DE19830198A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Lichtauftrennung sowie Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Lichtauftrennung sowie Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung

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DE19830198A1
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Young Jun Park
Young Mo Hwang
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Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auftrennung von weißem Licht in die drei Farben rot, blau und grün sowie ein Verfahren zur Lichtauftrennung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Auftrennung eines Lichtstrahls von einer Lichtquelle in drei Farben mittels eines Spiegelmechanismus, in den er eintreten kann, wobei der Spiegelmechanismus auf eine bestimmte Weise konstruiert worden ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Spiegels. Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise die Lichtauftrennung in Vorrichtungen wie Farbscannern und Farbkopierern (Kopiermaschinen). Die Vorrichtung wird genutzt im Zusammenhang mit einem Projektions-Display, bei dem Licht für jede Farbe unabhängig voneinander mittels eines Modulators moduliert wird, wie beispielsweise mittels eines dreikanal-akusto-optischen Modulators, der entsprechend einem Bildsignal betrieben wird, wobei das modulierte Bild jeder einzelnen der Farben rot, grün und blau auf einen Schirm projiziert wird. Zusätzlich zu den vorgenannten Beispielen gibt es viele andere Anwendungen.
Beschreibung des Stands der Technik
Die herkömmlichen Mittel zur Lichtauftrennung trennen das Licht mittels eines Prismas oder eines dichroitischen Spiegels auf, wie dies in Fig. 3 abgebildet ist. Es ist jedoch nicht einfach, eine hohe optische Effektivität und eine optische Ausrichtung mittels derartiger Vorrichtungen zu erzielen. Ein weiterer Stand der Technik in der EP 0 211 596 A2 benutzt drei Laser mit einer Wellenlänge im 600 nm-Band (rot), einer Wellenlänge im 500 nm-Band (grün) und einer Wellenlänge im 400 nm-Band (blau) als Lichtquelle. Es zeigt sich jedoch, daß dieses System dadurch nachteilig ist, das es sehr kompliziert und massiv ist.
Die bekannten akusto-optischen Modulatoren nutzen eine Methode zur Lichtauftrennung und Modulierung des Lichts unter Verwendung dreier Laser mit einer Wellenlänge im 600 nm-Band (rot), einer Wellenlänge im 500 nm-Band (grün) und einer Wellenlänge im 400 nm-Band (blau) als eine drei farbige Lichtquelle als Eingangsvorrichtung. Durch Verwendung einer derartigen Lichtquelle muß das System sehr groß sein und ist dementsprechend schwierig zu vermarkten. Daher stellt sich mit der Zeit die Aufgabe, die herkömmlichen großen Systeme zu vereinfachen und kleinere Systeme zu erzeugen. In einem Fall wird ein Weißlichtlaser (zusammengesetzt aus Kryptongas und Argongas) als Laserlichtquelle genutzt. Der von diesem Laser erzeugte Lichtstrahl wird in die drei Farben (rot, grün, blau) unter Verwendung von drei dichroitischen Spiegeln aufgetrennt, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Dieses vorbekannte System verwendet ebenfalls drei lichtauftrennende Spiegel und drei optische Modulatoren, nämlich jeweils einen für jede Farbe, so daß das System den Nachteil aufweist, das es nicht kompakt und gleichzeitig teuer ist.
Die US 4,125,864 beschreibt eine Vielzahl von parallel austretenden Strahlen von im wesentlichen gleicher Intensität, die aus einem einfallenden Lichtstrahl einer kurzen Wellenlänge erzeugt werden können, um Anwendung in einem Bildkopiersystem wie beispielsweise in einem Drucker zu finden. Das genannte Patent beschreibt einen Strahlteiler dahingehend, daß er einen Lichtstrahl einer einzigen Wellenlänge in eine Anzahl von Strahlen mit im wesentlichen gleicher Intensität auftrennen kann. Diese Strahlen tragen zur Bildung von Graustufen-Pixeln in dem Bild bei, so daß sich das Arbeitsprinzip von der vorliegenden Erfindung eines Dreikanal-Lichtauftrenners für ein Display unterscheidet.
