Mit einem Interferenzpolarisator versehene Vorrichtung zur Erzeugung polarisierten Licht Die Erfindung bildet eine Weiterentwick- lung der den Gegenstand des Hauptpatentes bildenden Vorrichtung, mit der eine prak tisch verlustlose Umwandlung von unpolari- siertem Licht in linear oder elliptisch polari sierte Strahlung einheitlicher Schwingungs- und Fortpflanzungsrichtung ermöglicht ist.
Wie im Hauptpatent angegeben, bestehen die den Interferenzpolarisator bildenden Teil polarisatoren aus einem System von hoch- und niedrigbrechenden dünnen Schichten, die mit einer geeigneten einbettenden lichtbrechenden Masse, wie z. B. Glas, unter dem Einfallswin kel a von Licht durchsetzt werden. Der Ein fallswinkel a unterliegt dabei der Beziehung:
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wobei n,h die Brechzahl der hochbrechenden, n, die Brechzahl der tiefbrechenden Schichten des Polarisators und ng. die Brechzahl der ein bettenden Glaskörper bedeuten.
Die in dem oben genannten Patent angegebenen Anord nungen stellen bereits Lösungen dar, die sich in technisch brauchbarer Form verwirklichen lassen. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie fast durchwegs einen Einfallswinkel von a = 45 benötigen. Dies gilt vor allem für die technisch besonders günstigen Anordnungen, bei denen das gesamte,
aus aneinandergereih- ten Einzelpolarisatoren mit Phasenverzöge- rern bestehende Polarisations- und Umlen- kungssystem in einen mit Planflächen senk- recht zu den ein- und austretenden Licht strahlen abgeschlossenen, zusammenhängenden Körper gebracht ist.
Nach der oben angegebe nen Beziehung muss nämlich dabei die Brech- zahl des einbettenden Glases
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sein, was bei der geringen Auswahl der Werte, die technisch für nh und n,t zur Verfügung stehen, zu Werten von n. > 1,65 führt. Diese Lösungen setzen somit die Verwendung kost spieliger, schwerer Sondergläser voraus.
Die Erfindung bietet nun die Möglichkeit, die Vorteile der bisher vorgeschlagenen Aus führungsformen, die insbesondere durch die Ausbildung des gesamten polarisierenden Kör pers als geschlossene Planplatte gegeben sind, auch bei Verwendung von beliebigem Glas, z. B. gewöhnlichem Tafelglas oder durchsich tigem Kunststoff, zu erreichen.
Sie betrifft im besonderen polarisierende Vorrichtungen für solche Zwecke, bei denen das in den mei sten Anwendungsfällen ursprünglich einheit liche Lichtbündel auf eine streifenförmig un terbrochene Eintrittsfläche periodisch einge schnürt ist, wie dies etwa mit Hilfe von strei fenförmigen Zylinderlinsen herbeigeführt wer den kann.
Während nun bei den Ausführungs formen nach dem Hauptpatent innerhalb je des Lichteintrittstreifens das Licht nur auf eine polarisierende Fläche trifft, wird nach der Erfindung die Anordnung so gestaltet, dass parallel zu den planparallelen Begren <U>zun</U>gsebenen des gesamten.
Polarisators ver laufende Wellenfronten jedes in den Polarisa- torkörper eintretenden Teillichtbündels im gleichen Zeitmoment (also nicht nacheinan der) unter einem Einfallswinkel a > 45 min- destens zwei verschiedene benachbarte Licht teilungsebenen durchsetzen,
welche innerhalb des Polarisators wenigstens stückweise und für die eine Schwingungskomponente stark lichtreflektierend ausgebildet sind.
Die Verteilung der lichtteilenden Ebenen innerhalb des ganzen Polarisators kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Man wird in den meisten Fällen den licht reflektierenden Ebenen eine Periode zuord nen, die der Periode der Lichteintrittsfläche entspricht, wobei man im allgemeinen die Breite der Lichteintrittsstreifen gleich der Breite der Sperrstreifen, das heisst der licht- undurchlässigen. Streifen, nehmen wird.
Unter diesen Voraussetzungen ergeben sich für die Verteilung und Anordnung der lichtteilenden Ebenen innerhalb einer Teilbündelperiode mehrere Lösungen, die im folgenden an Hand der beigegebenen Figuren im einzelnen erläu tert werden.
Sämtliche Figuren stellen jeweils einen Schnitt durch den Polarisator dar, der parallel zur Lichteintrittsrichtimg und senk recht zu den polarisierenden Schichten ver läuft; bei allen Beispielen ist der Polarisator durch zwei Ebenen begrenzt, von denen je weils die obere die Lichteintrittsebene und die untere die Lichtaustrittsebene bildet.
