DE602005000800T2

DE602005000800T2 - Polarisationsstrahlenteiler mit reduzierter Spannung für einen optischen Projektor

Info

Publication number: DE602005000800T2
Application number: DE602005000800T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Okuyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: CN1719290A; US20060007540A1; CN100434949C; EP1615068B1; EP1615068A1; JP2006023570A; US7258445B2; DE602005000800D1; JP4444745B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Polarisationsstrahlenteiler oder Polarisations-Strahlenbündelteiler („PBS"), der für einen Bildprojektor, wie etwa einen Flüssigkristall-Projektor, geeignet ist.
Um weißes Licht einer Lichtquelle in Licht verschiedener Farben aufzuspalten und jeden farbigen Lichtstrahl in ein entsprechendes bilderzeugendes Element, wie etwa eine Flüssigkristalltafel, einzuleiten und die farbigen Lichtstrahlen aus mehreren bilderzeugenden Elementen zu synthetisieren bzw. zusammenzuführen, nutzt der Bildprojektor den PBS, der Transmissions- und Reflexionseffekte hat, die mit einem Polarisationszustand des Lichts zusammenhängen.
Der PBS enthält eine Polarisationsteilerschicht und eine Haft- bzw. Klebeschicht zwischen zwei Glasbauteilen. Um die Varianz des Polarisationszustandes in Folge der Doppelbrechung zu verringern, die durch im Glasmaterial erzeugte Spannungen bewirkt wird, wird das Glasbauteil aus einem Glasmaterial gefertigt, welches eine kleine Fotoelastizitätskonstante hat.
Allgemein ist Glas mit einer kleinen Fotoelastizitätskonstante in Folge seiner begrenzten Anwendungen teuer. Daher beschreibt die JP-A–200-171770 einen PBS, der ein Glasbauteil enthält, welches die folgende Gleichung erfüllt: 5.00 × 102 ≧ K·α·E·∫(1 – T)dλ/ρ/Cp,worin K die Fotoelastizitätskonstante des Glasmaterials (10^–6 mm²/N), α der lineare Ausdehnungskoeffizient des Glasmaterials (10^–6/K), E der Elastizitätsmodul (Young'sche Modul) des Glasmaterials (10³ N/mm²), λ die Wellenlänge des Lichts (nm), T das innere Transmissionsvermögen des Glasmaterials bei der Wel lenlänge λ, ρ das spezifische Gewicht des Glasmaterials (g/cm³), Cp die spezifische Wärme des Glasmaterials (J/(g·K)) und der Integrationsbereich in der Gleichung der Bereich des Lichtabsorptions-Wellenlängenbereiches (zwischen 420 und 500 nm) ist.
Jedoch ist die obige Gleichung nicht praktisch geeignet, weil ein tatsächlicher PBS ein Glasmaterial mit einer Fotoelastizitätskonstante von nahezu 0 nutzt. Dies bedeutet, dass die im Glasmaterial erzeugte Wärme durch die Lichtabsorption des Glasmaterial selbst bewirkt wird.
Der PBS umfasst das Glasbauteil, die Polarisationsteilerschicht und die Haftschicht. Der optische Weg ist im Glasmaterial lang (etwa 10 mm oder größer), während der optische Weg in der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht kurz ist (etwa 1 mm oder kleiner). Dies führt zu einer hohen Wärmedichte der in der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht erzeugten Wärme, was wiederum die Erzeugung hoher Spannungen im Glasbauteil bewirkt. Außerdem tritt, wenn der PBS ein schwarzes Bild fortleitet bzw. projiziert, die so genannte Schwarz-Verstärkung (oder ein Anstreben von Licht) auf.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, die in einem Glasbauteil in einem Polarisationsstrahlenteiler, der das Glasbauteil, die Polarisationsteilerschicht und eine Haftschicht enthält, erzeugte Spannung zu verringern.
Ein Polarisationsstrahlenteiler gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein erstes und zweites Glasbauteil, eine Polarisationsteilerschicht und eine Haftschicht, die zwischen dem ersten und zweiten Glasbauteil angeordnet sind, wobei der Polarisationsstrahlenteiler den folgenden Bedingungen genügt: α² × E < 6000000 und K > 0.5, worin α der lineare Ausdehnungskoeffizient des ersten und zweiten Glasbauteiles (10^–7/K), E der Elastizitätsmodul des ersten und zweiten Glasbauteiles (10⁸ N/mm²) und K die Fotoelastizitätskonstante des ersten und zweiten Glasbauteiles (10^–6 mm²/N) ist.