Die offengelegte japanische Patentschrift 55-25045 beschreibt ein Verfahren zur optischen Wellenlängenteilung und Multiplex-Verzweigung mittels eines optischen Wellen­ längen-Trennmultiplexers und eines optischen Wellen­ längen-Verzweigungsfilters zur Übermittlung einer Anzahl von optischen Wellenlängen gleichzeitig durch ein Verfahren der optischen Faserübertragung. Das Patent beschreibt einen optischen Wellenlängen-Vielfachverzweigungsfilter für die optische Kommunikation, bei der der Wellenlängenbereich im Infrarotbereich zwischen 0,7-1,3 angeordnet ist, wobei der Filter so gestaltet ist, daß wesentlich schmalere Wellenlängenbänder mittels eines Interferenz-Bandpaß-Filters herausgefiltert werden können, der aus einem Multi-Layer Dielektrikum aufgebaut ist. Daher unterscheidet sich diese Vorrichtung von der vorliegenden Erfindung, die einen dichroitischen Spiegel für Laseranwendungen mit hoher Ausgangsleistung und hoher Filtereffektivität benutzt. Zusätzlich ist in dem genannten japanischen Patent der Interferenz-Bandpaß-Filter so angeordnet, daß für die einzelnen Wellenlängen die optischen Transmissionsverlustcharakteristiken der optischen Faser und die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Abstände zwischen den einzelnen austretenden Wellenlängen nicht konstant beziehungsweise diese nicht parallel zueinander sind. Im Vergleich dazu erlaubt es die vorliegende Erfindung den optischen Filter ohne Berücksichtigung der optischen Transmissionsverluste anzuordnen und ist derart aufgebaut, daß die Parallelität der austretenden Strahlen zueinander gewährleistet wird.
Ein weiterer Stand der Technik ist in dem US-Patent 5,071,225 beschrieben. Das Patent beschreibt einen Strahlteiler, der einen einzelnen einfallenden Lichtstrahl mit unterschiedlichen Wellenlängen in die einzelnen Wellenlängenkomponenten auftrennt. Für jede der aufgetrennten Wellenlängen teilt die Vorrichtung diese Strahlen in eine Vielzahl von Teilstrahlen auf, die die gleiche Wellenlänge aufweisen.
Eine Vielzahl von zweifach aufgeteilten Lichtstrahlen mit der gleichen Wellenlänge gemäß dem US-Patent 5,071,225 haben unterschiedliche Intensitäten zueinander. Zusätzlich dazu kann die Parallelität der austretenden Strahlen hierbei nicht gewährleistet werden, weil die Strahlen aufgrund des Unterschieds zwischen den Brechungsindezes der einzelnen Wellenlängen im Medium aufgeteilt werden und daher die Austrittswinkel der austretenden Strahlen unterschiedlich zueinander sind.
Kurzer Überblick
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt ein Verfahren zur Auftrennung eines Lichtstrahls in drei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Farben (rot, grün und blau) bereitzustellen, unter Verwendung eines Weißlichtlasers (zusammengesetzt aus Kryptongas und Argongas) als Laserlichtquelle, wobei das Lichtauftrennungssystem wesentlich kompakter als aus dem Stand der Technik bekannte ist.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Lichtauftrennung mittels einer flachen Platte.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Zurverfügungstellung eines Verfahrens zur Lichtauftrennung mittels einer flachen Platte.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Zurverfügungstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung zur Lichtauftrennung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung zur Lichtauftrennung, die zur Auftrennung eines Lichtstrahls in Lichtstrahlen mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Wellenlänge dient, einen Breitband- Antireflexions-Beschichtungsfilm, einen ersten dichroitischen Spiegel, einen zweiten dichroitischen Spiegel, einen Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilm, einen Anti- Reflexions-Beschichtungsfilm und ein Medium. Der Breitband- Antireflexions-Beschichtungsfilm erlaubt den Eintritt des von der Lichtquelle erzeugten unter einem ersten Winkel einfallenden Lichtstrahls in das Medium ohne Reflexion. Der erste dichroitische Spiegel läßt von dem durch den Breitband-Anti­ reflexions-Beschichtungsfilm hindurchgetretenen Lichtstrahl nur einen Lichtstrahl mit einer ersten Wellenlänge unter einem ersten Winkel hindurchtreten und reflektiert andere Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen unter einem zweiten Winkel. Der Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm reflektiert unter dem zweiten Winkel den Lichtstrahl, der von dem ersten dichroitischen Spiegel reflektiert wird. Der zweite dichroitische Spiegel erlaubt nur den Durchtritt eines Lichtstrahls mit der zweiten Wellenlänge unter dem ersten Winkel, so daß dieser Lichtstrahl parallel zu dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge ist, der durch den ersten dichroitischen Spiegel hindurchgetreten ist. Der zweite dichroitische Spiegel reflektiert weiterhin den Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge unter dem zweiten Winkel. Der Breitband-Hoch­ reflexions-Beschichtungsfilm reflektiert den von dem zweiten dichroitischen Spiegel reflektierten Lichtstrahl unter dem zweiten Winkel. Der Anti-Reflexions-Be­ schichtungsfilm erlaubt den Durchtritt des Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge unter dem ersten Winkel ohne Reflexion, so daß dieser Lichtstrahl parallel zu dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge ausgerichtet ist, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel hindurchgetreten ist. Der Lichtstrahl, der durch den Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm hindurchgetreten ist, und die Lichtstrahlen, die von dem ersten dichroitischen Spiegel, dem zweiten dichroitischen Spiegel und dem Breitband-Hoch­ reflexions-Beschichtungsfilm reflektiert werden, durchlaufen das Medium.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Winkel ein Winkel von der Flächennormalen auf der Eintrittsfläche beziehungsweise der Austrittsfläche, wobei der zweite Winkel ein Winkel von der Flächennormalen auf der Reflexionsfläche ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilm und der Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm parallel zu dem ersten dichroitischen Spiegel, dem zweiten dichroitischen Spiegel und dem Anti-Reflexions-Beschichtungsfilm ausgerichtet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste dichroitische Spiegel, der zweite dichroitische Spiegel und der Anti-Reflexions-Beschichtungsfilm um eine konstante Strecke d von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm und dem Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm durch das Medium beabstandet.