Fig.1 zeigt zunächst den grtmdsätzlichen Aufbau eines der -Erfindung entsprechenden Polarisators. Die Lichteintrittsfläche ist, wie auch bei allen übrigen Beispielen, periodisch unterteilt in. freie Streifen 11 und Sperrstrei fen 12, beide von gleicher Breite b.
Innerhalb jeder damit gegebenen Periode besteht der Polarisator aus Planplatten 13, 14 und 15, zwischen denen die lichtteilenden polarisieren den Schichten 16, 17 und 18 mit optischem Kontakt eingeschlossen sind. Die Schichten systeme 1.6; 17 und 18 können bei diesem er sten Beispiel als -untereinander gleichartig an- genommen werden. Gegenüber den beiden Be grenzungsflächen des Polarisators liegen die Platten 13, 14 und 15 und damit auch die polarisierenden Schichten unter dem Winkel a, der, wie bereits bemerkt, bei Verwendung von nicht hochbrechendem Glas grösser als 45 sein muss.
Damit hierbei keine Lichtverluste entste hen, ist es erforderlich, dass in der die po larisierenden Interferenzschichten senkrecht durchsetzenden Schnittebene der ganzen Po larisatorplatte die Länge der Interferenz schichten, die mit l bezeichnet sei, und die Breite b der einfallenden Teillichtbündel in bestimmtem Zusammenhang mit dem Ein fallswinkel a stehen, und zwar muss die Be ziehung gelten: l <I>= k</I> # b/cos <I>a, (2)</I> wobei k = 1, 2, 3 . . . zu setzen ist.
Der Win kel a ist seinerseits nach der oben angegebenen Beziehung (1) mit den Brechzahlen der ver wendeten Stoffe verknüpft Die auf der Licht austrittsfläche den. Lichteintrittsstreifen ge genüberliegenden Streifen tragen die zur Ver einheitlichung des Schwingungszustandes die nenden, doppelt brechenden Folienstreifen 19 (Gangunterschied 2,/2 für linear polarisiertes Licht), so dass das gesamte austretende Licht einheitliche Polarisation aufweist.
Zum Schutze der Folien 19 ist auf die Lichtaustrittsfläche eine Deckplatte 20 aufgekittet. -Wie aus der Fig.1 hervorgeht, treffen auf, die durch die Breite 2b gegebene Periode der Lichteintritts fläche drei mit lichtteilenden Schichten be legte Ebenen 16, 17 und 18;
von diesen wer den 17 und 18 stückweise gleichzeitig von der Wellenfront des ankommenden Teillichtbün- dels durchsetzt, wobei infolge der polarisie renden Wirkung die eine, senkrecht zur Ein fallsebene schwingende Komponente des Lichtbündels sehr stark, die andere, parallel zur Einfallsebene schwingende Komponente sehr schwach reflektiert wird.
Die Aufspal tung in die beiden Komponenten ist in Fig.1 durch quergestrichelte bzw. punktierte Strah len angedeutet. Wenn die austretenden Bün del vollständig polarisiert sein und lückenlos aneinandergrenzen sollen, so müssen die ge genseitigen Abstände der Ebenen 16, 17 und 18 und damit die Dicken der einzelnen Glas platten sich verhalten wie
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m bedeutet hierbei eine kleine positive ganze Zahl,
die zweckmässig nicht grösser gewählt wird als
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Bei Einhaltung dieser Bedingungen hat man insbesondere für m = 1 ausser der ver lustlosen Polarisation noch den Vorteil, dass man die Periode der Lichteintrittsstreifen be liebig gegen diejenige der lichtteilenden Ebe nen verschieben kann; die Begrenzungen der ersteren können sogar windschief gegenüber letzteren verlaufen.
Man hat dann nur dafür zu sorgen, dass die zur Vereinheitlichung des Schwingungszustandes dienenden, doppeltbre- chenden Fölienstreifen 19, in der Strahlen richtung gesehen, überall durch die gleichen Strahlen (El. B in Fig.1) begrenzt werden, wie die Lichteintrittsstreifen. Für den Fall, dass die Sperrstreifen auf der Lichteintri\tts- fläche gerade mit der entgegen der Strahlen richtung erfolgten Projektion einer Lichttei- lungsebene sich decken,
können die polarisie renden Schichten dieser Ebene (16 in Fig.1) auch durch eine gewöhnliche Spiegelschicht ersetzt werden.
Während nun bei dem Beispiel nach Fig. 1 die doppeltbrechenden Folien 19 streifenweise in Deckung mit den freien Streifen der Licht eintrittsfläche justiert und durch eine Deck platte 20 gesichert werden, können diese Fo lien auch längs einer Lichtteilungsebene an gebracht werden, was für die Herstellung des gesamten Polarisatorkörpers eine wesentliche Vereinfachiuig bedeuten kann.
