DE10301665A1

DE10301665A1 - Optische Vorrichtung mit Sperrschicht, optisches System und Projektor

Info

Publication number: DE10301665A1
Application number: DE10301665A
Authority: DE
Inventors: Naoki Ozawa; Atsushi Enomoto; Kenji Yasuda; Yoshio Kojima; Satoru Moriya; Masanobu Shigeta; Toshiya Sakuma
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd; Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp; JVCKenwood Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2023-01-18
Also published as: DE10301665B4; US6771420B2; JP2003215330A; CN1221815C; US20030137738A1; CN1432823A; JP4174216B2

Abstract

Eine optische Vorrichtung umfasst ein lichtdurchlässiges optisches Substrat, das mit einer mehrlagigen Schicht und einer Sperrschicht, die auf der, der mehrlagigen Schicht zugewandten Seite aufgebracht ist, versehen ist. Das lichttransmittierende optische Substrat hat einen Brechungsindex N¶s¶ (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm), der im Bereich von 1,7 N¶s¶ 1,9 liegt, wobei die Sperrschicht einen Brechungsindex N¶b¶ (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm) in einem Bereich von -0,1 N¶b¶ - N¶s¶ 0,1 aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung, bei der eine mehrlagige Schicht auf ein durchsichtiges Substrat aufgebracht ist, das mit einer Sperrschicht versehen ist, auf ein optisches System, das diese optische Vorrichtung benutzt und auf einen Projektor, der diese ebenfalls benutzt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine optische Vorrichtung, ein optisches System und einen Projektor mit einer mehrlagigen Schicht, sofern diese wie eine dichroitische Schicht oder dergleichen wirkt.

Beschreibung des Stands der Technik

In einem optischen Beleuchtungssystem/farbkombinierenden optischen System eines Farbflüssigkristallprojektors oder dergleichen wird herkömmlicherweise z. B. ein farbzerlegendes oder farbkombinierendes Prisma mit einer dichroitischen mehrlagigen Schicht benutzt, um Licht einer Lichtquelle in drei Farben zu zerlegen oder um individuell modulierte Lichtkomponenten jeweiliger Lichtmodulatoren zu kombinieren.
Solch eine dichroitische mehrlagige Schicht wird benötigt, um eine günstige spektrale Charakteristik und Phasendifferenzcharakteristik über den gesamten Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts zu erreichen und zwar bei Bestrahlen mit Licht starker Lichtquellen.
Andererseits benötigt ein Glassubstrat, das mit einer dichroitischen mehrlagigen Schicht versehen ist, z. B. ein Prisma, einen niedrigen Photoelastizitätkoeffizienten und einen niedrigen Absorptionsindex, um einen günstigen Polarisationszustand zu erreichen, wobei ein Glasmaterial benutzt wird, das einen großen Anteil von PbO und dergleichen besitzt.
Ein solches Prisma wird jedoch ständig mit Licht einer starken Lichtquelle (insbesondere mit Licht kürzerer Wellenlänge) bestrahlt, wobei Pb oder dergleichen enthaltende Moleküle, die in dem Prisma enthalten sind, dazu neigen, in die dichroitische mehrlagige Schicht zu diffundieren und in manchen Fällen deren oberste Lage erreichen können. In solchen Fällen reagieren die Pb oder dergleichen enthaltenden Moleküle mit dem Ti in TiO₂ beispielsweise, das die dichroitische mehrlagige Schicht bildet, und schwärzen dabei das TiO₂ oder dergleichen, was den optischen Absorptionsindex der dichroitischen mehrlagigen Schicht erhöhen kann.
Als Maßnahme gegen solch ein Problem kann eine Sperrschicht auf das Glassubstrat aufgebracht werden, um eine Dispersion von Molekülen zwischen dem Glassubstrat und der mehrlagigen Schicht zu verhindern.

Herkömmlich bekannt als eine optische Vorrichtung, die eine Sperrschicht benutzt, ist eine, in der die Sperrschicht aus MgF₂ oder SiO₂ hergestellt ist, die sich zwischen einem Substrat und einer antireflektierenden mehrlagigen Schicht befindet, um Reaktionen zu verhindern, die an den Grenzflächen zwischen Substrat und antireflektierender mehrlagiger Schicht stattfinden, wobei die optische Absorption in der Nachbarschaft dieser Grenzschicht unterdrückt wird (Japanische Patent Offenlegungsschrift No. 2000- 275402).