Ein Bildprojektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine optische Einheit. Ein Bildanzeigesystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen Bildprojektor und eine Bildinformations-Liefervorrichtung zum Liefern von Bildinformation an den Bildprojektor.
Weitere Aufgaben und sonstige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
1A ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Bildprojektors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
1B ist eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Polarisationsstrahlenteilers, der für den Bildprojektor gemäß der ersten Ausführungsform genutzt wird.
2 ist eine Darstellung, die eine Charakteristik einer ersten farbselektiven Phasenverschiebungsplatte zeigt, die für den Bildprojektor gemäß der ersten Ausführungsform genutzt wird.
3 ist eine Darstellung, die eine Charakteristik einer zweiten farbselektiven Phasenverschiebungsplatte zeigt, die für den Bildprojektor gemäß der ersten Ausführungsform genutzt wird.
4 ist eine Darstellung, die die Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht im Polarisationsstrahlenteiler zeigt, der für den Bildprojektor gemäß der ersten Ausführungsform genutzt wird.
5 ist eine Darstellung, die die Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht bei einem herkömmlichen Polarisationsstrahlenteiler zeigt.
6 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Bildprojektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Bildprojektors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Explosionsdarstellung des Bildprojektors gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Explosionsdarstellung des Bildprojektors gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Es wird jetzt die Beschreibung eines Polarisationsstrahlenteilers („PBS") gegeben, der für eine optische Einheit in einem Bildprojektor genutzt wird, wobei Bedingungsgleichungen benutzt werden. Der PBS gemäß dieser Ausführungsform ist ein solcher, der eine aus einer Mehrschicht-Beschichtung hergestellte Polarisationsteilerschicht sowie eine aus einem UV-härtenden Klebstoff hergestellte Haftschicht zwischen einem ersten und zweiten Glasbauteil enthält. Der Bildprojektor spaltet Beleuchtungs-Licht aus einem Beleuchtungssystem, welches eine Lichtquelle enthält, in mehrere farbige Lichtkomponenten auf, wie etwa Rot, Grün und Blau, und er leitet jede Komponente in ein entsprechendes Bilderzeugungselement, etwa eine Flüssigkristalltafel, ein. Außerdem führt der PBS die mehreren farbigen Lichtkomponenten, die durch die mehreren Bilderzeugungselemente moduliert sind, zusammen und leitet sie in eine Projektionslinse ein.
Die in der Polarisationsteilerschicht erzeugte Wärme variiert in Abhängigkeit von der Lichtintensität des Beleuchtungssystems und den Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht. Die Polarisationsteilerschicht und die Haftschicht erzeugen die Wärme in Abhängigkeit von der absorbierten Lichtmenge, und ihre Temperatur steigt an. Die in der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht erzeugte Wärme wird zum Glasbauteil fortgeleitet und erhöht die Temperatur des Glasbauteils. Im Ergebnis bewirken die Größe und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glasbauteils die folgende Verformung im Glasbauteil. Deformationsbetrag (nm) = Temperaturanstieg (K) × thermischer Ausdehnungskoeffizient (10–6/K) × Größe (mm).
Die thermische Deformation des Glasbauteiles und die hieraus resultierende, im Glasbauteil erzeugte Spannung lassen sich durch die folgende Gleichung ausdrücken: Spannung (N = {Deformationsbetrag (mm)}2 × Elastizitätsmodul (N/mm2)
Die durch die Spannung erzeugte Phasendifferenz des Lichts, d.h. Doppelbrechung, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Phasendifferenz (nm) = Spannung (N) × Fotoelastizitätskoeffizient (nm/N).
Im Ergebnis wird die folgende Gleichung erhalten: Phasendifferenz = {Temperaturanstieg (K) × thermischer Ausdehnungskoeffizient (10–6/K) × Größe (mm)}2 × Elastizitätsmodul (N/mm2) × Fotoelastizitätskoeffizient (nm/N)
Hiermit ergeben sich als denkbare Maßnahmen zur Verringerung einer Phasendifferenz 1) die Reduzierung des Fotoelastizitätskoeffizienten, 2) die Reduzierung des Temperaturanstiegs und 3) die Reduzierung der Deformation des Glases.