Voraussetzung für eine solche Lösung ist, dass eine Lichttei- lungsebene in jeder Periode sich entgegen der Lichtrichtung gesehen möglichst genau auf einen Lichteintrittsstreifen projiziert und die Abstände der Lichtteilungsebenen innerhalb der Periode im Verhältnis von ganzen Zahlen zueinander stehen. Fig.2 zeigt den Aufbau eines solchen Polarisators. Die Lichteintritts- fläche ist wieder periodisch unterteilt in freie Streifen 21 und Sperrstreifen 22.
Die den Po larisator bildenden, unter dem Winkel a ge neigten Glasplatten sind mit 23, 24 und 25 bezeichnet; zwischen den Platten sind die polarisierenden Schichten 26, 2 7 und 28 ein gebettet, wobei auf den Schichten 28 zugleich die zur Vereinheitlichung des Schwingungs zustandes dienenden, doppeltbrechenden Fo lien 29 angebracht sind. Die Projektion der Folien 29 entgegen der Lichtrichtung auf die Lichteintrittsebene deckt sich mit den freien Streifen 21.
Auch hier durchsetzt die Wel lenfront jedes Teillichtbündels im Polarisator gleichzeitig zwei benachbarte Lichtteilungs- ebenen. Die beiden Abschnitte, in die die pola risierenden Schichten 27 die Eintrittsbreite 21 unterteilen, und damit auch die Dickenmasse der Platten 23 und 24 stehen zueinander in dem Verhältnis
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Die Forderung eines ganzzahligen Dicken verhältnisses der Platten bedeutet also, dass der Winkel a der Bedingung genügen muss
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Der Winkel a kann also hierbei die Werte annehmen:
60 , 54 44', 52 14' usw. Für die praktische Ausführung wird man die Werte von na so wählen, dass die sich damit ergeben den Werte von a in möglichst guter Überein stimmung mit der Forderung nach Gleichung (1) stehen. Es sei noch erwähnt, dass jeder Lichteintrittsstreifen anstatt nur von der einen Lichtteilinmgsebene 27 auch von zwei oder mehr Lichtteilungsebenen geschnitten werden kann, solange die erzeugten kleineren Ab schnitte in einem ganzzahligen Teilungsver hältnis zum grössten Abschnitt stehen.
Bei den bisher beschriebenen Polarisatoren sind die lichtteilenden Ebenen so angeordnet, dass die ohne Reflexion durchtretenden Licht bündel wenigstens teilweise zwei oder mehrere polarisierende Schichtensysteme durchsetzen. Will man dies vermeiden, so hat man dafür zu sorgen, dass in jeder Periode der Licht eintrittsfläche mir eine polarisierende Licht teilungsebene zur Wirlnuig kommt. Eine sol che Anordnung ist durch Fig. 3 veranschau licht.
Die Lichteintrittsfläche ist wiederum gleichmässig unterteilt in freie Streifen 31 und Sperrstreifen 32. Zu jeder Periode der Licht eintrittsfläche gehören zwei Lichtteilungsebe- nen 33 und 34, in denen die polarisierenden Schichten 35 bzw. 36 angebracht sind. Die Schichten 36 können bei diesem Beispiel auch durch eine einfache Spiegelschicht ersetzt wer den. Beide Schichtensysteme 35 und 36 er strecken sich jeweils nur auf den Anteil der Lichtteihmgs- oder Spiegelungsebenen 33 bzw.
34, dessen Projektion entgegen der Lichtrich tung gerade mit dem Lichteintrittsstreifen 31 bzw. dem Sperrstreifen 32 zusammenfällt.
Der Erfindungsgedanke bleibt trotzdem eingehalten, weil die Verlängerung der Schichtebene 36 über den belegten Teil hin aus (die Verlängerung ist auf der Zeichnung mit 36a bezeichnet) gleichzeitig mit der Schichtebene 35 von dem durch den Streifen 31 eintretenden Teillichtbündel durchsetzt wird. Auf der Lichtaustrittsseite bleibt in ent sprechender Weise von -der Schichtebene 35 der untere, mit 35a bezeichnete Teil frei von polarisierenden Schichten, lässt also die an 36 reflektierten Strahlen irrmittelbar austreten.
Die Abstände der Schichten 35 und 36 und damit die Dicken der Platten verhalten sich hierbei wie (tg a#tg2a-1) <I>:</I> (tg <I>a</I> tg2 <I>a</I> +1).
(6) Bezeichnet man die innerhalb der Platten liegende Länge der Lichtteilungsebenen wie der mit Z und den obern bzw. den untern von polarisierenden oder spiegelnden Schichten jeweils freibleibenden Teil dieser Länge mit a, so ist das Verhältnis a%i:
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Die zur Vereinheitlichung der Schwin gungsrichtung dienenden, doppeltbrechenden Folien (in Fig.3 mit 39 bezeichnet) können hier, ebenso wie bei dem Beispiel nach Fig. 2, auf der Lichtaustrittsfläche entweder für die durchgehenden oder, wie in Fig. 3 dargestellt, iür die reflektierten Strahlen angebracht werden. Falls die Schicht 36 eine gewöhnliche Spiegelfläche bildet, erfolgt die Einbettung der geeignet abgestimmten Folien 39 ummit telbar vor der Spiegelfläche 36.