Erfindungsgemäß kann durch die Einstellung des Einfallswinkels des einfallenden Lichtstrahls und die Dicke d des Materials der Abstand zwischen dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge, der durch den ersten dichroitischen Spiegel hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel hindurchtritt, oder zwischen dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge, der durch den Antireflexions-Beschichtungsfilm hindurchtritt, eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Abstand zwischen dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge, der durch den ersten dichroitischen Spiegel hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel hindurchtritt, gleich dem Abstand zwischen dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge, der durch den Antireflexions-Be­ schichtungsfilm hindurchtritt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der einfallende Lichtstrahl aus Weißlicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste Wellenlänge, die zweite Wellenlänge und die dritte Wellenlänge eine Wellenlänge mit blauer Farbe, eine Wellenlänge mit grüner Farbe und eine Wellenlänge mit roter Farbe.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Auftrennung eines einfallenden Lichtstrahls in drei Lichtstrahlen mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Wellenlänge die Verfahrensschritte des Eintretenlassens eines unter einem ersten Winkel einfallenden Lichtstrahl in ein Medium ohne Reflexion, des Austretenlassens aus dem Medium unter dem ersten Winkel nur eines Lichtstrahls mit der ersten Wellenlänge sowie der ersten Reflexion von Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen unter dem zweiten Winkel innerhalb des Mediums, der zweiten Reflexion des zuerst reflektierten Lichtstrahls unter dem zweiten Winkel innerhalb des Mediums, des Austretenlassens aus dem Medium unter dem ersten Winkel nur des Lichtstrahls mit der zweiten Wellenlänge und der dritten Reflexion des Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge unter dem zweiten Winkel, der vierten Reflexion des dreifach reflektierten Lichtstrahls in dem Medium unter dem zweiten Winkel und des Austretenlassens des Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge aus dem Medium heraus unter dem ersten Winkel ohne Reflexion.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Auftrennung eines einfallenden Lichtstrahls in drei Lichtstrahlen mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Wellenlänge die Verfahrensschritte des Aufbringens eines Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilms auf einen Teil einer ersten Fläche einer flachen Platte, wobei die flache Platte eine Dicke d und einen Brechungsindex n aufweist und wobei die erste Fläche und eine der ersten gegenüberliegende zweite Fläche eine ausreichende Glattheit aufweisen, um den Eintritt des von der Lichtquelle unter einem ersten Winkel einfallenden Lichtstrahls in die flache Platte ohne Reflexion zu gewährleisten, weiterhin umfassend die Verfahrensschritte des Aufbringens eines ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilms auf einen Abschnitt der zweiten Fläche der flachen Platte, um den Austritt nur eines Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge unter dem ersten Winkel und die Reflexion von Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen unter einem zweiten Winkel ausgehend von dem Lichtstrahl, der durch den Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm hindurchgetreten ist, zu gewährleisten, weiterhin umfassend den Verfahrensschritt der Aufbringung eines Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilms auf einen verbleibenden Abschnitt der ersten Fläche der flachen Platte um den von dem ersten dichroitischen Spiegel reflektierten Lichtstrahl unter dem zweiten Winkel zu reflektieren, den Verfahrensschritt des Aufbringens eines zweiten dichroitischen Spiegels auf die zweite Seite der flachen Platte benachbart zu dem ersten dichroitischen Spiegel, um den Austritt eines Lichtstrahls mit der zweiten Wellenlänge unter dem ersten Winkel und die Reflexion eines Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge unter dem zweiten Winkel von dem Lichtstrahl, der von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm ausgeht, zu gewährleisten, und den Verfahrensschritt des Aufbringens eines Antireflexions-Be­ schichtungsfilms auf die zweite Fläche der flachen Platte benachbart zu dem zweiten dichroitischen Spiegel, um den Austritt des Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge unter dem ersten Winkel ohne Reflexion zu erlauben, wobei dieser Lichtstrahl vorher von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm reflektiert wurde.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Andere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden deutlich werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen.