Der erste Weg ist nicht bevorzugt, weil die einsetzbaren Glasbauteile beschränkt sind, wie im Abschnitt „Hintergrund der Erfindung" diskutiert. Der zweite Weg erfordert eine Verringerung entweder der Lichtintensität des Beleuchtungssystems oder des Absorptionsindex der Polarisationsteilerschicht, aber eine verringerte Lichtintensität ist nicht von Vorteil, weil sie die Helligkeit des projizierten Bildes reduziert. Daher ist eine Verringerung des Absorptionsindex bevorzugt.
Der dritte Weg erfordert eine Verringerung des Terms „thermischer Ausdehnungskoeffizient" (10^–6/K) × Größe (mm)² × Elastizitätsmodul (N/mm²). Die Größe kann als Parameter eliminiert werden, weil sie durch einen anderen Faktor bestimmt wird, wie etwa die Größe des Bilderzeugungselementes.
Gemäß dem obigen erfüllt diese Ausführungsform die folgenden Bedingungen: AT + AC < 0.05 (5%) (1) α 2 × E < 6000000 (2) K > 0.5 (3), worin AT der Absorptionsindex der Polarisationsteilerschicht, die auf der Oberfläche des Glasbauteiles gebildet ist, für Licht der Wellenlänge 430 nm, AC der Absorptionsindex der Haftschicht, die das erste Glasbauteil mit dem zweiten Glasbauteil verbindet, bei Licht mit der Wellenlänge 430 nm, α (10^–7/K) der lineare Ausdehnungskoeffizient des ersten und zweiten Glasbauteiles, E (10^–8 N/mm²) der Elastizitätsmodul des ersten und zweiten Glasbauteiles und K (nm/cm/10⁵ Pa) ist. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist ein Wert bei Raumtemperatur (von etwa –30 bis +70°C). Somit wird die in der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht erzeugte Wärme verringert, wodurch die im Glasmaterial erzeugten Spannungen verringert werden. Daher tritt auch dann, wenn ein relativ kostengünstiges Glasmaterial mit einem großen Fotoelastizitätskoeffizienten benutzt wird, eine Polarisationsstörung im PBS nur mit geringer Wahrscheinlichkeit auf.
Der Absorptionsindex AT der Polarisationsteilerschicht und der Absorptionsindex AC der Haftschicht erfüllen bevorzugt die folgende Gleichung: AT + AC < 0.04 (4%) (1)'
Hierdurch wird die in der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht erzeugte Wärme weiter reduziert.
Was den Fotoelastizitätskoeffizienten K angeht, wird bevorzugt ein Glasmaterial ausgewählt, welches die Bedingung K > 1 erfüllt. Es kann also ein weniger spezielles Glasmaterial verwendet werden. Ein realistischer oberer Grenzwert des Fotoelastizitätskoeffizienten K ist K < 3.
Um die Polarisationsteilereigenschaften des PBS zu verbessern, ist es bevorzugt, n > 1.65 einzustellen, wobei n der Brechungsindex des Glasmaterials für Licht mit einer Wellenlänge von 587.56 nm ist.
Die Nutzung eines solchen PBS für den Bildprojektor würde den Kontrast des projizierten Bildes verbessern.
Insbesondere erfüllen die Leistung P der Lichtquelle des Bildprojektors, die Projektions-Helligkeit B (ANSI Im (Lumen)) und die Diagonale L (Inch) des Bilderzeugungselementes bevorzugt mindestens eine der folgenden Gleichungen: P/L2 ≥ 300 (4) B/L2 ≥ 3000 (5).
Diese Gleichungen liefern ein hochqualitatives projiziertes Bild mit weniger Schwarz-Verstärkung und ungleichmäßigen Farben, wenn das Licht von einer hellen Lichtquelle auf ein kleines bilderzeugendes Element auftrifft oder wenn ein helles Bild mit einem kleinen bilderzeugenden Element projiziert wird.
Die Bedingungsgleichungen werden bevorzugt ersetzt durch die nachfolgenden Gleichungen: P/L2 ≧ 400 (4)' B/L2 ≥ 4000 (5)'
Die realistischen oberen Grenzwerte der Gleichungen (4), (4)', (5) und (5)' sind wie folgt: P/L2 ≥ 600 (4)'' B/L2 ≥ 8000 (5)''
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1A zeigt den Aufbau einer optischen Einheit in einem Bildprojektor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1A bezeichnet Ziffer 1 eine aus einer Hochdruck-Quecksilberlampe hergestellte Lichtquelle, Ziffer 2 einen Reflektor, der das Licht in eine vorbestimmte Richtung strahlt, und Ziffer 3 einen Integrator, der eine beleuchtete Fläche mit einer gleichmäßigen Beleuchtungs-Lichtstärke erzeugt. Der Integrator 3 enthält Fliegenaugen-Linsen bzw. integrale Linsenarrays 3a und 3b.
