DE68928858T2

DE68928858T2 - Optisches Element und System

Info

Publication number: DE68928858T2
Application number: DE68928858T
Authority: DE
Inventors: Tomio Suwa-Shi Nagano-Ken Sonehara
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2009-09-06
Also published as: EP0359461B1; US5098183A; DE68928858D1; HK1015179A1; EP0359461A2; JPH0274903A; EP0359461A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element sowie ein optisches System, das bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, ein solches Element enthält.
Verschiedene optische Systeme mit einem vor-polarisierenden Strahlenteiler, einem dichroitischen Spiegel und dergleichen sind in den US-Patenten Nr. 4 191 465, 4 461 542 und 4 464 018 offenbart. Bei allen diesen Systemen werden die Polarisationseigenschaften der jeweiligen optischen Elemente unabhängig von den Wellenlängen-Selektionseigenschaften der jeweiligen anderen optischen Elemente verwendet, und umgekehrt.
In solchen Systemen dienen die diochroitischen Elemente lediglich zum passiven Trennen des Lichts, und es ist keine Änderung der Farbtrenneigenschaften möglich.
Ein Projektionssystem ist auch aus SID '86 Digest, Seite 375 (1986) bekannt. Bei diesem System wird weißes Licht von einer Lichtquelle in Licht mit jeweiligen Farben getrennt, und das farbige Licht wird moduliert, um mittels Lichtventilen ein Bild zu erzeugen. Das modulierte Licht wird dann zur Projektion synthetisiert.
Bei diesem herkömmlichen Projektionssystem wird farbiges Licht (in diesem Fall rot, grün und blau) von weißem Licht mittels eines ersten Wellenlängen-selektiven optischen Elements getrennt, dessen Wellenlängen-Selektionseigenschaften in Fig. 10(a) gezeigt sind. Licht der gewählten Farben wird durch ein weiteres optisches Element synthetisiert, das die gleichen Wellenlängen-Selektionseigenschaften hat.
Weil das Licht diesen doppelten Wellenlängen-Selektionsprozeß durchläuft, ist der Verlust von Licht, das Wellenlängen in den Randbereichen der Wellenlängen-Selektionskurven in Fig. 10(a) aufweist, erheblich. Fig. 10(b) zeigt die spektrale Intensität, nachdem das Licht syntethisiert wurde. Der Lichtverlust kann etwa 50% betragen, vergleicht man die Lichtintensität in Fig. 10(a) mit der Lichtintensität in Fig. 10(b). Demzufolge ist die Nutzungsrate des Lichtflusses im Projektionssystem gering, und es ist eine Hochleistungslichtquelle erforderlich.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Element angegeben, das auf seiner einen Oberfläche eine erste dichroitische Schicht und auf seiner anderen Oberfläche eine zweite dichroitische Schicht zur Wellenlängen-Selektion von reflektiertem Licht und durchgelassenem Licht aufweist, wobei:
(i) die erste dichroitische Schicht Rotlicht reflektiert, wenn das einfallende Licht P-polarisiert ist, und Gelblicht reflektiert, wenn das einfallende Licht S- polarisiert ist; und
(ii) die zweite dichroitische Schicht Blaulicht reflektiert, wenn das einfallende Licht P-polarisiert ist und Cyanlicht reflektiert, wenn das einfallende Licht S-polarisiert ist.
Die vorliegende Erfindung gibt auch ein optisches System an, umfassend: ein erstes optisches Element zum Trennen von Licht einer Lichtquelle in Licht jeweiliger Farben, Lichtventile zum Modulieren des farbigen Lichts sowie ein zweites optisches Element zum Synthetisieren des modulierten farbigen Lichts, wobei eines der ersten und zweiten optischen Elemente selektiv Rot- und Blaulicht reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der ersten und zweiten optischen Elemente ein optisches Element nach dem unmittelbar vorhergehenden Absatz ist.
In einer bevorzugten Form der Erfindung kreuzen die zwei dichroitischen Schichten einander im rechten Winkel. Dies läßt sich bequem erreichen, indem man das optische Element aus vier rechtwinkligen, aneinander haftenden Prismen bildet und jede dichroitische Schicht auf gewählten Oberflächen der Prismen aufträgt.