Wenn der oben genannte Stand der Technik angewendet wird, um die oben erwähnten Probleme zu beseitigen, so kann die Sperrschicht die spektralen Charakteristiken und Phasendifferenzcharakteristiken stören. Dabei kann das Produkt geringerwertig werden in Bezug auf seine Leistung als farbzerlegendes oder farbkombinierendes Prisma oder dergleichen für einen Farbflüssigkristallprojektor, der eine günstige spektrale Charakteristik über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich benötigt und eine Phasendifferenzcharakteristik, die einen Polarisationszustand erhalten kann.

Wenn die Dicke der Sperrschicht im oben erwähnten Stand der Technik so eingestellt wird, dass die mehrlagige Schicht und die Sperrschicht günstige spektrale Charakteristiken und Phasendifferenzcharakteristiken als Ganzes erhalten, so wird die Sperrschicht zu dünn (einige bis zu etwa 10 nm), um als Sperrschicht zu funktionieren.

Wird eine Schicht als Kombination einer mehrlagigen Schicht und einer Sperrschicht ausgelegt, so muss man sehr darauf achten, nicht die Funktion der mehrlagigen Schicht zu beeinflussen, wobei dies schwieriger auszulegen ist und einen größeren Zeit- und Entwicklungsaufwand bedeutet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung, versehen mit einer mehrlagigen Schicht und einer Sperrschicht auf Seite der mehrlagigen Schicht, zur Verfügung zu stellen, die eine günstige spektrale Charakteristik und Phasendifferenzcharakteristik erreichen kann, während günstige Funktionen der Sperrschicht beibehalten werden und Zeit und Kosten bei der Auslegung der Schicht gespart werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches System, das solch eine optische Vorrichtung benutzt, bereitzustellen.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Projektor mit solch einer optischen Vorrichtung bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Vorrichtung bereit, die ein lichtdurchlässiges optisches Substrat umfasst, das mit einer mehrlagigen Schicht versehen ist und einer Sperrschicht, die auf der Seite der mehrlagigen Schicht aufgebracht ist; welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das lichtdurchlässige optische Substrat einen Brechungsindex N_s (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm) hat, der im Bereich 1,7 ≤ N_s ≤ 1,9 liegt; und dass die Sperrschicht einen Brechungsindex N_b (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm) hat, der im Bereich von -0,1 N_b-N_s ≤ 0,1 liegt.

Vorzugsweise besteht bei der optischen Vorrichtung die Sperrschicht aus La_2xAl_2yO_3(x+y), mit 0,5 ≤ x und y ≤ 1,5.

Vorzugsweise hat die Sperrschicht eine physikalische Schichtdicke von mindestens 20 nm.

Vorzugsweise besteht das lichtdurchlässige optische Substrat aus einem Glasmaterial, bei dem mindestens 50% seines Gewichtsanteils aus wenigstens einer der Verbindungen PbO, Nb₂O₅ oder TiO₂ besteht.

Vorzugsweise liegt der Wert N_b-N_s im Bereich von ± 0,05.

Vorzugsweise besteht die mehrlagige Schicht aus abwechselnd aufgebrachten Schichten von TiO₂ und SiO₂.

Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches System bereit, das die oben erwähnte optische Vorrichtung umfasst.

Hierbei kann die mehrlagige Schicht aus einer dichroitischen Schicht bestehen.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Projektor bereit, der die oben genannte optische Vorrichtung umfasst.