Fig. 1 zeigt den generellen Aufbau einer Vorrichtung zur Lichtauftrennung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen flachen Platte.
Fig. 2 verdeutlicht die Maßangaben der Vorrichtung zur Lichtauftrennung mittels der erfindungsgemäßen flachen Platte.
Fig. 3 verdeutlicht den generellen Aufbau einer herkömmlichen Vorrichtung zur Lichtauftrennung.
Obwohl die Erfindung sich in verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen ausdrücken kann, sind spezielle Ausführungsformen als Beispiele in den Zeichnungen abgebildet und werden im nachfolgenden detailliert beschrieben. Es soll jedoch hiermit zum Ausdruck gebracht werden, daß es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die besonderen beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken, sondern daß im Gegenteil die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen soll, die von dem Erfindungsgedanken und dem Rahmen der Erfindung umfaßt sind, die durch die anliegenden Ansprüche bestimmt werden.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung wird im nachfolgenden detailliert anhand der Abbildungen beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Auftrennung eines Lichtstrahls mittels eines hybriden dichroitischen Spiegels ein Medium 13; einen Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm 12, für das Eintretenlassen eines Lichtstrahls 11 ohne Reflexion, der von einer Weißlichtquelle 10 unter einem Winkel θ0 einfällt; einen ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 14 für das Austretenlassen nur eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge λ1 unter dem ersten Winkel und für das Reflektieren lassen anderer Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen unter dem zweiten Winkel θG, ausgehend von dem Lichtstrahl, der durch den Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm 12 eingetreten ist; einen Breitband-Hoch­ reflexions-Beschichtungsfilm 16 für die Reflexion unter dem zweiten Winkel des Lichtstrahls, der von dem ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 14 reflektiert wurde; einen zweiten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 15 für das Austretenlassen nur eines Lichtstrahls mit einer zweiten Wellenlänge λ2, die sich von der ersten Wellenlänge λ1 unterscheidet, unter dem ersten Winkel, so daß dieser Lichtstrahl parallel zu dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge λ1 ist, der durch den ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 14 hindurchgetreten ist, und für das Reflektieren lassen eines Lichtstrahls mit einer dritten Wellenlänge λ3, die zu der ersten und der zweiten Wellenlänge λ1, λ2 unterschiedlich ist, unter dem zweiten Winkel, wobei der auf den dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 15 einfallende Lichtstrahl zuvor von dem Breitband- Hochreflexions-Beschichtungsfilm 16 reflektiert wurde; den Breitband-Beschichtungsfilm 16, der unter dem zweiten Winkel den von dem zweiten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 15 reflektierten Lichtstrahl reflektiert; einen Antireflexions-Beschichtungsfilm 17 für das Austretenlassen eines Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge unter dem ersten Winkel ohne Reflexion, so daß dieser Lichtstrahl parallel zu dem zweiten Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge verläuft, der durch den zweiten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 15 hindurchgetreten ist, wobei der durch den Antireflexions-Beschichtungsfilm 17 hindurchtretende Lichtstrahl von dem Breitband-Hoch­ reflexions-Beschichtungsfilm 16 reflektiert wurde. Weiterhin verlaufen bei dieser Vorrichtung der durch den Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm 12 hindurchtretende Lichtstrahl und die Licht strahlen, die von dem ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 14, dem zweiten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm 15 und dem Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilm 16 reflektiert werden, durch das Medium 13.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Auftrennung von Lichtstrahlen die Verfahrensschritte des Eintretenlassens eines einfallenden Lichtstrahls in ein Medium unter einem ersten Winkel ohne Reflexion; des Austretenlassens nur eines Lichtstrahls mit einer ersten Wellenlänge von dem einfallenden Lichtstrahl aus dem Medium unter dem ersten Winkel und des ersten Reflektierens von Lichtstrahlen mit anderer Wellenlänge von dem einfallenden Lichtstrahl innerhalb des Mediums unter dem zweiten Winkel; des zweiten Reflektierens des erstmalig reflektierten Lichtstrahls innerhalb des Mediums unter einem zweiten Winkel; des Austretenlassens nur eines Lichtstrahls mit einer zweiten Wellenlänge von dem zweifach reflektierten Lichtstrahl aus dem Medium unter dem ersten Winkel und des dritten Reflektierens eines Lichtstrahls mit einer dritten Wellenlänge unter dem zweiten Winkel; des vierten Reflektierens des dreifach reflektierten Lichtstrahls innerhalb des Mediums unter dem zweiten Winkel; des Austretenlassens des Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge von dem dreifach reflektierten Lichtstrahl aus dem Medium unter dem ersten Winkel ohne Reflexion.