Die vorliegende Erfindung gibt auch ein optisches System an, umfassend: ein erstes optisches Element zum Trennen von Licht einer Lichtquelle in Licht jeweiliger Farben, Lichtventile zum Modulieren des farbigen Lichts sowie ein zweites optisches Element, wobei eines der ersten und zweiten optischen Elemente selektiv Rot- und Blaulicht reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der ersten und zweiten optischen Elemente ein optisches Element nach dem unmittelbar vorhergehenden Absatz ist.
Ferner kann zumindest eines der ersten und zweiten optischen Elemente polarisationsabhängige Wellenlängen-Selektionseigenschaften haben.
Die Erfindung wird nun als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, worin:
Fig. 1 ist eine Schnittansicht durch ein optisches Element nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt das Konstruktionsverfahren des in Fig. 1 gezeigten Elements;
Fig. 3(a) zeigt die Wellenlängen-Selektionseigenschaften einer dichroitischen Schicht des Elements zum Reflektieren von Rot- und Gelblicht, und Fig. 3(b) zeigt die Wellenlängen-Selektionseigenschaften einer dichroitischen Schicht des Elements zum Reflektieren von Blau- und Cyanlicht;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems;
Fig. 5(a) und 5(b) zeigen die Wellenlängen-Selektionseigenschaften des ersten bzw. des zweiten optischen Elements des in Fig. 4 gezeigten optischen Systems, und Fig. 5(c) zeigt das Spektrum nach der Synthese;
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Vollfarben- Projektionssystems nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7(a) zeigt die Wellenlängen-Selektionseigenschaften des ersten optischen Elements des Projektionssystems, und Fig. 7(b) und 7(c) zeigen die Wellenlängen-Selektionseigenschaften eines zweiten optischen Elements des Projektionssystems;
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines Mehrfarben- Projektionssystems;
Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die Wellenlängen-Selektionseigenschaften des ersten bzw. des zweiten optischen Elements des in Fig. 8 gezeigten Projektionssystems, und Fig. 9(c) zeigt das Spektrum nach der Synthese; und
Fig. 10(a) zeigt die Wellenlängen-Selektionseigenschaften eines herkömmlichen optischen Elements, und Fig. 10(b) zeigt das Spektrum nach der Synthese.
Zunächst zu Fig. 1. Ein optisches Element nach der vorliegenden Erfindung umfaßt vier rechtwinklige Prismen 101, die aneinanderhaften und dichroitische Schichten 102, 103 aufweisen, die auf gewählten ihrer aufeinanderliegenden rechtwinkligen ebenen Oberflächen aufgetragen sind, um, wie gezeigt, einander schneidende Wellenlängen-selektive Schichten vorzusehen. Die dichroitische Schicht 102 fungiert als Rotlicht(R)-Reflexionsschicht in bezug auf P-polarisiertes Licht, und als Gelblicht(Y)-Reflexionsschicht in bezug auf S-polarisiertes Licht. Die dichroitische Schicht 103 fungiert als Blaulicht(B)-Reflexionsschicht in bezug auf das P-polarisierte Licht und als Cyanlicht(C)- Reflexionsschicht in bezug auf das S-polarisierte Licht.
Fig. 3(a) und 3(b) zeigen die Wellenlängen-Selektionseigenschaften, wobei Fig. 3(a) der dichroitischen Schicht 102 entspricht und Fig. 3(b) der dichroitischen Schicht 103 entspricht. In Fig. 3(a) und 3(b) repräsentiert die gepunktete Linie die Wellenlängenselektion in bezug auf das P-polarisierte Licht, und die durchgehende Linie repräsentiert die Wellenlängenselektion in bezug auf das S-polarisierte Licht.
Wie aus Fig. 3 zu entnehmen, liegen die Übergangs- oder Randbereiche für die Wellenlängenselektion in jedem Fall im sichtbaren Lichtbereich von 400 nm bis 700 nm, und die Wellenlängen-Selektionsfunktionen für das S-polarisierte Licht überlappen jene für das P-polarisierte Licht im wesentlichen nicht.