Hierbei kann die mehrlagige Schicht eine dichroitische Schicht sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist die Ansicht eines Schnitts, um schematisch zu erklären, wie die Schichten der optischen Vorrichtung aufgebaut sind, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein schematisches Schaubild, das ein optisches System zeigt, das mit der optischen Vorrichtung in einem Projektor ausgestattet ist, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Graph, der die spektrale Transmissionscharakteristik der Sperrschicht und dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Graph, der die Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts in der Sperrschicht und dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Graph, der die spektrale Reflektionscharakteristik der Sperrschicht und dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Graph, der die spektrale Transmissionscharakteristik der dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
Fig. 7 ist ein Graph, der die Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts in der dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
Fig. 8 ist ein Graph, der die spektrale Transmissionscharakteristik der Sperrschicht und dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
Fig. 9 ist ein Graph, der die Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts in der Sperrschicht und dichroitischen mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 2 zeigt;
Fig. 10 ist ein Graph, der die spektrale Reflektionscharakteristik der antireflektierenden mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 3 zeigt;
Fig. 11 ist ein Graph, der die spektrale Reflektionscharakteristik der Sperrschicht und antireflektierenden mehrlagigen Schicht in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 4 zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Im Folgenden werden Ausführungsformen der optischen Vorrichtung, des optischen Systems und des Projektors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht, die ein optisches System zeigt, das mit einer optischen Vorrichtung in einem Projektor ausgestattet ist, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die optische Vorrichtung, das optische System und der Projektor bestehen in diesem Fall aus einem farbzerlegenden/kombinierenden Prisma, einem optischen Beleuchtungssystem und einem Reflektionsprojektor. Eine dichroitische mehrlagige Schicht und eine Sperrschicht befinden sich zwischen jedem Prismenpaar in dem farbzerlegenden/kombinierenden Prisma, welches später im Detail erklärt wird.
In Fig. 2 wird das Beleuchtungslicht als nichtpolarisiertes weißes Licht von einer Lichtquelle 103 ausgestrahlt durch ein Polarisationsfilter 104 s- polarisiert und dann auf einen Polarisationsstrahlteiler 5 gelenkt. Hier ist die Lichtquelle 103 zur besseren Lichtausnutzung mit einem Reflektor ausgestattet. Als Lichtquelle 103 wurden beispielsweise Metalldampflampen, Xenonlampen, Wolfram-Halogenlampen und ähnliche benutzt.
Da das Licht, das auf den Polarisationsstrahlteiler 5 fällt, s-polarisiertes Licht ist, wird es durch eine Polarisationstrennschicht 5a reflektiert, um dann auf ein farbzerlegendes/kombinierendes Prisma 1 zu fallen, das an den Polarisationsstrahlteiler 5 angefügt ist.
Das farbzerlegende/kombinierende Prisma 1 ist zusammengesetzt aus drei Prismenelementen 1A, 1B und 1C. Genauer gesagt, von der Seite des Polarisationsstrahlteilers 5 aus, sind das erste Prismenelement 1A, das zweite Prismenelement 1B und das dritte Prismenelement 1C aufeinander folgend entlang der optischen Achse angeordnet. Das erste Prismenelement 1A und das zweite Prismenelement 1B sind aneinander gefügt durch eine erste dichroitische/Sperrschicht 101D, die so angepasst ist, dass sie nur die grüne Lichtkomponente reflektiert. Das zweite Prismenelement 1B und das dritte Prismenelement 1C sind durch eine zweite dichroitische/Sperrschicht 101E verbunden, die so eingestellt ist, dass sie die rote Lichtkomponente reflektiert, aber die blaue Lichtkomponente durchlässt. Als Folge wird ein Lichtstrahl, der in das farbzerlegende/kombinierende Prisma 1 durch das erste Prismenelement 1A eindringt, in seine drei Lichtkomponenten B, R, G zerlegt, die dann durch die optischen I/O-Endflächen 101A, 101B, 101C der Prismenelemente 1A, 1B, 1C austreten. Solcherart emittierte Farbkomponenten des Lichts beleuchten entsprechende Reflektionsflüssigkristallbildschirme 2, 3, 4 und treten wieder in das optische System durch die I/O-Endflächen 101A, 101B, 101C ihrer entsprechenden Prismenelemente 1A, 1B, 1C, doch jetzt in einem Zustand, in dem sie die entsprechenden Objektbildinformationen der Farblichtkomponenten beinhalten, die auf den Flüssigkristallbildschirmen 2, 3, 4 gebildet wurden.
Danach werden die entsprechenden Lichtkomponenten, die Objektbildinformation von dem reflektierenden Flüssigkristallbildschirmen 2, 3, 4, die ein Objektbild der entsprechenden Farbkomponente wiedergeben, tragen, den optischen Weg zurück geführt und dann durch das farbzerlegende/kombinierende Prisma 1 kombiniert. Das kombinierte Licht geht durch die Polarisationstrennfläche 5A des Polarisationsstrahlteilers 5, wobei ein erwünschtes Farbbild des Objekts durch eine Projektionslinse 6 auf einem Schirm vergrößert dargestellt wird.
