-
Gebiet der Erfindung
-
Das Gebiet der Erfindung liegt im Bereich einfacher selektiver Strahlenteiler-Schichten mit einfacher Transmissions-Reflexions-Charakteristik, wobei ein Lichtstrahl (bifurkal) in zwei Teilstrahlen getrennt wird, von denen einer an der Strahlenteiler-Schicht reflektiert wird, und einer die Strahlenteiler-Schicht transmittiert. Die beiden Teilstrahlen sind dann im Fall von Polarisations-Strahlenteiler-Schichten verschieden polarisiert. Im Fall von Farb-Strahlenteiler-Schichten sind sie verschiedenfarbig ausgeprägt. Insbesondere betrifft die Erfindung die gleichzeitige Verwendung zweier solcher Schichten mit komplementärer Transmissions-Reflexions-Charakteristik, die sich in einer kreuzförmigen Anordnung kreuzen, wobei der erste Teilstrahlen die erste Schicht transmittiert und an der zweiten Schicht reflektiert wird, während der zweite Teilstrahl die zweite Schicht transmittiert und an der ersten Schicht reflektiert wird, wodurch ein symmetrisches Teilungsbild entsteht (beide Teilstrahlen sind einmal gefaltet).
-
Das erfindungsgemäße bifurkale Strahlenteiler-Kreuz setzt ebenfalls zwei selektive Strahlenteilerschichten mit komplementärem Transmissions-Reflexions-Verhalten ein. Es liefert dasselbe Teilungsbild wie der Stand der Technik, kommt jedoch ohne sich kreuzende Schichten aus. Jede der beiden Schichten wird nur in je einem Arm des vierarmigen Kreuzes verwendet. Die beiden restlichen Arme sind durch einfache Reflexions-Schichten ausgebildet.
-
Diskussion des Stands der Technik
-
Vom Stand der Technik sind zwei bifurkal wirkende Strahlenteiler-Kreuze bekannt. Eines arbeitet mit zwei komplementär ausgebildeten Polarisations-Strahlenteiler-Schichten (Mayer und Bausenwein, ”Vorrichtung zur reziproken Polarisation mit zueinander komplementären Polarisationsschichten (Kreuzpolarisator)”,
WO2005076635 ). Das andere arbeitet mit zwei komplementär ausgebildeten Farb-Strahlenteiler-Schichten (Mayer und Bausenwein, ”Strahlenteiler-Kreuz zur bifurkalen Farbenteilung” DE...; Mayer und Bausenwein ”Sechsfarbige Stereo-Bildanzeige mit wellenlängensortierter mehrstufiger Farbaddition” DE...). In beiden Fällen lässt die erste Schicht die Lichtqualität transmittieren, welche die zweite Schicht reflektiert, und die zweite Schicht lässt die Lichtqualität transmittieren, welche die erste Schicht reflektiert (sieh
). Bei kreuzförmiger Anordnung der beiden Schichten kann eine vorteilhafte symmetrische Strahlenteilung (
) oder Strahlenvereinigung (
) erreicht werden. Im Gegensatz zu einfachen Strahlenteiler-Schichten, die ein asymmetrisches Teilungsbild aufweisen (
, nur ein Teilstrahl wird gefaltet) wird in der kreuzförmigen Anordnung mit gekreuzten komplementären Strahlenteiler-Schichten jeder Teilstrahl einmal gefaltet, ohne dass sich die Lauflänge des Teilungssystems gegenüber einfachen Strahlenteilern verlängert. Dadurch kennen sowohl in Anordnungen mit Polarisations-Strahlenteiler-Schichten als auch in Anordnungen mit Farb-Strahlenteiler-Schichten sehr kompakte, effiziente Systeme – wie z. B. Mehrkanal-Stereo-Bildanzeigen – entstehen.
-
Überblick über die Erfindung
-
Die beiden beschriebenen Strahlenteiler-Kreuze vom Stand der Technik (für Polarisation und für Farbe) sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen geteilt wird, von denen jeder vollständig über beide komplementären Schichten geführt wird (
, c). Dieses reziproke Prinzip wird von Mayer und Bausenwein (
WO2005076635 ) ausführlich beschrieben. Sowohl bei der Strahlenteilung als auch bei der Strahlenvereinigung transmittiert der erste Teilstrahl die erste Strahlenteiler-Schicht T1R2 und wird an der zweiten Strahlenteiler-Schicht T2R1 reflektiert, während der zweite Teiltstrahl die zweite Strahlenteiler-Schicht T2R1 transmittiert und an der ersten Strahlenteiler-Schicht T1R2 reflektiert wird.