Zur praktischen Herstellung von Polarisa- toren der bisher beschriebenen Art verwendet man zweckmässig Planplatten aus Spiegel- oder Maschinenglas, deren Dicke unter Be rücksichtigung der Schicht- und Kittdicken und der Periode der Lichteintrittsfläche so bemessen ist, dass die gewünschten Massver hältnisse entstehen. Die Einzelplatten können nach Beschichtung mit den polarisierenden oder spiegelnden Schichten, die nach bekann ten Methoden erfolgen kann, miteinander ver kittet und dann unter dem Winkel a zu den Liehtteilungsebenen in planparallele Stücke der erforderlichen Dicke zerschnitten und po liert werden.
Um dabei ein Aufreissen der Kittfläche zwischen den einzelnen Platten zu vermeiden, empfiehlt sich die Verwendung eines nicht zu spröden Kittes, z. B. polymeri sierender plastischer Kitte. Statt die polarisie renden Schichten unmittelbar auf die Glas körper aufzubringen, kann man sie selbstver ständlich auch auf durchsichtige Folien, z. B. aus Celluloseacetat, Polystyrol, Polyvinylalko- hol oder dergleichen niederschlagen und diese dann zwischen die Glasplatten einkitten.
Die bisher angegebenen Ausführungsfor- men von Polarisatoren verlangen einen gewis sen Aufwand an mechanischer Bearbeitung, insbesondere beim Durchsägen und Polieren der verkitteten Plattensätze. Dieser Aufwand lässt sich vermeiden, wenn man die die polari sierenden und die spiegelnden Schichten tra genden Glas- oder Kunststoffkörper so aus bildet, dass sie durch Pressen hergestellt wer den können, so dass sie im allgemeinen keiner lei zusätzliche Bearbeitung mehr benötigen.
Ausführungsformen, die diesem Grundsatz entsprechen, lassen sich je nach der Anord nung der polarisierenden -und spiegelnden Schichten sehr zahlreich angeben. Die Abbil dungen 4 und 5 geben hierfür zwei Beispiele in ähnlicher Darstellung wie die vorher ge nannten.
Bei beiden Beispielen ist die Aus führung so gewählt, dass sich im Querschnitt des Polarisators innerhalb jeder Periode der Lichteintrittsfläche eine symmetrische Form des Polarisators ergibt, -und zwar symmetrisch zu der Mittelsenkrechten S-S des Lichtein- trittsstreifens. Die gleichartigen Teile sind bei diesen beiden Beispielen mit denselben Be zugszahlen bezeichnet.
Beide Polarisatoren be stehen aus je einer obern Platte 40 mit der ebenen, periodisch in Lichteintrittsstreifen 48 und Sperrstreifen 49 unterteilten Lichtein- trittsfläche und einer untern Platte 41, die auf der unten befindlichen Lichtaustritts seite die doppeltbrechenden Folien 50 zur Ver einheitlichung der Schwingungsrichtung trägt.
Die einander zugekehrten Seiten der beiden Platten sind so profiliert, dass sie genau inein- Gnderpassen und dabei auf den unter dem Winkel a zur Lichteintrittsrichtung liegen den Flächen 42, 43, 44 und 45 die erforder lichen polarisierenden Schichten tragen. Die Schichten der Flächen 42 und 45 können dabei auch durch Spiegelschichten ersetzt sein. Die zwischen den beiden Platten 40 und 41 verbleibenden Hohlräiune 46 und 47 kön nen beispielsweise durch Kittmassen oder Flüssigkeiten mit der gleichen Brechzahl wie diejenige der Körper 40 und 41 ausgefüllt sein.
Günstiger ist es, zur Vermeidung von Spannungen bei Temperaturwechsel, diese Räume durch prismatisch in der Form an gepasste Glasstreifen auszufüllen, die eben falls als Pressstücke hergestellt sein können. Platten und Füllkörper können dann zu einem zusammenhängenden stabilen Körper verkittet werden.
Für die gegenseitigen Abstände der Flächen 42, 43, 44 und 45 gelten wiederum die oben durch die Beziehungen (3) und (4) festgelegten Bedingungen; die in der Zeichen ebene sich ergebenden Längen dieser Flächen sollen jeweils gerade so gross sein, dass die eine Schwingungskomponente jedes ankom- menden Strahls insgesamt eine geradzahlige Anzahl von Reflexionen an diesen Flächen erfährt.