Da das s-polarisierte Licht, das auf jeden der Reflektionsflüssigkrisallbildschirme 2, 3, 4 fällt, in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird, geht das zurückkommende Licht von den Bildschirmen 2, 3, 4 durch die Polarisationstrennschicht 5A des Polarisationsstrahlteilers 5.
Wie schon oben erwähnt, sind das erste Prismenelement 1A und das zweite Prismenelement 1B durch die erste dichroitische/Sperrschicht 101D miteinander verbunden, die so eingestellt ist, dass sie die grüne Lichtkomponente reflektiert, während das zweite Prismenelement 1B und das dritte Prismenelement 1C miteinander verbunden sind durch die zweite dichroitische/Sperrschicht 101E, die so eingestellt ist, dass sie die rote Lichtkomponente reflektiert, aber die blaue Lichtkomponente durchlässt. Zum leichteren Verständnis ist die Zusammenstellung der Schichten in Fig. 1 dargestellt, wie sie auf einem Prismensubstrat aufgebracht sind.
Jede dichroitische/Sperrschicht umfasst eine Sperrschicht 12 und eine dichroitische mehrlagige Schicht 14, die auf das Prismensubstrat 10 aufgebracht sind.
In diesem Fall beinhaltet das Prismensubstrat 10 einen großen Anteil an PbO, wodurch es einen hohen Brechungsindex von 1,7 ≤ N_s ≤ 1,9 aufweist (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm, dies gilt auch für das Folgende). Vorzugsweise beträgt der Anteil an PbO mindestens 50% des Gewichtanteils, wodurch der Brechungsindex N_s in diesem Fall in einem Bereich von 1,8 ≤ N_s ≤ 1,9 fällt.
Es ist für die Sperrschicht 12 notwendig, einen Brechungsindex N_b zu haben (bei einer Referenzwelle von 632,8 nm, dies gilt auch für das Folgende), der im Bereich von -0,1 ≤ N_s ≤ 0,1 liegt. Es ist auch gefordert, dass man eine Zusammensetzung hat, die nicht chemisch reaktiv mit dem Prismensubstrat 10 ist, während sie einen hohen Füllfaktor ρ (ρ = 0,95) hat. Hier hat N_b-N_s vorzugsweise einen Absolutwert, der so klein ist wie möglich und vorzugsweise in den Bereich von ± 0,05 fällt.
Als Sperrschicht 12 geeignet ist La_2xAl_2yO_3(x+y) (Produktname: Substanz M3 Patinal (eingetragenes Warenzeichen), hergestellt von Merck and Co., Inc.), wobei x und y der Bedingung genügen, 0,5 ≤ x und y ≤ 1,5.
Das oben erwähnte La_2xAl_2yO_3(x+y) kann leicht eine Schicht bilden, die einen Brechungsindex hat, der in den Bereich von -0,1 ≤ N_s ≤ 0,1 fällt und einen Füllfaktor ρ ≤ 0,95 durch Aufdampfen (oder Ionenbeschichtung oder ähnliches) hat. Hier ist La nötig, um den Brechungsindex N_b der Sperrschicht 12 zu erhöhen und ist dafür ausgezeichnet geeignet, da es in keinster Weise die anderen optischen Charakteristiken negativ beeinflusst. Die Sperrschicht kann einen gewünschten Brechungsindex N_b erhalten, indem man die Werte von x und y geeignet wählt.
Die dichroitische mehrlagige Schicht 14 besteht aus 12 Schichten, wobei sich z. B. Schichten aus TiO₂ 14a und SiO₂ 14b abwechseln.
Stellt man eine solche Sperrschicht 12 in dieser Anordnung zur Verfügung, so kann sie Pb enthaltende Moleküle aus dem Prismensubstrat 10 daran hindern, in die dichroitische mehrlagige Schicht 14 zu diffundieren und hindert die Pb enthaltenden Moleküle daran, mit den Ti enthaltenden Molekülen von TiO₂, das die dichroitische mehrlagige Schicht 14 bildet, zu reagieren und verhindert so einen Anstieg des optischen Absorptionsindex der dichroitischen mehrlagigen Schicht 14, der aus einer Schwärzung des TiO₂ resultiert.
Da der Brechungsindex der Sperrschicht 12 etwa gleich groß ist wie der Brechungsindex des Prismensubstrats 10, kann man bevorzugte spektrale Charakteristiken und Phasendifferenzcharakteristiken erhalten, ohne die Schichtdicke zu reduzieren, wobei eine optische Anordnung mit günstigen optischen Charakteristiken erhalten werden kann, ohne Funktionen der Sperrschicht 12 zu verlieren.
Die Sperrschicht 12 und die dichroitische mehrlagige Schicht 14 können unabhängig voneinander designed werden, wobei an der für die Entwicklung und das Design benötigten Zeit gespart werden kann und die Kosten für die Herstellung gesenkt werden können. Auch wächst der Freiheitsgrad im Schichtendesign.
Die optische Vorrichtung, das optische System und der Projektor können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne auf die oben erwähnte Ausführung beschränkt zu sein. Zum Beispiel ist die Zusammensetzung der Sperrschicht 12 nicht auf La_2xAl_2yO_3(x+y) beschränkt, wobei verschiedene andere Zusammensetzungen ausgewählt werden können, solange der Brechungsindex der Sperrschicht 12 nahe dem des lichtdurchlässigen optischen Substrats ist, ohne die anderen optischen Eigenschaften in negativer Weise zu beeinflussen.
Vorzugsweise ist das lichtdurchlässige optische Substrat eines mit einem niedrigen Photoelastizitätskoeffizienten und einem niedrigen optischen Absorptionsindex, um einen günstigen Polarisationszustand zu erreichen. Insbesondere werden nicht nur solche bevorzugt, die einen großen Anteil an PbO besitzen, sondern auch solche, die einen großen Anteil an Nb₂O₅ oder TiO₂ besitzen. Der Anteil an Nb₂O₅ oder TiO₂ ist vorzugszweise mindestens 50% des Gewichts, so wie im Falle von PbO.
Der Typ der mehrlagigen Schicht in der optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht eingeschränkt im Besonderen. Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht nur anwendbar auf die oben erwähnte dichroitische mehrlagige Schicht, sondern auch auf antireflektierende mehrlagige Schichten und dergleichen.