Ziffer 4 bezeichnet einen Polarisations-Konverter, der das unpolarisierte Licht in das polarisierte Licht in einer vorbestimmten Richtung umwandelt und der eine Polarisationsteilerschicht 4a, eine Reflexionsschicht 4b und eine 1/2-Phasenverzögerungsplatte 4c enthält. Die Ziffern 5 und 7 bezeichnen Sammellinsen, die das Beleuchtungs-Licht sammeln. Ziffer 6 bezeichnet einen Spiegel. Ziffer 8 bezeichnet einen dichroitischen Spiegel, der das Licht im grünen Wellenlängenbereich (grünes Licht) transmittiert und das Licht anderer Wellenlängenbänder reflektiert.
Die Ziffern 9a, 9b und 9c bezeichnen Polarisationsstrahlenteiler, die Polarisationsteilerschichten 9a1, 9b1 bzw. 9c1 haben, von denen jeder das s-polarisierte Licht reflektiert und das p-polarisierte Licht transmittiert.
Die Ziffern 10a und 10b bezeichnen farbselektive Phasenverzögerungsplatten, die die Polarisationsrichtung des Lichts in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich um 90° konvertieren oder drehen. Die Ziffern 11r, 11g und 11b bezeichnen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen („LCD") oder Bild-erzeugungselemente, von denen jede das auftreffende Licht reflektiert und ein Original-Bild erzeugt. Die Zif fern 12r, 12g und 12b bezeichnen 1/4-Phasenverzögerungsplatten. Ziffer 14 bezeichnet eine Projektionslinse.
Eine Ansteuerung 15 ist mit jeder LCD-Vorrichtung verbunden und bewirkt, dass jedes LCD-Display ein Original-Bild in der jeweiligen Farbe, basierend auf einem Bildsignal von einer Bildinformations-Liefervorrichtung 16, wie etwa einem Personalcomputer („PC"), einem DVD-Player, einem Video-Player/-Recorder oder einem TV-Tuner, erzeugt. Dadurch wird das auf jede LCD-Vorrichtung auftreffende Beleuchtungs-Licht moduliert und in das Bild-Licht umgewandelt. Dies ist für andere Ausführungsformen ähnlich, aber nicht dargestellt.
Jetzt wird eine Beschreibung eines optischen Effektes des obigen Aufbaus gegeben. Das durch die Lichtquelle 1 emittierte Licht wird zur Fliegenaugen-Linse 3a hin gesammelt. Dieses Licht wird durch die Fliegenaugen-Linse 3a in mehrere Lichtkomponenten aufgespalten. Die mehreren Lichtkomponenten werden in Folge des Betriebs der Fliegenaugen-Linse 3b und der Sammellinsen 5 und 7 auf den LCD-Vorrichtungen 11r, 11g und 11b überlagert. Dadurch wird auf jeder der LCD-Vorrichtungen 11r, 11g und 11b ein Beleuchtungsgebiet mit einer gleichmäßigen Beleuchtungslicht-Intensität ausgebildet.
Die Polarisationsteilerschicht 4a im Polarisations-Konverter 4 teilt verschiedene von der Fliegenaugen-Linse 3b ausgehende Lichtstrahlen für jeden Lichtstrahl in p-polarisiertes Licht und s-polarisiertes Licht auf. Die 1/2-Phasenverzögerungsplatte 4c wandelt das p-polarisierte Licht in eine Polarisationskomponente in gleicher Richtung wie das s-polarisierte Licht um, und die Reflexionsschicht 4b reflektiert das s-polarisierte Licht. Dadurch gibt der Polarisations-Konverter 4 von der Fliegenaugen-Linse 3b mehrere Lichtstrahlen in die gleiche Richtung aus, da die Lichtstrahlen eine vorbestimmte Polarisationsrichtung haben.