Wenn daher das einfallende Licht 104 in das in Fig. 1 gezeigte optische Element eintritt, bestimmt die Polarisation des Lichts dessen Trennung in reflektiertes Licht 106, 107 und durchgelassenes Licht 105. Wenn beispielsweise linear polarisiertes Licht, das parallel zur Papieroberfläche ist, in das optische Element eintritt, ist das linear polarisierte Licht in bezug auf die dichroitischen Schichten P- polarisiertes Licht, und daher reflektieren die dichroitischen Schichten Rot- und Blaulicht. Im Ergebnis ist das von dem Element durchgelassene Licht 105 grün, das von dem Element reflektierte Licht 106 ist blau, und das von dem Element reflektierte Licht 107 ist rot. Wenn andererseits weißes, linear polarisiertes Licht, das S-polarisiert ist, in das optische Element eintritt, ist das reflektierte Licht 106 blau in Richtung cyan, das reflektierte Licht 107 ist gelb in Richtung rot, und es tritt kaum ein durchgelassenes Licht 105 aus dem optischen Element aus. Dies beruht auf der Tatsache, daß das Licht durch die Reflektion von cyan- und Gelblicht beeinflußt wird. Somit können die Trenneigenschaften durch die Polarisation des einfallenden Lichts bestimmt werden. Das bedeutet, daß die Farbe des erzeugten Lichts durch elektrische Steuerung der Polarisation des einfallenden Lichts mittels elektrooptischer Effekte, etc. gesteuert werden kann.
Fig. 2 zeigt, wie die Struktur des optischen Elements von Fig. 1 hergestellt werden kann. Die dichroitischen Schichten werden auf einzelne gewählte der Oberflächen, die einander im rechten Winkel treffen, der jeweiligen Prismen 201 aufgetragen. Es gibt zwei Alternativen für die Beschichtung der Oberflächen. Eine Alternative gilt für die ersten und zweiten dichroitischen Schichten, die auf die mit 202 bzw. 203 bezeichneten Oberflächen aufzutragen sind. Die andere Alternative gilt für die ersten und zweiten dichroitischen Schichten, die auf die mit 204 bzw. 205 bezeichneten Oberflächen aufzutragen sind. Die dichroitischen Schichten können in jedem Fall in der normalen Weise zur Herstellung eines optischen dünnen Films hergestellt werden. In beiden Fällen werden zwei komplexe dichroitische Schichten kombiniert. Jedoch kann einfach eine einzelne dichroitische Schicht auf die längste Seite eines rechtwinkligen Prismas aufgetragen werden, und die längste Seite kann auf die längste Seite des anderen rechtwinkligen Prismas geklebt werden. In dieser einfacheren Struktur kann die selektive Wellenlänge immer noch durch das einfallende polarisierte Licht bestimmt werden.
Im obigen Beispiel wurden rechtwinklige Prismen verwendet. Ein P-Typ-Farbtrennprisma kann Wellenlängen-Selektionseigenschaften gleichermaßen für reflektiertes und durchgelassenes Licht mit Polarisationsabhängigkeit erzeugen.
Fig. 4 zeigt ein optisches System zum Trennen von mehreren, in diesem Fall vier, Farben. In diesem Beispiel wird das einfallende Licht mittels eines ersten und eines zweiten optischen Elements projiziert, ohne nachteiligen Effekten doppelter Wellenlängen-Selektion zu unterliegen.
Das in Fig. 4 gezeigte optische System hat als Hauptstrukturelemente ein erstes optisches Element 1, ein zweites optisches Element 2, Lichtventile 3 und Reflexionsspiegel 9. Licht 404 von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) wird durch das erste optische Element in durchgelassenes Licht 401 und reflektiertes Licht 402 getrennt. Das durchgelassene Licht 104 und das reflektierte Licht 402 werden durch Lichtventile 3 moduliert, bevor es auf das zweite optische Element 2 fällt.
Fig. 5(a) zeigt die Wellenlängen-Selektionseigenschaften des ersten optischen Elements 1. In Fig. 5(a) repräsentiert die Bezugszahl 503 das durchgelassene Licht, und die Bezugszahl 506 repräsentiert das reflektierte Licht. Die Bezugszahl 501 zeigt den Bereich, in dem zwei Übergangsbereiche der Wellenlängen-Selektionsfunktionen vorkommen.
Fig. 5(b) zeigt die Wellenlängen-Selektionseigenschaften des zweiten optischen Elements. Die Bezugszahl 504 benennt das durchgelassene Licht, und die Bezugszahl 507 benennt das reflektierte Licht. Die Bezugszahl 502 benennt den Bereich, wo die Übergangsbereiche der Wellenlängen-Selektionsfunktionen vorkommen. Wie ersichtlich, überlappt der Bereich 501 nicht mit dem Bereich 502. Im Ergebnis hat das nach der Synthese ausgegebene Licht 403, ein Spektrum, wie es in Fig. 5(c) gezeigt ist. Weil dieses Licht nicht doppelt durch die gleichen Wellenlängen-Selektionseigenschaften beeinflußt ist, wird eine Reduktion der Lichtintensität, wie in den Fig. 10(a) und 10(b) gezeigt, vermieden.