Beispiele

Beispiel 1

Auf ein Glassubstrat 10 bestehend aus PBH55 (Produktname), das einen großen Anteil an PbO besitzt, wurde eine Sperrschicht 12 aus La_2xAl_2yO_3(x+y) (Produktname: Substanz M3 Patinal (eingetragenes Warenzeichen) von Merck and Co., Inc.) mit einer Schichtdicke von 87 nm aufgebracht, auf die eine dichroitische mehrlagige Schicht 14 bestehend aus 12 Schichten (TiO₂/SiO₂ in abwechselnden Schichten) aufgebracht wurde. Die Sperrschicht 12 und die dichroitische mehrlagige Schicht 14 wurden durch Dampfsedimentation aufgebracht. Die Temperatur des Glassubstrats 10 war 300°C. Hier war der Brechungsindex des Glassubstrats 10 1,84, der Brechungsindex der Sperrschicht 12 war 1,84 und der Brechungsindex der TiO₂-Schicht 14a und SiO₂-Schicht 14b in der dichroitischen mehrlagigen Schicht 14 waren 2,3 bzw. 1,47. Die Tabelle 1 zeigt den Brechungsindex und die Dicke jeder Schicht.
Bei der so hergestellten optischen Vorrichtung wurde keine Reaktion zwischen Pb und TiO₂ beobachtet, während die optische Absorption innerhalb der Schicht bei Null lag.
Fig. 3 und 4 zeigen die spektralen Transmissionscharakteristiken ((p- polarisierter Lichtanteil + s-polarisierter Lichtanteil)/2 bei einem Einfallwinkel von 30°) der Sperrschicht 12 und die Phasendifferenzcharakteristik des dabei reflektierten Lichts. Die spektrale Transmissionscharakteristik und die Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts waren günstig.