Die doppeltbrechenden Folien 50 sind wiederum streifenförmig auf die Lichtaus trittsfläche aufgekittet, und zwar bei Fig.4 so, dass sich die Folien, entgegen der Licht richtung gesehen, mit den Lichtsperrstreifen 49 decken, während sie bei Fig. 5 den Licht eintrittsstreifen 48 gegenüberliegen:
Eine weitere Ausführungsform eines aus Presskörpern gebildeten Polarisators, die be sondere Vorteile hinsichtlich der Fertigung aufweist, ist durch Fig. 6 dargestellt. Sie be steht aus einer gepressten Platte 51, deren Querschnitt von sägezahnartig aneinanderge- reihten, gleichschenkligen Dreiecken gebildet wird.
Die Basis der gleichschenkligen Drei ecke ist gleich der Periode der Lichteintritts- fläche; die mit 56 bezeichneten Schenkel. der Dreiecke sind unter dem Winkel a zur Licht eintrittsöffnung geneigt. Die gesamten Schräg flächen 56 der im Querschnitt dreieckigen Prismen von 51 sind mit polarisierenden Schichten bedeckt. Auf die Platte 51 ist eine zweite gepresste Platte 52, ebenfalls mit säge zahnartigem Querschnitt, aufgekittet, die genau in die prismatischen Zähne von-51 ein greift und für jede , Periode der Lichtein- trittsfläche eine V-förmige Vertiefung 53 auf weist.
Die Schrägflächen der V-förmigen Ver tiefungen sind parallel zu den Flächen 56 und tragen die zur Drehung der Schwingungs richtung dienenden, doppeltbrechenden Folien 59 sowie eine Spiegelschicht 59a. Die obere Begrenzung der Platte 52 bildet die Lichtein- trittsfläch@e, die wiederum unterteilt ist in Sperrstreifen 57 und Lichteintrittsstreifen 58. Der Abstand der Spiegelflächen 59a von den zugehörigen Polarisationsschichten 56 beträgt
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worin b die Breite der Lichteintrittsstreifen 58 bezeichnet, die gleich der halben Basis der Dreiecke von 51 ist.
Der obere Teil der V-för- migen Vertiefungen der Platte 52, der die Breite der Lichteintrittsstreifen begrenzt, ver läuft parallel zur Lichteintrittsrichtung. Die auf diese Weise gebildeten, gegen Lichtein tritt von aussen abgedeckten Hohlräume 53 können bei diesem Beispiel entweder frei blei ben oder auch etwa zum Schutze der Schich ten 59 und 59a mit einer beliebigen Masse ausgefüllt sein.
Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht unter anderem darin, dass eine durch Unvollkommenheit der Folien etwa verursachte Depolarisation des Lichtes beim nochmaligen Durchgang durch die Schichten 56 beseitigt wird. Lässt man bei dieser Ausführungsform die Hohlräume 53 frei, so können die Spiegelschichten 59a auch wegfallen, da dann an der Aussenseite der Fo lien 59 Totalreflexion eintritt.
Die Dicke der Folien muss in diesem Falle natürlich entspre chend der zusätzlich durch die Totalreflexion bewirkten Phasendifferenz so abgestimmt wer den, dass insgesamt bei der Reflexion eine Ver zögerung von d/2 zustande kommt.
Für die Herstellung solcher Polarisatoren ist es erwünscht, dass an die Flächenqualität der obern Platte 52 nicht zu hohe Ansprüche gestellt werden. Dieses ist dann der Fall, wenn die Hohlräume 53 mit eingekitteten Prismenstreifen ausgefüllt werden, deren Schrägflächen genau gearbeitet und verspie- gelt sind. Die Prismen 53 sichern dann den.
richtigen Abstand zwischen den polarisieren den Schichten 56 und den spiegelnden Schich ten 59a. Ferner ist es bei dieser Ausführungs form besonders vorteilhaft, wenn man die polarisierenden Schichten 56 nicht auf die gepressten Platten selbst, sondern auf einen zusammenhängenden Film aufbringt, der dann zwischen die beiden Pressplatten 51 und 52 eingedrückt wird. Falls die Kanten der Presskörper etwas abgerundet sind, empfiehlt es sich, dem Polarisationsfilm nach dem Auf bringen der Schichten in einer scharfkantigen Lehre die genaue Form zu erteilen.
Auf diese Weise werden Polarisationsverluste an den Umbiegestellen weitgehend vermieden.
Die beschriebenen Polarisatoren lassen sich mit besonderem Vorteil für Scheinwerfer, z. B. zum Zwecke des blendungsfreien Fahrzeug verkehrs, verwenden. Ebenso können sie aber auch beispielsweise bei Stereoprojektionsgerä- ten benutzt werden, die auf der Verwendung von polarisiertem Licht beruhen. -
Device provided with an interference polarizer for generating polarized light The invention is a further development of the device forming the subject of the main patent, with which a practically lossless conversion of unpolarized light into linear or elliptically polarized radiation of uniform oscillation and propagation direction is made possible .
