähert in einer Diagonale der Querschnittsfigur liegt .
15. Verfahren zur spektralselektiven Modulation von Licht, bei dem:
• Licht in mindestens drei Spektralbereiche (Δλx, Δλ2, Δλ3) geteilt wird,
• Licht in den mindestens drei Spektralbereichen je an in Reflexion arbeitenden, je nach Ansteuerung die Polarisation des reflektierten Lichtes bezüglich des Einfallslichtes un- verändernden bzw. um 90° drehenden, gesteuerten Lichtventilen (3a, 3b, 3c) moduliert wird,
• das reflektierte Licht der mindestens drei Spektralbereiche rekombiniert (A, B) wird,
dadurch gekennzeichnet, dass man Licht eines der Spektralbe- reiche (Δλ3) durch polarisationsselektive Aufteilung (1) abspaltet und, nach Reflexion an einem zugeordneten Lichtventil (3a) polarisationsselektiv mit dem reflektierten Licht der anderen Spektralbereiche (Δλ-, Δλ2) rekombiniert (1, A, B) .
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht (L-,) mit den mindestens drei Spektralbereichen vorgängig einer spektralselektiven Polarisationsrotation (10) unterzogen wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der mindestens drei Spektralbereiche (Lw) einer ersten Aufteilung durch die polarisationsselektive Aufteilung (1) unterworfen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht mit den mindestens drei Spektralbereichen weisses Licht ist und das durch polarisationsselektive Aufteilung abgespaltete Licht und rekombinierte Licht grünes Licht (ΔλG) ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Aufteilung und Rekombination spektralselektiv (5) vorgenommen wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfad des Lichtes hin zu den Lichtventi- len (3a - 3c) und der Pfad des daran reflektierten Lichtes zurück identisch ist, bis hin zur polarisationsselektiven Rekombination (1) , wo das reflektierte Licht aller Spektren polarisationsselektiv (A, B) geteilt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass die polarisationsselektive Aufteilung (1)
45°- inkel bzw. 90°-Strahlumlenkung (I, II) umfasst.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die spektralselektive Aufteilung (5) 45°-Winkel bzw. 90°- Strahlumlenkung (II, IV) umfasst.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mindestens eines der Spektralbereiche, bevorzugt des durch polarisationsselektive Aufteilung ab- gespalteten (Δλ3) , zwischen dem polarisationsselektiven Aufteilen (1) und Rekombinieren (15) einer Farbtrimmung (26) unterworfen wird, bei der unerwünschte Spektralbereiche ausgeblendet (38, 36) werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbtrimmung (26) durch polarisationsabhängige, spektralselektive Abtrennung vorgenommen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass man vor der Farbtrimmung von Licht eines Spektralbereiches (Δλ3) daran eine bestimmte Polarisationsänderung vornimmt (30) .
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass man nach Rekombination (1) des Lichtes der vorgesehenen Spektralbereiche dieses einer spektralselektiven Polarisationsänderung (50) unterzieht und anschliessend einer polarisationsselektiven Filterung (52) .
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 26, dadurch gekennzeichnet, dass man die optischen Weglängen der Spektralanteile ab erster Aufteilung bis zur letzten Rekombination min- destens genähert gleich auslegt.
28. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 - 27 bzw. der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 14 für die Projektion von Bildern durch spektralselektive, flächige Modulation von Weisslichtspektren.
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