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Lichtauftrennung die Verfahrensschritte des Aufbringens eines Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm auf einen Teil einer ersten Fläche einer flachen Platte, wobei die flache Platte eine Dicke d und einen Brechungsindex n aufweist und wobei die erste Fläche und eine zweite, der ersten gegenüberliegende Fläche eine ausreichende Glattheit aufweisen, um einen von einer Lichtquelle unter einem ersten Winkel einfallenden Lichtstrahl in die flache Platte ohne Reflexion eintreten zu lassen, weiterhin den Verfahrens schritt des Aufbringens eines ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilms auf einen Abschnitt der zweiten Fläche der flachen Platte, um von dem Lichtstrahl, der durch den Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm eingetreten ist, nur einen Lichtstrahl mit einer ersten Wellenlänge unter einem ersten Winkel austreten zu lassen und Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen unter einem zweiten Winkel zu reflektieren, den Verfahrensschritt des Aufbringens eines Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilms auf einen verbliebenen Abschnitt der ersten Fläche der flachen Platte, um den von dem ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm reflektierten Lichtstrahl unter dem zweiten Winkel zu reflektieren, den Verfahrensschritt des Aufbringens eines zweiten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilms auf die zweite Fläche der flachen Platte benachbart zu dem ersten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm, um von dem Lichtstrahl, der von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm reflektiert wird, nur einen Lichtstrahl mit einer zweiten Wellenlänge unter einem ersten Winkel austreten zu lassen und einen Lichtstrahl mit einer dritten Wellenlänge unter dem zweiten Winkel reflektieren zu lassen, sowie den Verfahrensschritt des Aufbringens eines Antireflexions-Be­ schichtungsfilms auf die zweite Seite der flachen Platte benachbart zu dem zweiten dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilms, um den von dem Breitband-Hoch­ reflexions-Beschichtungsfilm reflektierten Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge unter dem ersten Winkel ohne Reflexion austreten zu lassen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, mit dem durch Aufbringen der oben genannten Elemente auf die flache Platte ein einfallender Weißlichtstrahl automatisch in drei farbige Lichtstrahlen aufgetrennt wird. Demgemäß weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, das es mit ihr möglich ist, ein kompaktes System zu schaffen, das zu einem niedrigen Preis verkauft werden kann. Weiterhin weist das Verfahren gemäß dem Stand der Technik, bei dem drei dichroitische Spiegel genutzt werden, Schwierigkeiten bei der Ausrichtung der Lichtstrahlen auf. Demgegenüber ist das System gemäß der vorliegenden Erfindung dahingehend vorteilhaft, daß die Lichtstrahlen automatisch zueinander ausgerichtet werden, wenn die Platte nur ausreichend glatt ist und zueinander parallele Flächen aufweist.
In Fig. 1 ist der allgemeine Aufbau des Systems abgebildet, um den lichtauftrennenden hybriden dichroitischen Spiegel, der eine flache Platte gemäß der vorliegenden Erfindung nutzt, zu verdeutlichen. Fig. 1 zeigt den Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend einen von einer Lichtquelle 10 einfallenden Weißlichtlaserstrahl 11, einen Breitband- Antireflexions-Beschichtungsfilm 12, eine flache Platte oder ein flaches Medium 13, einen dichroitischen Spiegelbeschichtungsfilm, der erste und zweite dichroitische Spiegel 14, 15 bildet, einen Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm 16 und einen Antireflexions-Be­ schichtungsfilm 17. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lichtquelle eine Weißlichtlaserquelle, wobei das Material, aus dem die flache Platte gefertigt ist, ein für das weiße Licht transparentes Medium ist.
In Fig. 1 tritt der von der Einfallslichtquelle 10 erzeugte Weißlichtstrahl 11, der unter einem Einfallswinkel θ0 auf dem Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm 12 auftrifft, durch diesen hindurch. Daran anschließend trifft der Lichtstrahl 11 auf einen Abschnitt des ersten dichroitischen Spiegels 14, der den Austritt eines Lichtstrahls mit einer blauen Farbe entsprechend der Wellenlänge λ1 aus dem Medium zuläßt und der Lichtstrahlen mit grünen und roten Wellenlängen λ2, λ3 reflektiert. Die Lichtstrahlen mit den grünen und roten Wellenlängen, die von dem ersten dichroitischen Spiegel 14 reflektiert werden, werden durch den Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilm 16 total reflektiert, so daß sie auf den zweiten dichroitischen Spiegel 15 auftreffen. Der zweite dichroitische Spiegel 15 erlaubt nur den Durchtritt des Lichtstrahls mit der grünen Wellenlänge λ2 und reflektiert das Licht mit der roten Wellenlänge λ3. Der Lichtstrahl mit der roten Wellenlänge λ3, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel 15 abgetrennt wird, wird in Richtung auf den Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm 16 reflektiert, der den Lichtstrahl mit der roten Wellenlänge λ3 in Richtung auf den Antireflexions-Be­ schichtungsfilm 17 reflektiert. Der Lichtstrahl mit der roten Wellenlänge λ3 tritt durch den Antireflexions-Be­ schichtungsfilm 17 ohne Reflexion aus dem Medium heraus.