As indicated in the main patent, the polarizers forming the interference polarizer consist of a system of high and low refractive thin layers, which are coated with a suitable embedding refractive mass, such as. B. glass, under the incidence angle a are interspersed with light. The angle of incidence a is subject to the relationship:
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where n, h is the refractive index of the high-index layers, n, the refractive index of the deep-index layers of the polarizer and ng. mean the refractive index of a bedding glass body.
The arrangements indicated in the above-mentioned patent already represent solutions that can be implemented in a technically useful form. However, they have the disadvantage that they almost always require an angle of incidence of a = 45. This applies above all to the technically particularly favorable arrangements in which the entire,
A polarization and deflection system consisting of lined-up individual polarizers with phase retarders is brought into a coherent body which is closed off with plane surfaces perpendicular to the incoming and outgoing light beams.
In accordance with the relationship given above, the refractive index of the embedding glass must be
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This leads to values of n.> 1.65 with the small selection of values that are technically available for nh and n, t. These solutions therefore require the use of expensive, heavy special glasses.
The invention now offers the possibility of the advantages of the previously proposed imple mentation forms, which are given in particular by the formation of the entire polarizing Kör pers as a closed plane plate, even when using any glass, eg. B. ordinary sheet glass or transparent term plastic to achieve.
It relates in particular to polarizing devices for those purposes in which the light bundle originally uniform in most applications is periodically constricted onto a strip-shaped uninterrupted entrance surface, as can be brought about by means of stripe cylindrical lenses who can.
While now in the execution forms according to the main patent within each light entry strip, the light only hits a polarizing surface, according to the invention the arrangement is designed so that parallel to the plane-parallel limits <U> Zun </U> gsebenen of the whole.
Wavefronts running through the polarizer of each partial light beam entering the polarizer body at the same instant of time (i.e. not one after the other) at an angle of incidence a> 45 enforce at least two different neighboring light division planes,
which are designed at least partially within the polarizer and highly light-reflecting for one oscillation component.
The distribution of the light-splitting planes within the entire polarizer can be made in various ways. In most cases, the light-reflecting planes will be assigned a period which corresponds to the period of the light entry surface, the width of the light entry strips generally being equal to the width of the barrier strips, that is to say the opaque strips. Strip, will take.
Under these conditions, there are several solutions for the distribution and arrangement of the light-splitting planes within a partial beam period, which are explained in detail below with reference to the accompanying figures.
All the figures each represent a section through the polarizer, which runs parallel to the light inlet direction and perpendicular to the polarizing layers ver; In all examples, the polarizer is limited by two planes, of which the upper one forms the light entry plane and the lower one forms the light exit plane.
1 initially shows the basic structure of a polarizer corresponding to the invention. As in all the other examples, the light entry surface is periodically subdivided into free strips 11 and blocking strips 12, both of the same width b.
Within each given period, the polarizer consists of plane plates 13, 14 and 15, between which the light-splitting polarize the layers 16, 17 and 18 are included with optical contact. The layer systems 1.6; In this first example, 17 and 18 can be assumed to be identical to one another. Opposite the two boundary surfaces of the polarizer, the plates 13, 14 and 15 and thus also the polarizing layers are at the angle α, which, as already noted, must be greater than 45 when using non-highly refractive glass.
So that no light losses arise, it is necessary that the length of the interference layers, which is denoted by l, and the width b of the incident partial light bundles in a certain connection with the on in the section plane of the entire polarizer plate penetrating perpendicularly through the polarizing interference layers if angle a, the relationship must apply: l <I> = k </I> # b / cos <I> a, (2) </I> where k = 1, 2, 3. . . is to be set.
The angle a is in turn linked to the refractive indices of the substances used according to the relationship (1) given above. Light entry strips opposite each other carry the double refractive film strips 19 (path difference 2, / 2 for linearly polarized light) to unify the vibration state, so that all of the exiting light has uniform polarization.
To protect the foils 19, a cover plate 20 is cemented onto the light exit surface. As can be seen from FIG. 1, the period of the light entry surface given by the width 2b meets three layers 16, 17 and 18 with light-splitting layers;
17 and 18 are simultaneously penetrated by the wavefront of the incoming partial light bundle, whereby, due to the polarizing effect, one component of the light bundle oscillating perpendicular to the plane of incidence reflects very strongly and the other component oscillating parallel to the plane of incidence very weakly becomes.
The splitting into the two components is indicated in Figure 1 by dashed or dotted lines. If the exiting Bün del be fully polarized and should border each other without gaps, the ge mutual distances between the levels 16, 17 and 18 and thus the thicknesses of the individual glass plates must behave as
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m means a small positive whole number,
which is expediently chosen not to be greater than
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If these conditions are met, one has the advantage, especially for m = 1, in addition to the lossless polarization, that the period of the light entry strips can be shifted as desired against that of the light-dividing planes; the limits of the former can even be skewed compared to the latter.