Beispiel 2

Auf einem Glassubstrat 10 bestehend aus PBH55 (Produktnamel, das einen großen Anteil an PbO besitzt, wurde eine Sperrschicht 12 aus La_2xAl_2yO_3(x+y) (Produktname: Substanz M3 Patinal (eingetragenes Warenzeichen) hergestellt von Merck und Co., Inc.) mit einer Schichtdicke von 100 nm aufgebracht, auf die eine antireflektierende mehrlagige Schicht 14, bestehend aus 4 Lagen (TiO₂/SiO₂ in abwechselnden Schichten) aufgebracht wurde. Die Sperrschicht 12 und die antireflektierende mehrlagige Schicht 14 wurden durch Dampfsedimentation gebildet. Die Temperatur des Glassubstrats 10 war 300°C. Hier war der Brechungsindex des Glassubstrats 10 1,84, der Brechungsindex der Sperrschicht 12 war 1,82 und der Brechungsindex der TiO₂-Schicht 14a und SiO₂-Schicht 14b in der antireflektierenden mehrlagigen Schicht 14 waren 2,3 bzw. 1,47. Tabelle 2 zeigt den Brechungsindex und die Dicke jeder Schicht.
Bei der so gebildeten optischen Vorrichtung wurde keine Reaktion zwischen Pb und TiO₂ beobachtet, während die optische Absorption innerhalb der Schicht Null war.
Fig. 5 zeigt die spektrale Transmissionscharakteristik ((p-polarisierter Lichtanteil + s-polarisierter Lichtanteil)/2 bei einem Einfallwinkel von 0°) der Sperrschicht 12 und der antireflektierenden mehrlagigen Schicht 14. Die spektrale Transmissionscharakteristik ist günstig.

Vergleichsbeispiel 1

Auf ein Glassubstrat 10 aus PBH55 (Produktname), das einen großen Anteil von PbO beinhaltet, wurde eine dichroitische mehrlagige Schicht 14, die aus 12 Schichten (TiO₂/SiO₂ in abwechselnden Schichten) aufgebracht und zwar ohne dass sich eine Sperrschicht 12 auf dem Glassubstrat 10 befand. Die dichroitische mehrlagige Schicht 14 wurde durch Dampfsedimentation hergestellt. Die Temperatur des Glassubstrats 10 war 300°C. Hierbei betrug der Brechungsindex des Glassubstrats 10 1,84, während der Brechungsindex der TiO₂-Schicht 14a und SiO₂-Schicht 14b in der dichroitischen mehrlagigen Schicht 14 2,3 bzw. 1,47 betrugen. Tabelle 3 zeigt den Brechungsindex und die Dicke jeder Schicht.
Solch eine optische Vorrichtung wurde in einen Projektor installiert und mit Beleuchtungslicht bestrahlt. Nach ungefähr 1 bis 10 Stunden konnte man beobachten, dass Pb enthaltende Moleküle in die TiO₂-Schichten 14a diffundierten, wobei eine Schwärzung des TiO₂ durch eine Reaktion zwischen ihnen stattfand. Ebenso konnte eine optische Absorption innerhalb der Schicht beobachtet werden.
Die spektrale Transmissionscharakteristik ((p-pofarisierter Lichtanteil + s- polarisierter Lichtanteil)/2 bei einem Einfallswinkel von 30°) der dichroitischen mehrlagigen Schicht 14 und die Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts waren optimiert, wie in Fig. 6 und 7 jeweils dargestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Auf ein Glassubstrat 10 aus PBH55 (Produktname), das einen großen Anteil von PbO beinhaltet, wurde eine Sperrschicht 12 aus SiO₂ aufgebracht, auf die eine dichroitische mehrlagige Schicht 14, bestehend aus 12 Schichten (TiO₂/SiO₂ in abwechselnden Schichten) aufgebracht. Die Sperrschicht 12 und die dichroitische mehrlagige Schicht 14 wurden durch Dampfsedimentation hergestellt. Die Temperatur des Glassubstrats 10 betrug 300°C. Hierbei betrug der Brechungsindex des Glassubstrats 10 1,84, der Brechungsindex der Sperrschicht 12 1,47 und der Brechungsindex der TiO₂-Schicht 14a und SiO₂-Schicht 14b in der dichroitischen mehrlagigen Schicht 2,30 bzw. 1,47. Tabelle 4 zeigt den Brechungsindex und die Dicke jeder Schicht.
Hier wurde die jeweilige Schichtdicke so gewählt, um die spektrale Transmissionscharakteristik ((p-polarisiertes Lichtanteil + r-polarisierter Lichtanteil)/2 bei einem Einfallwinkel von 30°) der Sperrschicht 12 und der dichroitischen mehrlagigen Schicht 14 und die Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts zu optimieren. Die spektrale Transmissionscharakteristik der Sperrschicht 12 und der dichroitischen mehrlagigen Schicht 14 und die Phasendifferenzcharakteristik des hierbei reflektierten Lichts waren günstig wie Fig. 8 und 9 jeweils zeigen.
Da die spektrale Transmissionscharakteristik und Phasendifferenzcharakteristik des reflektierten Lichts optimiert wurden, betrug die Dicke der SiO₂-Schicht, die die Sperrschicht 12 bildet, jedoch ungefähr 17 nm, wobei die Sperrschicht 12 nicht vollständig ihre Funktionen ausüben konnte, da ihre Schichtdicke schwierig zu kontrollieren war.