Im in Fig. 4 gezeigten System ist das erzeugte Licht magentafarben, wobei es aus blau und rot synthetisiert ist. Wenn, wie gezeigt, die Lichtventile 3 zwischen dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element vorgesehen sind und das Bild moduliert wird, kann man eine Mehrfarben-Anzeige erhalten.
Das optische Element 1 hat bevorzugt eine herkömmliche Struktur. Das optische Element 2 hat bevorzugt eine Struktur, wie sie in bezug auf Fig. 1 beschrieben ist. Jedoch kann jedes der ersten und zweiten optischen Elemente Wellenlängen-Selektionseigenschaften und dichroitische Schichten haben, wie sie in bezug auf Fig. 1 beschrieben sind.
Um eine Vollfarben-Anzeige zu erhalten, kann ein Projektionssystem verwendet werden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, das ein erstes optisches Element nach dem Stand der Technik mit dichroitischen Schichten zum selektiven Reflektieren von Rot- und Blaulicht aufweist sowie ein zweites optisches Element nach der vorliegenden Erfindung mit dichroitischen Schichten zum selektiven Reflektieren von Gelb- und Cyanlicht. Alternativ kann die Anordnung der ersten und zweiten optischen Elemente umgekehrt sein. Zum Auftragen der dichroitischen Schicht ist in jedem Fall die Kreuzform vorteilhaft, weil dann die optische Länge kurz ist.
Durch Verwendung von Lichtwellen zum Modulieren von bestimmtem polarisiertem Licht kann das Licht jeder Farbe, das in das zweite optische Element nach der Erfindung eintritt, auf eine bestimmte Polarisation beschränkt sein (z. B. S-polarisiertes oder P-polarisiertes Licht). Ferner kann die Polarisation des Lichts, das von dem zweiten optischen Element reflektiert wird, und die Polarisation des Lichts, das von dem zweiten optischen Element durchgelassen wird, unterschiedlich sein. In bezug auf das Licht jeder Farbe, die selektiv von dem zweiten optischen Element reflektiert wird, überlappen die Wellenlängen-Selektionseigenschaften des ersten optischen Elements nicht mit den Wellenlängen-Selektionseigenschaften des zweiten optischen Elements. Das farbige Licht, das nacheinander durch beide Elemente durchgelassen wird, wird durch die Wellenlängen- Selektionseigenschaften des zweiten optischen Elements im Hinblick auf das anders polarisierte Licht nicht beeinflußt.
Fig. 6 ist eine Strukturansicht des Projektionssystems zum Vorsehen der Vollfarben-Anzeige. Das erste optische Element umfaßt einen blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 1 und einen rot reflektierenden dichroitischen Spiegel 1' in der Form eines Kreuzes. Das zweite optische Element umfaßt einen S-polarisierten cyan reflektierenden dichroitischen Spiegel 2 und einen S-polarisierten gelb reflektierenden dichroitischen Spiegel 2' in der Form eines Kreuzes. Eine Weißlichtquelle 4 liefert Licht durch eine Sammellinse 5 zu dem ersten optischen Element. Von dem zweiten optischen Element abgegebenes Licht wird durch eine Projektionslinse 6 auf einen Bildschirm 7 geworfen. Spiegel 9 reflektieren Blau- und Rotlicht von den Spiegeln 1, 1' zu jeweiligen Lichtventilen 3 zum Bildaufbau, wobei in diesem Beispiel ein Paneelentyp mit TN-Modus-Flüssigkristallmatrix verwendet wird. Ein weiteres solches Lichtventil 30 ist zwischen den zwei optischen Elementen vorgesehen.
Das Licht von der Weißlichtquelle 4 wird durch die Sammellinse S gesammelt und tritt dann in das erste optische Element ein. Das erste optische Element hat Farbtrenneigenschaften, wie sie in Fig. 7a gezeigt sind, und teilt das Quellenlicht in Rotlicht (R), Grünlicht (G) und Blaulicht (B). Das Rotlicht (R) und das Blaulicht (B) werden durch Reflexion getrennt und haben zumindest S-polarisierte Komponenten in bezug auf die dichroitischen Spiegel des ersten optischen Elements. Das Rotlicht (R) und das Blaulicht (B) werden dann von den Spiegeln 9 reflektiert und treten in die Lichtventile 3 ein. Das Grünlicht (G) tritt direkt in das jeweilige Lichtventil 3 ein. Hier sind die Polarisierer in der Nicol-Anordnung angeordnet. Es übertragen nämlich die Lichtventile zum Modulieren von Rotlicht (R) und Blaulicht (B) S-polarisiertes Licht, und das Lichtventil zum Modulieren des Grünlichts (G) überträgt P-polarisiertes Licht. Daher treten das Rotlicht (R) und das Blaulicht (B) als S-polarisiertes Licht in das zweite optische Element ein. Das Grünlicht (G) tritt als P-polarisiertes Licht in das zweite optische Element ein.