One then only has to ensure that the double-refracting foil strips 19, which serve to standardize the oscillation state, are delimited everywhere by the same rays (El. B in FIG. 1) as the light entry strips, as seen in the direction of the rays. In the event that the blocking strips on the light entry surface coincide with the projection of a light splitting plane against the direction of the rays,
the polarizing layers of this plane (16 in Fig.1) can also be replaced by an ordinary mirror layer.
While in the example of Fig. 1, the birefringent foils 19 are adjusted in strips in congruence with the free strips of the light entry surface and secured by a cover plate 20, these foils can also be brought along a light splitting plane, which is essential for the production of the entire polarizer body can mean a substantial simplification.
A prerequisite for such a solution is that a light splitting plane in each period is projected as precisely as possible onto a light entry strip when viewed against the direction of light and the distances between the light splitting planes within the period are in the ratio of whole numbers to one another. Fig.2 shows the structure of such a polarizer. The light entry surface is again periodically divided into free strips 21 and blocking strips 22.
The polarizer forming the glass plates inclined at the angle α are denoted by 23, 24 and 25; The polarizing layers 26, 27 and 28 are embedded between the plates, with the birefringent foils 29, which serve to standardize the vibration state, being attached to the layers 28 at the same time. The projection of the foils 29 against the direction of light onto the light entry plane coincides with the free strips 21.
Here, too, the wave front of each partial light bundle in the polarizer simultaneously penetrates two neighboring light splitting planes. The two sections into which the polarizing layers 27 subdivide the entrance width 21, and thus also the thickness of the plates 23 and 24 are in the ratio to one another
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The requirement of an integer thickness ratio of the plates means that the angle a must meet the condition
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The angle a can thus assume the values:
60, 54 44 ', 52 14' etc. For the practical implementation, the values of na will be chosen so that the resulting values of a correspond as closely as possible to the requirement of equation (1). It should also be mentioned that each light entry strip can also be cut by two or more light division planes instead of just one light dividing plane 27, as long as the smaller sections produced are in an integer division ratio to the largest section.
In the polarizers described so far, the light-dividing planes are arranged in such a way that the light bundles passing through without reflection at least partially penetrate two or more polarizing layer systems. If one wants to avoid this, one has to make sure that in every period of the light entry surface a polarizing light splitting plane comes into effect. Such an arrangement is illustrated by FIG. 3.
The light entry surface is again evenly divided into free strips 31 and blocking strips 32. Each period of the light entry surface has two light splitting planes 33 and 34 in which the polarizing layers 35 and 36 are applied. In this example, the layers 36 can also be replaced by a simple mirror layer. Both layer systems 35 and 36 each only extend to the portion of the light dividing or reflection planes 33 or
34, the projection of which, contrary to the direction of light, just coincides with the light entry strip 31 and the blocking strip 32.
The idea of the invention is still adhered to because the extension of the layer plane 36 beyond the occupied part (the extension is denoted by 36a in the drawing) is penetrated simultaneously with the layer plane 35 by the partial light beam entering through the strip 31. On the light exit side, the lower part of the layer plane 35, denoted by 35a, remains free of polarizing layers in a corresponding manner, that is to say allows the rays reflected at 36 to exit indirectly.
The distances between layers 35 and 36 and thus the thicknesses of the plates behave like (tg a # tg2a-1) <I>: </I> (tg <I> a </I> tg2 <I> a </ I> +1).
(6) If one denotes the length of the light splitting planes lying within the plates like that with Z and the upper or lower part of this length that remains free from polarizing or reflective layers with a, then the ratio a% i is:
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The birefringent foils (denoted by 39 in FIG. 3) serving to standardize the direction of oscillation can, as in the example according to FIG. 2, either for the continuous or, as shown in FIG. 3, for the light exit surface reflected rays. If the layer 36 forms a normal mirror surface, the appropriately matched foils 39 are embedded directly in front of the mirror surface 36.
For the practical manufacture of polarizers of the type described so far, flat plates made of mirror or machine glass are expediently used, the thickness of which is dimensioned, taking into account the layer and cement thicknesses and the period of the light entry surface, so that the desired proportions arise. The individual plates can after coating with the polarizing or reflective layers, which can be done according to known methods, cemented together and then cut at the angle a to the Liehtteilungsebenen in plane-parallel pieces of the required thickness and po lated.
In order to avoid the putty surface between the individual panels tearing open, we recommend using a putty that is not too brittle, e.g. B. polymerizing plastic putty. Instead of applying the polarizing layers directly to the glass body, you can of course also apply them to transparent films such. B. precipitate from cellulose acetate, polystyrene, polyvinyl alcohol or the like and then cement them between the glass plates.