Vergleichsbeispiel 3

Auf ein Glassubstrat 10 aus PBH55 (Produktname), das einen großen Anteil von PbO beinhaltet, wurde eine antireflektierende mehrlagige Schicht 14, bestehend aus vier Lagen (TiO₂/SiO₂ in abwechselnden Schichten) aufgebracht. Die antireflektierende mehrlagige Schicht 14 wurde durch Dampfsedimentation hergestellt. Die Temperatur des Glassubstrats 10 betrug 300°C. Hierbei betrug der Brechungsindex des Glassubstrats 10 1,84, wogegen der Brechungsindex der TiO₂-Schicht 14a und der SiO₂- Schicht 14b in der antireflektierenden mehrlagigen 14 2,3 bzw. 1,47 betrugen. Tabelle 4 zeigt den Brechungsindex und die Dicke jeder Schicht.
Solch eine optische Vorrichtung wurde in einen Projektor eingebaut und mit Beleuchtungslicht bestrahlt. Nach ungefähr 1 bis 10 Stunden konnte beobachtet werden, dass Pb enthaltende Moleküle in die TiO₂-Schicht 14a diffundierten, wobei eine Schwärzung von TiO₂ durch eine Reaktion zwischen ihnen zu beobachten war. Auch konnte eine optische Absorption innerhalb der Schicht beobachtet werden.
Fig. 10 zeigt die spektrale Transmissionscharakteristik ((p-polarisierter Lichtanteil + s-polarisierter Lichtanteil)/2 bei einem Einfallwinkel von 0°) der antireflektierenden mehrlagigen Schicht 14. Die spektrale Reflektionscharakteristik war günstig.