Gemäß einer im vorgenannten beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die erste Wellenlänge, die zweite Wellenlänge und die dritte Wellenlänge unterschiedliche Wellenlängen und sind insbesondere eine Wellenlänge, die eine blaue Farbe aufweist, eine Wellenlänge, die eine grüne Farbe aufweist, und eine Wellenlänge, die eine rote Farbe aufweist. Es ist vom fachmännischen Können umfaßt, das System so zu gestalten, daß jede der ersten, zweiten oder dritten Wellenlänge jede der drei Farben rot, blau oder grün aufweisen kann.
Die vorliegenden Ausdrücke bestimmen die Maßangaben des Systems. Wenn, wie in Fig. 2 abgebildet, der einfallende Lichtstrahl in einem Punkt F unter einem Winkel θ0 einfällt, ist jeder Abstand zwischen dem separierten blauen, grünen und roten Licht λ1, λ2, λ3 auf eine Länge von l mm festgelegt, wobei die Brechungsindizes der flachen Platte n1, n2, n3 entsprechend den einzelnen Wellenlängen sind. Der Unterschied zwischen den Brechungsindizes ist eine vernachlässigbare Größe im Bereich sichtbaren Lichts, so daß angenommen wird, daß die Brechungswinkel der einzelnen in die flache planparallele Platte eingetretenen Wellenlängen gleich zueinander sind, so daß der folgende Ausdruck 1 die Dicke der flachen Platte bestimmt.
[Ausdruck 1]
d = [2cosθ0
tan(sin-1
(sinθ0
/nG
))]
Ausdruck 2 legt die Größen der Weite und der Länge der flachen Platte fest.
[Ausdruck 2]
3l/cosθ0
Um gemäß der vorliegenden Erfindung den Abstand zwischen dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge, der aus dem Medium austritt, und dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge, der aus dem Medium austritt, oder zwischen dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge, der aus dem Medium austritt, und dem Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge, der aus dem Medium austritt, einzustellen, werden der Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls und die Dicke d des Mediums eingestellt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Winkel ein Winkel von der Flächennormalen auf der Eintrittsfläche beziehungsweise der Austrittsfläche, wobei der zweite Winkel ein Winkel von der Flächennormalen auf der Reflexionsfläche ist. Im vorliegenden Fall wird die Dicke d der flachen Platte längs der Flächennormalen gemessen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilm 16 und der Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm 12 parallel zu dem ersten dichroitischen Spiegel 14, dem zweiten dichroitischen Spiegel 15 und dem Antireflexions-Beschichtungsfilm 17 ausgerichtet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste dichroitische Spiegel 14, der zweite dichroitische Spiegel 15 und der Antireflexions-Beschichtungsfilm 17 um einen gleichen Abstand d von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm 16 und dem Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm 12 durch das Medium beabstandet.
Wie im vorgenannten erwähnt ist die vorliegende Erfindung im Vergleich zu vorbekannten Aufbauten von Lichtauftrennungsuntersystemen einfach und klein aufgebaut, wobei sich die Ausrichtung der aufgetrennten drei farbigen Lichtstrahlen natürlich ergibt, so daß sie einfach herzustellen ist. Daher kann die Erfindung dafür genutzt werden, großflächige Displays durch Bildprojektionen auf einen Bildschirm direkt mittels eines kleindimensionierten optischen Systems darzustellen, wobei sie sehr effizient bezüglich der Miniarturisierung eines Systems für Lichtauftrennung ist, beispielsweise eines Lichtauftrennungsuntersystems.