The previously specified embodiments of polarizers require a certain amount of mechanical processing, in particular when sawing through and polishing the cemented plate sets. This effort can be avoided if the glass or plastic bodies carrying the polarizing and reflective layers are formed so that they can be produced by pressing, so that they generally no longer require any additional processing.
Embodiments which correspond to this principle can be specified very numerous depending on the arrangement of the polarizing and reflective layers. Figures 4 and 5 give two examples of this, similar to the ones mentioned above.
In both examples, the design is chosen so that the polarizer has a symmetrical shape in the cross section of the polarizer within each period of the light entrance surface, namely symmetrical to the perpendicular S-S of the light entrance strip. The similar parts are referred to in these two examples with the same reference numbers.
Both polarizers consist of an upper plate 40 with the flat light entry surface periodically subdivided into light entry strips 48 and blocking strips 49 and a lower plate 41 which carries the birefringent foils 50 on the light exit side below to unify the direction of oscillation.
The mutually facing sides of the two plates are profiled so that they fit exactly into one another and at the same time the surfaces 42, 43, 44 and 45 carry the required polarizing layers on the surfaces 42, 43, 44 and 45 lying at the angle α to the light entry direction. The layers of the surfaces 42 and 45 can also be replaced by mirror layers. The hollow grooves 46 and 47 remaining between the two plates 40 and 41 can be filled, for example, by cement or liquids with the same refractive index as that of the bodies 40 and 41.
It is more favorable, in order to avoid stresses in the event of temperature changes, to fill these spaces with glass strips fitted prismatically in the form, which can also be manufactured as pressed pieces. The panels and filler bodies can then be cemented to form a cohesive, stable body.
For the mutual distances between the surfaces 42, 43, 44 and 45, the conditions specified above by the relationships (3) and (4) apply again; the lengths of these surfaces resulting in the plane of the drawing should in each case be just large enough that the one oscillation component of each arriving beam experiences an even number of reflections on these surfaces.
The birefringent foils 50 are in turn cemented in strips on the light exit surface, namely in Fig. 4 so that the foils, seen against the direction of light, cover with the light blocking strips 49, while in Fig. 5 they face the light entry strips 48:
A further embodiment of a polarizer formed from pressed bodies, which has special advantages in terms of production, is shown in FIG. It consists of a pressed plate 51, the cross-section of which is formed by isosceles triangles lined up like a sawtooth.
The base of the isosceles triangle is equal to the period of the light entry surface; the legs labeled 56. of the triangles are inclined at the angle α to the light entrance opening. The entire inclined surfaces 56 of the prisms of 51, which are triangular in cross section, are covered with polarizing layers. A second pressed plate 52, likewise with a sawtooth-like cross-section, is cemented onto the plate 51, which engages precisely in the prismatic teeth of -51 and has a V-shaped recess 53 for each period of the light entry surface.
The inclined surfaces of the V-shaped depressions are parallel to the surfaces 56 and carry the double-refracting foils 59 and a mirror layer 59a which are used to rotate the direction of vibration. The upper delimitation of the plate 52 forms the light entry surface, which in turn is subdivided into blocking strips 57 and light entry strips 58. The distance between the mirror surfaces 59a and the associated polarization layers 56 is
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where b denotes the width of the light entry strips 58, which is equal to half the base of the triangles of 51.
The upper part of the V-shaped depressions of the plate 52, which delimits the width of the light entry strips, runs parallel to the light entry direction. The cavities 53 formed in this way, covered against light entry from the outside, can either remain free in this example or be filled with any mass to protect the layers 59 and 59a.
A particular advantage of this embodiment is, among other things, that a depolarization of the light caused by imperfection of the foils is eliminated when it passes through the layers 56 again. If the cavities 53 are left free in this embodiment, the mirror layers 59a can also be omitted, since total reflection then occurs on the outside of the foils 59.
In this case, the thickness of the foils must of course be matched to the additional phase difference caused by total reflection so that overall a delay of d / 2 occurs during reflection.
For the production of such polarizers it is desirable that the surface quality of the upper plate 52 is not subject to excessive demands. This is the case when the cavities 53 are filled with cemented prism strips, the inclined surfaces of which are precisely machined and mirrored. The prisms 53 then secure the.
correct distance between the polarize the layers 56 and the reflective layers 59a. Furthermore, in this embodiment it is particularly advantageous if the polarizing layers 56 are not applied to the pressed plates themselves, but rather to a cohesive film which is then pressed between the two pressing plates 51 and 52. If the edges of the pressed bodies are slightly rounded, it is advisable to give the polarization film the exact shape after applying the layers in a sharp-edged gauge.
In this way, polarization losses at the bending points are largely avoided.
The polarizers described can be used with particular advantage for headlights, eg. B. for the purpose of glare-free vehicle traffic, use. However, they can also be used, for example, in stereo projection devices that are based on the use of polarized light. -