Vergleichsbeispiel 4

Auf ein Glassubstrat 10 aus PBH55 (Produktname), das einen großen Anteil von PbO beinhaltet, wurde eine Sperrschicht 12 aus SiO₂ aufgebracht, auf die wiederum eine antireflektierende mehrlagige Schicht 14, bestehend aus vier Schichten (TiO₂/SiO₂ in abwechselnden Schichten) aufgebracht wurde. Die Sperrschicht 12 und die antireflektierende mehrlagige Schicht 14 wurden durch Dampfsedimentation hergestellt. Die Temperatur des Glassubstrats 10 betrug 300°C. Hierbei war der Brechungsindex des Glassubstrats 10 l,84, der Brechungsindex der Sperrschicht 12 war 1,47 und der Brechungsindex der TiO₂-Schicht 14a und SiO₂-Schicht 14b in der antireflektierenden mehrlagigen Schicht 14 war 2,3 bzw. 1,47. Tabelle 6 zeigt den Brechungsindex und die Dicke jeder Schicht.
Hierbei wurde die Dicke jeder Schicht so gewählt, dass die spektrale Transmissionscharakteristik ((p-polarisierter Lichtanteil + s-polarisierter Lichtanteil)/2 bei einem Einfallswinkel von 30°) der Sperrschicht 12 und der antireflektierenden mehrlagigen Schicht 14 optimiert wurden. Die spektrale Transmissionscharakteristik der Sperrschicht 12 und der antireflektierenden mehrlagigen Schicht 14 waren günstig, wie in Fig. 11 gezeigt.
Da die spektrale Reflektionscharakteristik optimiert wurde, betrug die Dicke der SiO₂-Schicht, die die Sperrschicht 12 bildet, jedoch ungefähr 6 nm, wobei die Sperrschicht 12 nicht voll ihre Funktionen ausüben konnte, da die Schichtdicke schwierig zu kontrollieren war.
Wie bereits erklärt, wird bei einer optischen Vorrichtung, in der eine mehrlagige Schicht so wie eine dichroitische Schicht auf ein lichtdurchlässiges optisches Substrat aufgebracht wird, das mit einer Sperrschicht versehen ist, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, der Bereich für den Brechungsindex der Sperrschicht in Bezug auf den Brechungsindex des lichttransmittierenden optischen Substrats bestimmt, wobei es dadurch möglich wird, eine optische Vorrichtung zu erhalten, die exzellente spektrale Charakteristiken und Phasendifferenzcharakteristiken besitzt und günstige optische Charakteristiken, während die Funktion erhalten bleibt, das Pb und der gleichen in dem lichttransmittierenden optischen Substrat daran zu hindern, in die mehrlagige Schicht zu diffundieren und dort mit Bestandteilen der mehrlagigen Schicht zu reagieren, so dass dadurch der optische Absorptionsindex der mehrlagigen Schicht am Ansteigen gehindert wird.
Weiterhin können die Sperrschicht und die dichroitische mehrlagige Schicht unabhängig voneinander designed werden, wodurch an Entwicklungszeit und Designzeit gespart werden kann und die Herstellungskosten erniedrigt werden können.
Das optische System und der Projektor der vorliegenden Erfindung können ähnliche Effekte erzielen, da sie mit der optischen Vorrichtung ausgestattet sind, die eine Sperrschicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung besitzt.
Die optische Vorrichtung umfasst also ein lichtdurchlässiges optisches Substrat, das mit einer mehrlagigen Schicht und einer Sperrschicht, die auf der, der mehrlagigen Schicht zugewandten Seite aufgebracht ist, versehen ist. Das lichttransmittierende optische Substrat hat einen Brechungsindex N_s (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm), der im Bereich von 1,7 ≤ N_s ≤ 1,9 liegt, wobei die Sperrschicht einen Brechungsindex N_b (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm) in einem Bereich von -0,1 N_b-N_s ≤ 0,1 aufweist. TABELLE 1

TABELLE 2

TABELLE 3

TABELLE 4

TABELLE 5

TABELLE 6

Claims

1. Optische Vorrichtung, die ein lichttransmittierendes optisches Substrat umfasst, welches mit einer mehrlagigen Schicht und einer Sperrschicht auf seiner der mehrlagigen Schicht zugewandten Seite versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das lichttransmittierende optische Substrat einen Brechungsindex N_s (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm) im Bereich von
1,7 ≤ N_s ≤ 1,9 aufweist; und
dass die Sperrschicht einen Brechungsindex N_b (bei einer Referenzwellenlänge von 632,8 nm) aufweist, der in den Bereich
von -0,1 ≤ N_b-N_s ≤ 0,1 fällt.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht aus La_2xAl_2yO_3(x+y) besteht, mit 0,5 ≤ x und y ≤ 1,5.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht eine physikalische Schichtdicke von mindestens 20 nm besitzt.

4. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtdurchlässige optische Substrat aus einem Glasmaterial besteht, wobei mindestens 50% der Gewichtsanteile aus wenigstens einer der Verbindungen PbO, Nb₂O₅, oder TiO₂ besteht.

5. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert von N_b-N_s in den Bereich von ± 0,05 fällt.

6. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrlagige Schicht aus abwechselnd aufgebrachten Schichten von TiO₂ und SiO₂ besteht.

7. Optisches System, das die optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt.

8. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrlagige Schicht eine dichroitische Schicht ist.

9. Projektor, der die optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfaßt.

10. Projektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrlagige Schicht eine dichroitische Schicht ist.