Wie im vorgenannten erwähnt erzielt die vorliegende Erfindung die gleichen Ergebnisse mit einem kleindimensionierten optischen Auftrennungsaufbau wie die großen optischen Systeme gemäß dem Stand der Technik, so daß die vorliegende Erfindung vorteilhaft ist und vereinfacht werden kann und erfolgreich vertrieben werden kann. Insbesondere kann durch die vorliegende Erfindung eine große Anzahl von kompakten Systemen mit einem vergleichsweise geringen Preis zur Verfügung gestellt werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Lichtauftrennung mittels einer flachen Platte, die aus einem Medium (13) geformt ist, umfassend:
  • - einen Breitband-Antireflexions-Beschichtungsfilm (12) für das Eindringenlassen eines unter einem ersten Winkel (θ0) einfallenden, von einer Lichtquelle (10) erzeugten Lichtstrahls (11) in das Medium (13) ohne Reflexion;
  • - einen ersten dichroitischen Spiegel (14), der von dem Lichtstrahl, der durch den Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm (12) hindurchtritt, nur einen Lichtstrahl mit einer ersten Wellenlänge (λ1) unter dem ersten Winkel (θ0) aus dem Medium (13) heraustreten läßt und der Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen (λ2, λ3) unter einem zweiten Winkel (θG) reflektiert;
  • - einen Breitband-Hochreflexions-Beschichtungsfilm (16), der den von dem ersten dichroitischen Spiegel (14) reflektierten Lichtstrahl unter dem zweiten Winkel (θG) reflektiert;
  • - einen zweiten dichroitschen Spiegel (15), der von dem Lichtstrahl, der von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm (16) reflektiert wird, nur einen Lichtstrahl mit einer zweiten Wellenlänge (λ2) unter dem erstem Winkel (θ0) austreten läßt, so daß dieser Lichtstrahl parallel zu dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge (λ1) verläuft, der aus dem ersten dichroitischen Spiegel (14) ausgetreten ist, und wobei der zweite dichroitische Spiegel (15) einen Lichtstrahl mit einer dritten Wellenlänge (λ3) unter dem zweiten Winkel (θG) reflektiert;
  • - wobei weiterhin der Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm (16) den Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge (λ3), der von dem zweiten dichroitischen Spiegel (15) reflektiert wurde, unter dem zweiten Winkel (θG) reflektiert;
  • - einen Antireflexions-Beschichtungsfilm (17), der den Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge (λ3) unter dem ersten Winkel (θ0) aus dem Medium (13) ohne Reflexionen austreten läßt, so daß dieser Lichtstrahl parallel zu dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge (λ2) ausgerichtet ist, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel (15) hindurch getreten ist;
  • - wobei der Lichtstrahl, der durch den Breitband- Antireflexions-Beschichtungsfilm (12) hindurchtritt, und die Lichtstrahlen, die von dem ersten dichroitischen Spiegel (14), dem zweiten dichroitischen Spiegel (15) und dem Breitband- Hochreflexions-Beschichtungsfilm (16) reflektiert werden, durch das Medium (13) hindurch verlaufen.
2. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (θ0) ein Winkel von der Flächennormalen auf der Eintrittsfläche bzw. Austrittsfläche ist, wobei der zweite Winkel (θG) ein Winkel von der Flächennormalen auf der Reflektionsfläche ist.
3. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitband-Hoch­ reflexions-Beschichtungsfilm (16) und der Breitband-Anti­ reflexions-Beschichtungsfilm (12) parallel zu dem ersten dichroitischen Spiegel (14), dem zweiten dichroitischen Spiegel (15) und dem Antireflexions-Be­ schichtungsfilm (17) ausgerichtet sind.
4. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste dichroitische Spiegel (14), der zweite dichroitische Spiegel (15) und der Antireflexions-Beschichtungsfilm (17) um eine gleiche Strecke (d) von dem Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm (16) und dem Breitband-Antireflexions-Be­ schichtungsfilm (12) durch das Medium beabstandet sind.
5. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung des Einfallswinkels (θ0) des einfallenden Lichtstrahls (11) und der Dicke (d) des Mediums (13) ein Abstand (1) zwischen dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge (λ1), der durch den ersten dichroitischen Spiegel (14) hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge (λ2), der durch den zweiten dichroitischen Spiegel (15) hindurchtritt, oder zwischen dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge (λ2), der durch den zweiten dichroitischen Spiegel (15) hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge (λ3), der durch den Antireflexions-Beschichtungsfilm (17) hindurchtritt, eingestellt werden kann.
6. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (1) zwischen dem Lichtstrahl mit der ersten Wellenlänge (λ1), der durch den ersten dichroitischen Spiegel (14) hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge (λ2), der durch den zweiten dichroitischen Spiegel (15) hindurchtritt, gleich dem Abstand (1) zwischen dem Lichtstrahl mit der zweiten Wellenlänge (λ2), der durch den zweiten dichroitischen Spiegel (15) hindurchtritt, und dem Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge (λ3), der durch den Antireflexions-Be­ schichtungsfilm (17) hindurchtritt, ist.
7. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einfallende Lichtstrahl (11) aus Weißlicht besteht.
8. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (10) ein Weißlichtlaser ist.
9. Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge (λ1), die zweite Wellenlänge (λ2) und die dritte Wellenlänge (λ3) eine blaue Wellenlänge, eine grüne Wellenlänge und eine rote Wellenlänge sind.