-
Diese reziproke Gleichbehandlung der beiden Teilstrahlen, die den Stand der Technik kennzeichnet, wird bei dem erfindungsgemäßen bifurkalen Strahlenteiler-Kreuz aufgegeben ( ). Durch Hinzunahme einer dritten unspezifischen Reflexions-Schicht in die kreuzförmige Struktur kann das Kreuz gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vereinfacht gebildet werden, ohne dabei das symmetrische Teilungsbild oder die Lauflänge gegenüber dem Stand der Technik zu verändern. Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden komplementären selektiven Strahlenteiler-Schichten T1R2 und T2R1 sich nicht mehr über die Diagonalen des Kreuzes erstrecken, sondern nur zwei benachbarte Arme des Kreuzes belegen. Die anderen beiden Arme sind durch zwei unspezifische Reflexions-Schichten R ausgebildet (was beispielsweise durch einfache Glasprismen mit interner Totalreflexion oder durch verspiegelte Flächen oder andere geeignete Reflexions-Oberflächen realisiert werden kann).
-
Das Teilungsbild bei der Strahlenteilung ( ) ist identisch mit dem Stand der Technik ( ). Das Teilungsbild bei der Strahlenvereinigung ( ) entspricht ebenfalls dem Stand der Technik ( ). Die Strahlverunreinigungen (2) des ersten Vereinigungsstrahls 1(2) und die Strahlverunreinigungen (1) des zweiten Vereinigungsstrahls 2(1) werden nicht in den gegenüberliegenden Quadranten des Ausgangsquadranten ausgespiegelt ( ), sondern in den jeweiligen Eingangsquadranten der beiden Vereinigungsstrahlen ( ) reflektiert.
-
Während bei den beiden Kreuze vom Stand der Technik jeder Quadrant zur Strahlenteilung und je zwei beliebige gegenüberliegende Quadranten zur Strahlenvereinigung verwendet werden können (was in bestimmten Sonderfällen wie z. B. bei reflexiven polarisationsdrehenden räumlichen Lichtmodulatoren äußerst vorteilhaft genutzt werden kann,
WO2005076635 ), ist diese multifunktionale Eigenschaft in vielen Fällen nicht erforderlich.
-
Durch den Austausch zweier Arme mit unspezifischen Reflexions-Schichten kann das Kreuz nur noch auf eine Weise zur Strahlenteilung verwendet werden: der Quadrant, der von den beiden selektiven Strahlenteilerschichten T1R2 und T2R1 begrenzt ist, dient als Einstrahlquadrant; die auf beiden Seiten des Einstrahlquadrants angrenzenden benachbarten Quadranten sind Ausstrahlquadranten. Ebenso kann das Kreuz nur noch auf eine Weise zur Strahlenvereinigung verwendet werden: der von den beiden selektiven Strahlenteiler-Schichten T1R2 und T2R1 begrenzte Quadrant ist der Ausstrahlquadrant; die beiden benachbarten Quadranten sind Einstrahlquadranten.
-
In beiden Fällen ist einer der vier Quadranten nicht in die Funktion des Kreuzes eingebunden. Dadurch ist es möglich, dass z. B. dieser Quadrant nicht als Glasprisma ausgeführt ist. Auch andere hier nicht ausführlich beschriebene Vereinfachungen bei der Herstellung des bifurkalen Strahlenteiler-Kreuzes sind vom Fachmann leicht abzuleiten.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Kreuz ist das reziproke Prinzip nur teilweise realisiert. Jeder der beiden Teilstrahlen, die entweder in die beiden Ausgangsquadranten ausstrahlen (bei der Strahlenteilung) oder in die beiden Eingangsquadranten einstrahlen (bei der Strahlenvereinigung), transmittiert vollständig eine der beiden Strahlenteiler-Schichten T1R2 oder T2R1. Dagegen wird jeweils nur ein Teil jedes Teilstrahls (je eine Hälfte des auf der ganzen Quadrantenbreite ein- oder ausstrahlenenden Teilstrahls) auch über die komplementäre Schicht geführt, an der er reflektiert wird. Der andere Teil erfährt seine Reflexion an der unspezifischen Reflexions-Schicht R. Diese ungleiche Behandlung von Teilen jedes Teilstrahls bei der Reflexion kann bei einigen Anwendungen unbeachtet bleiben. Sie kann aber auch durch geeignete Korrekturmechanismen ausgeglichen werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
zeigt ein Strahlenteiler-Kreuz vom Stand der Technik mit komplementären Trennschichten (a) für zwei Lichtqualitäten bei der Strahlenteilung (b) und Strahlenvereinigung (c)
-
zeigt ein erfindungsgemäßes bifurkales Strahlenteiler-Kreuz mit den verwendeten Schichten (a) sowie dessen Funktionsweise bei der Strahlenteilung (b) und Strahlenvereinigung (c)
-
Bezugszeichenliste
-