Das zweite optische Element umfaßt den S-polarisierten gelb reflektierenden Spiegel 2 und des S-polarisierten cyan reflektierenden Spiegel 2' und hat in bezug auf das S-polarisierte Licht Reflexionseigenschaften, wie sie in Fig. 7(b) gezeigt sind, und in bezug auf P-polarisiertes Licht Durchlässigkeitseigenschaften, wie sie in Fig. 7(c) mit durchgehender Linie gezeigt sind. Demzufolge fungiert das zweite optische Element in bezug auf nur das S-polarisierte Licht als Gelbspiegel und Cyanspiegel und läßt das P-polarisierte Licht durch. Das zweite optische Element gibt somit in Antwort auf einfallendes Blaulicht und Rotlicht Licht entsprechend den in den Fig. 7(a) und 7(b) gezeigten Funktionen aus, und in Antwort auf einfallendes Grünlichtentsprechend den Funktionen, die in Fig. 7(a) und mit der durchgehenden Linie 701 in Fig. 7(c) gezeigt sind. Das Blaulicht und das Rotlicht erhalten die von dem ersten optischen Element gewählten Wellenlängeneigenschaften, und das Grünlicht erhält die von dem ersten optischen Element gewählten Wellenlängeneigenschaften. Dies beruht auf der Tatsache, daß für Licht jeglicher Farbe der Übergangsbereich der Wellenlängen-Selektionsfunktion des einen optischen Elements nicht mit dem Übergangsbereich der Wellenlängen-Selektionsfunktion des anderen optischen Elements überlappt.
Die optischen Eigenschaften jedes der in diesem Beispiel erwähnten ersten und zweiten optischen Elemente können durch ein dichroitisches Element realisiert werden, das mehrschichtige dielektrische Folien aufweist, die man auf dem Markt erhalten kann. Jedoch zeigt ein solches dichroitisches Element unnötige Interferenz. Solange jedoch ein Wellenlängen-Selektionsübergangsbereich nicht mit dem anderen Wellenlängen-Selektionsübergangsbereich überlappt, lassen sich in der vorliegenden Erfindung alternative optische Elemente verwenden.
Wie beschrieben, zeigt das zweite optische Element konstante Durchlässigkeitseigenschaften (siehe Linie 701 in Fig. 7(c)). Alternativ kann das zweite optische Element Selektionseigenschaften haben, wie sie in Fig. 7(c) mit der gepunkteten Linie 702 in bezug auf grünes Licht gezeigt sind. In diesem Fall dürfen die Übergangsbereiche der Wellenlängen-Selektionsfunktionen des ersten optischen Elements nicht mit den Übergangsbereichen der Wellenlängen- Selektionsfunktionen des zweiten optischen Elements überlappen.
Wenn ferner die Farbtrenneigenschaften, wie sie in Fig. 7(a) gezeigt sind, eine Polarisationsabhängigkeit haben, die Licht einer bestimmten Polarisation beeinflußt, kann das durchgelassene Licht (in diesem Fall Grünlicht) ein konstantes Spektrum haben. In diesem Fall kann ein Filter, der die mit Linie 704 gezeigen Funktionen gibt, in den Lichtweg zwischen das erste optische Element und das zweite optische Element eingesetzt werden, um für die Farbtrennung des ersten optischen Elements zu sorgen. Dann sollten die Filtereigenschaften den Übergangsbereich der Wellenlängen- Selektionsfunktion des zweiten optischen Elements effektiv nicht überlappen.
Daher sind die Probleme beseitigt, die entstehen, wenn die Übergangsbereiche für die Wellenlängen-Selektionsfunktionen, die beim Trennen und Synthetisieren des farbigen Lichts auftreten, einander überlappen. Im Ergebnis beträgt die Reduktion der Lichtintensität, die mit dem in Fig. 6 gezeigten System erhalten wird, nur 10% bis 30% im Vergleich zu den obigen 50% beim Stand der Technik. Somit kann bei gleicher Lichtquelle das projizierte Licht doppelt so stark sein wie beim Stand der Technik.