10. Verfahren zur Lichtauftrennung vermittels einer flachen Platte, die aus einem Medium geformt ist, umfassend folgende Verfahrensschritte:
  • - das Eintretenlassen eines unter einem ersten Winkel (θ0) einfallenden Lichtstrahls in das Medium (13) ohne Reflexion;
  • - das Auftretenlassen eines Lichtstrahls mit einer ersten Wellenlänge (λ1) von dem eingefallenen Lichtstrahl aus dem Medium unter dem ersten Winkel (θ0) und das erstmalig Reflektieren von Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen (λ2, λ3) innerhalb des Mediums unter dem zweiten Winkel (θG);
  • - das zweite Reflektieren des erstmalig reflektierten Lichtstrahls innerhalb des Materials unter dem zweiten Winkel (θG);
  • - das Austretenlassen nur eines Lichtstrahls mit einer zweiten Wellenlänge (λ2) von dem zweifach reflektierten Licht aus dem Medium heraus unter dem ersten Winkel (θ0) und das dritte Reflektieren eines Lichtstrahls mit einer dritten Wellenlänge (λ3) unter dem zweiten Winkel (θG);
  • - das vierte Reflektieren des dreifach reflektierten Lichtstrahls innerhalb des Mediums (13) unter dem zweiten Winkel (θG);
  • - das Austretenlassen des Lichtstrahls mit der dritten Wellenlänge (λ3) aus dem Medium (13) unter dem ersten Winkel (θ0) ohne Reflektion.
11. Verfahren zur Lichtauftrennung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (θ0) ein Winkel von der Flächennormalen auf der Eintrittsfläche bzw. der Austrittsfläche ist, wobei der zweite Winkel (θG) ein Winkel von der Flächennormalen auf der Reflektionsfläche ist.
12. Verfahren zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Verfahrenschritt der Einstellung des Einfallswinkels (θ0) des einfallenden Lichts (11) und der Einstellung der Dicke (d) des Mediums (13) umfaßt, um einen Abstand (1) zwischen dem mit der ersten Wellenlänge (λ1) aus dem Medium (13) austretenden Lichtstrahl und dem mit der zweiten Wellenlänge (λ2) aus dem Medium (13) austretenden Lichtstrahl oder zwischen dem mit der zweiten Wellenlänge (λ2) aus dem Medium (13) austretenden Lichtstrahl und dem mit der dritten Wellenlänge (λ3) aus dem Medium (13) austretenden Lichtstrahl einzustellen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der einfallende Lichtstrahl (11) aus Weißlicht besteht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wellenlänge (λ1), die zweite Wellenlänge (λ2) und die dritte Wellenlänge (λ3) eine blaue Wellenlänge, eine grüne Wellenlänge und eine rote Wellenlänge sind.
15. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Lichtauftrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine flache aus einem Medium (13) gestaltete Platte nutzt, umfassend folgende Verfahrensschritte:
  • - Das Aufbringen eines Breitband-Antireflektions-Be­ schichtungsfilms (12) auf eine erste Fläche der flachen Platte, wobei die flache Platte eine Dicke (d), einen Brechungsindex (n) und eine ausreichende Glattheit der ersten Fläche und einer zweiten der ersten Fläche gegenüberliegenden Fläche aufweist, um den Eintritt eines unter einem ersten Winkel (θ0) einfallenden Lichtstrahls, der von einer Lichtquelle (10) erzeugt wird, in das Medium (13) ohne Reflexion zu gewährleisten;
  • - das Aufbringen eines ersten dirchoitischen Spiegels (14) auf einen Abschnitt der zweiten Fläche der flachen Platte, um von dem durch den Breitband- Antireflexions-Beschichtungsfilm (12) hindurchgetretenen Lichtstrahl nur einen Lichtstrahl mit einer ersten Wellenlänge (λ1) unter dem ersten Winkel(θ0) austreten zu lassen und um Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen (λ2, λ3)unter einem zweiten Winkel (θG) zu reflektieren;
  • - das Aufbringen eines Breitband-Hochreflexions-Be­ schichtungsfilm (16) auf einen verbleibenden Abschnitt der ersten Seite der flachen Platte, um den von dem ersten dichroitischen Spiegel (14) reflektierten Lichtstrahl unter dem zweiten Winkel (θG) zu reflektieren;
  • - das Aufbringen eines zweiten dichroitischen Spiegels (15) auf die zweite Fläche der flachen Platte benachbart zu dem ersten dichroitischen Spiegel (14), um einen Lichtstrahl mit einer zweiten Wellenlänge (λ2) unter dem ersten Winkel (θ0) austreten zu lassen und um einen Lichtstrahl mit einer dritten Wellenlänge (λ3) unter dem zweiten Winkel (θG) zu reflektieren;
  • - das Aufbringen eines Antireflexions-Beschichtungsfilms (17) auf der zweiten Fläche der flachen Platte benachbart zu dem zweiten dichroitischen Spiegel (15), um den Lichtstrahl mit der dritten Wellenlänge (λ3) unter dem ersten Winkel (θ0) ohne Reflexion austreten zu lassen.
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