Für die Abbildungen wurde eine gemeinsame Nomenklatur gewählt. Aus Gründen der Anschaulichkeit und leichteren Lesbarkeit wurden einsichtige Buchstabenbezeichner anstelle reiner Bezifferung gewählt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lichtstrahl mit einer ersten Lichtqualität
- 2
- Lichtstrahl mit einer zweiten Lichtqualität
- 1 + 2
- Lichtstrahl mit der ersten und zweiten Lichtqualität
- 1(2)
- Lichtstrahl der ersten Lichtqualität mit geringen Anteilen der zweiten Lichtqualität
- 2(1)
- Lichtstrahl der zweiten Lichtqualität mit geringen Anteilen der ersten Lichtqualität
- (1)
- der vom Lichtstrahl 2(1) abgespaltene Anteil der ersten Lichtqualität
- (2)
- der vom Lichtstrahl 1(2) abgespaltene Anteil der zweiten Lichtqualität
- T1R2
- erste Strahlenteiler-Schicht, welche die erste Lichtqualität transmittiert und die zweite Lichtqualität reflektiert
- T2R1
- zweite Strahlenteiler-Schicht, welche die zweite Lichtqualität transmittiert und die erste Lichtqualität reflektiert
- R
- Reflexions-Schicht, welche beide Lichtqualitäten reflektiert
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
zeigt ein Strahlenteiler-Kreuz vom Stand der Technik mit komplementären Trennschichten für zwei Lichtqualitäten bei der Strahlenteilung und Strahlenvereinigung. Verwendet werden zwei verschiedene selektive Strahlenteiler-Schichten T1R2 und T2R1 mit einfacher Trenncharakteristik in komplementärer Ausführung ( ). Die erste Schicht T1R2 lässt eine erste Lichtqualität (1) eines Lichtstrahls mit beiden Qualitäten (1 + 2) transmittieren und reflektiert eine zweite Lichtqualität (2), während die zweite Schicht T2R1 das umgekehrte Verhalten zeigt ( ). Eine Kreuzung der beiden Schichten ( ) ermöglicht eine Zweiteilung (Bifurkation) eines Eingangsstrahls (1 + 2) in zwei Teilstrahlen mit verschiedenen Lichtqualitäten (1), (2) in entgegengesetzte Richtungen. Die Funktionsweise des Strahlenteiler-Kreuzes bei der Strahlenvereinigung zeigt . Zwei Teilstrahlen 1(2) und 2(1), die jeweils hauptsächlich eine der beiden Lichtqualitäten aufweisen, aber mit Anteilen der zweiten Lichtqualität verunreinigt sein dürfen, strahlen von gegenüberliegenden Seiten auf das Kreuz. Die Haupt-Lichtqualitäten der beiden Teilstrahlen werden im unten abgebildeten Quadranten vereint. Die Verunreinigungen werden im oberen Quadranten ausgestrahlt.
-
zeigt ein erfindungsgemäßes bifurkales Strahlenteiler-Kreuz sowie dessen Funktionsweise bei der Strahlenteilung und Strahlenvereinigung. Verwendet werden zwei selektive Strahlenteilerschichten T1R2 und T2R1 mit einfacher Trenncharakteristik in komplementärer Ausführung ( ). Die erste Schicht T1R2 lässt eine erste Lichtqualität (1) eines Lichtstrahls mit beiden Qualitäten (1 + 2) transmittieren und reflektiert eine zweite Lichtqualität (2), während die zweite Schicht T2R1 das umgekehrte Verhalten zeigt ( ). Im Gegensatz zum Stand der Technik ( ) werden die beiden Schichten nur für je einen der vier Arme des Kreuzes verwendet. Die anderen beiden Schichten sind durch eine unspezifische Reflexions-Schicht R ersetzt (vgl. , rechts). Dadurch verliert das erfindungsgemäße Kreuz die multifunktionale Wirkung vom Stand der Technik. Es kann zur Strahlenteilung ( ) und Strahlenvereinigung ( ) nur noch in der gezeigten Strahlanordnung verwendet werden. Der obere Quadrant trägt keine Funktion. und sind entsprechend und zu lesen. Im Gegensatz zu werden die Strahlverunreinigungen der beiden zu vereinigenden Teilstrahlen 1(2) und 2(1) in in den jeweiligen Einstrahlquadranten zurückreflektiert. Jeder der beiden Teilstrahlen transmittiert sowohl bei der Teilung als auch bei der Vereinigung vollständig eine der beiden Schichten T1R2 bzw. T2R1. Die erste Hälfte des ersten Teilstrahls transmittiert die Schicht T1R2 in vertikaler Richtung die zweite Hälfte des ersten Teilstrahls in horizontaler Richtung. Entsprechendes gilt für den zweiten Teilstrahl und die zweite Schicht T2R1.
-
Während die Erfindung im vorliegenden Text anhand detaillierter Verkörperungen dargestellt und beschrieben wurde, sollen diese Verkörperungen als Illustration und nicht als Limitierung der Erfindung verstanden werden; Veränderung in Form und Detail können durch den Fachmann abgeleitet werden ohne dabei das Gebiet der Erfindung zu verlassen, das durch die folgenden Ansprüche definiert ist:
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2005076635 [0003, 0004, 0007]