Ein alternatives Projektionssystem zum Erzeugen einer Mehrfarben-Anzeige ist in Fig. 8 gezeigt. In diesem Fall ist der Übergangsbereich für die Wellenlängen-Selektion des zweiten optischen Elements zum Synthetisieren von farbigem Licht groß.
Wie zuvor wird das Licht einer Lichtquelle 4 durch eine Sammellinse 5 gesammelt und wird dann durch ein herkömmliches erstes optisches Element 1 aufgetrennt. Die reflektierte Komponente wird in der Richtung durch Spiegel 9 abgelenkt und tritt dann in ein Lichtventil 3 ein. Andererseits tritt die durchgelassene Komponente direkt in ein weiteres Ventil 3 ein. Diese Komponenten werden durch ein zweites optisches Element 2 synthetisiert. Das synthetisierte Licht tritt durch eine Projektionslinse 6, wodurch auf einem Bildschirm 7 ein Bild erzeugt wird.
Die Trenneigenschaften des ersten optischen Elements sind in Fig. 9(a) gezeigt, und die Syntheseeigenschaften des zweiten optischen Elements sind in Fig. 9(b) gezeigt. Das erste optische Element reflektiert Cyanlicht (C) und läßt Gelblicht (Y) in der Nähe von 550 nm des sichtbaren Spektrums durch. Andererseits reflektiert das zweite optische Element Blaulicht (B) und läßt Rotlicht (R) durch. Daher tritt Gelblicht (Y) und Cyanlicht (C) mit einer Wellenlänge mit Bereich von 500 nm bis 550 nm als Lecklicht zu einer Linse 801 aus. Die Wellenlängenverteilung und die maximale Intensität des synthetisierten Lichts ist in Fig. 9(c) gezeigt.
Wenn der Übergangsbereich für die Wellenlängenselektion durch das erste optische Element groß ist und der Übergangsbereich für die Wellenlängenselektion durch das zweite optische Element eng ist, läßt sich eine ausgezeichnete Mehrfarben-Anzeige mit Farbreinheit für rot, blau und schwarz und magenta erhalten, indem man verhindert, daß die Übergangsbereiche der Wellenlängen-Selektionsfunktion überlappen.
In diesem Fall ist der Übergangsbereich für die Wellenlän gen-Selektion durch das erste optische Element größer, wobei der polarisierender Strahlenteiler über einen weiten Bereich arbeitet. Das erste optische Element kann dann S- polarisiertes Licht reflektieren und läßt P-polarisiertes Licht durch, wie beschrieben. Wenn das zweite optische Element in der gleichen Weise wie das erste optische Element arbeitet, kommt es während des Durchgangs durch die Lichtventile zu angenähert keinem Lichtverlust, und die Synthese der zwei Bilder von den Lichtventilen ist sehr effektiv. Ferner kann man eine effektive Farbprojektionsanzeige erhalten, indem man jedem optischen Element die Wellenlängen- Selektionseigenschaften gibt. Es wird nämlich das Licht nach der Polarisation getrennt und nach der Wellenlänge synthetisiert. Konkret wird für das erste optische Element ein polarisierender Strahlenteiler für die Trennung des sichtbaren Lichts verwendet, und für das zweite optische Element wird ein dichroitischer Spiegel verwendet.
In der vorliegenden Erfindung können die Wellenlängen-Selektionseigenschaften eines optischen Elements durch einfallendes polarisiertes Licht gesteuert werden. Ferner kann ein kompaktes optisches Element aufgebaut werden, indem man Prismen zu einem Würfel verbindet.
Die vorliegende Erfindung läßt sich bei verschiedenen optischen Apparaten anwenden.
Ferner überlappen in einem optischen System mit zwei optischen Elementen zum Trennen bzw. Synthetisieren von farbigem Licht die Wellenlängen-Selektions-Übergangsbereiche einander effektiv nicht. Indem man ferner dem Wellenlängen- Selektions-Übergangsbereich Polarisationseigenschaften gibt, läßt sich eine Projektionsanzeige ohne signifikanten Lichtverlust und mit hoher Effizienz erreichen. Weil ein einziges optisches Element die Farbwiedergabeeigenschaften bestimmen kann, benötigt das andere optische Element keine scharfen Selektionseigenschaften. Auch kann die Brennweite der Projektionslinse auf ein Minimum reduziert werden, indem man dichroitische Schichten der optischen Elemente in Kreuzform anordnet, wodurch die Konstruktion der Linse vereinfacht werden kann.

Claims

1. Optisches Element, das auf seiner einen Oberfläche eine erste dichroitische Schicht (102) und auf seiner anderen Oberfläche eine zweite dichroitische Schicht (103) zur Wellenlängenselektion von reflektiertem Licht und durchgelassenem Licht aufweist, wobei:

(i) die erste dichroitische Schicht Rotlicht reflektiert, wenn das einfallende Licht P-polarisiert ist, und Gelblicht reflektiert, wenn das einfallende Licht S-polarisiert ist; und

(ii) die zweite dichroitische Schicht Blaulicht reflektiert, wenn das einfallende Licht P-polarisiert ist, und Cyanlicht reflektiert, wenn das einfallende Licht S-polarisiert ist.

2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei dichroitischen Schichten einander kreuzen.

3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (4) aneinander haftende rechtwinklige Prismen (101, 102) aufweist und daß die oder jede dichroitische Schicht zumindest auf eine Oberfläche von zumindest einem der rechtwinkligen Prismen aufgetragen ist.

4. Optisches System, umfassend: ein erstes optisches Element (1) zum Trennen von Licht einer Lichtquelle (4) in Licht jeweiliger Farben, Lichtventile (3) zum Modulieren des farbigen Lichts sowie ein zweites optisches Element (2) zum Synthetisieren des modulierten farbigen Lichts, wobei eines der ersten und zweiten optischen Elemente selektiv Rot- und. Blaulicht reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der ersten und zweiten optischen Elemente ein optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist.

5. Optisches System, umfassend: ein erstes optisches Element (1) zum Trennen von Licht einer Lichtquelle (4) in Licht jeweiliger Farben, Lichtventile (3) zum Modulieren des farbigen Lichts sowie ein zweites optisches Element (2) zum Synthetisieren des modulierten farbigen Lichts, wobei eines der ersten und zweiten optischen Elemente selektiv Rot- und Blaulicht reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß das andere der ersten und zweiten optischen Elemente zwei dichroitische Schichten aufweist, die selektiv Gelb- und Cyanlicht reflektieren.

6. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dichroitischen Schichten einander im rechten Winkel kreuzen.

7. Optisches System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen-Selektionseigenschaften zumindest eines der ersten und zweiten optischen Elemente polarisationsabhängig sind.

8. Projektor, umfassend eine Lichtquelle (4), ein optisches System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, sowie Mittel (6) zum Projizieren des von dem zweiten optischen Element synthetisierten Lichts auf einen Bildschirm (7).