Von den Lichtstrahlen, die durch den Polarisations-Konverter 4 in nahezu das s-polarisierte Licht umgewandelt werden, gehen die grünen Lichtstrahlen durch den dichroitischen Spiegel 8 hindurch, und die Lichtstrahlen im roten und blauen Wellenlängenbereich (oder die roten und blauen Lichtkomponenten) werden durch den dichroitischen Spiegel 8 reflektiert. Das durch den dichroitischen Spiegel 8 transmittierte grüne Licht trifft auf den PBS 9a auf und wird an der Polarisationsteilerschicht 9a1 reflektiert, geht durch die ¼-Phasenverzögerungsplatte 12g hindurch und trifft auf die LCD-Vorrichtung 11g auf.
Von den am dichroitischen Spiegel 8 reflektierten roten und blauen Lichtstrahlen wird die Polarisationsrichtung nur des blauen Lichts durch die erste farbselektive Phasenverzögerungsplatte 10a um 90° in p-polarisiertes Licht umgewandelt, und dieses trifft auf den PBS 9b auf, und das rote Licht trifft als s-polarisiertes Licht auf den PBS 9b auf.
2 zeigt eine Charakteristik der ersten farbselektiven Phasenverzögerungsplatte 10a, worin eine gestrichelte Linie den Transmissionskoeffizienten des Lichts in der Polarisationsrichtung senkrecht zur Einfalls-Polarisationsrichtung zeigt und eine durchgezogene Linie des Transmissionskoeffizienten des Lichts mit einer Polarisationsrichtung parallel zur Einfalls-Polarisationsrichtung zeigt. Die Polarisationsteilerschicht 9b1 im PBS 9b transmittiert das blaue, p-polarisierte Licht und reflektiert das rote, s-polarisierte Licht. Dadurch werden das rote und das blaue Licht mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen separiert.
Das auf der Polarisationsteilerschicht 9b1 im PBS 9b reflektierte rote Licht geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 12r hindurch und trifft auf die LCD-Vorrichtung 11r auf. Das durch die Polarisationsteilerschicht 9b1 im PBS 9b hindurchgehende blaue Licht geht durch die 1/4-Phasen-verzögerungsplatte 12b hindurch und trifft auf die LCD-Vorrichtung 11b auf.
Das grüne Licht, das durch die LCD-Vorrichtung 11g moduliert und reflektiert wird, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 12g hindurch, wird zu p-polarisiertem Licht und geht durch die Polarisationsteilerschichten 9a1 und 9c1 in den Polarisationsstrahlenteilern 9a und 9c hindurch.
Das rote Licht, welches durch die LCD-Vorrichtung 11r moduliert und reflektiert wird, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 12r hindurch, wird zu p- polarisiertem Licht, geht durch die Polarisationsteilerschicht 9b1 im PBS 9b hindurch und trifft auf die zweite farbselektive Phasenverzögerungsplatte 10b auf.
3 zeigt eine Charakteristik der zweiten farbselektiven Phasenverzögerungsplatte 10a, worin eine gestrichelte Linie den Transmissionskoeffizienten des Lichts in der Polarisationsrichtung senkrecht zur Einfalls-Polarisationsrichtung zeigt und eine durchgezogene Linie des Transmissionskoeffizienten des Lichts mit einer Polarisationsrichtung parallel zur Einfalls-Polarisationsrichtung zeigt.
Das blaue Licht, welches durch die LCD-Vorrichtung 11b moduliert und reflektiert wird, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 12b hindurch, wird zu s-polarisiertem Licht, trifft auf den PBS 9b auf und wird an der Polarisationsteilerschicht 9b1 reflektiert und tritt in die zweite farbselektive Phasenverzögerungsplatte 10b ein.
Die zweite farbselektive Phasenverzögerungsplatte 10b konvertiert die Polarisationsrichtungen des roten Lichts und des blauen Lichts, die auf die zweite farbselektive Phasenverzögerungsplatte 10b auftreffen, um 90° in s-polarisierte Lichtkomponenten. Das blaue Licht trifft als s-polarisiertes Licht auf den Polarisationsstrahlenteiler 9c auf und wird an der Polarisationsteilerschicht 9c1 reflektiert. Die Polarisationsteilerschicht 9c1 im PBS 9c führt das rote, grüne und blaue Licht zusammen. Das zusammengesetzte Licht wird in die Projektionslinse 14 eingeleitet und auf einen (nicht dargestellten) Schirm projiziert.
1B zeigt einen Aufbau des PBS, der für diese Ausführungsform benutzt wird. Der PBS enthält dreieckige erste und zweite Glasbauteile G1 und G2, eine Polarisationsteilerschicht SF, die eine auf eine Oberfläche des ersten Glasbauteils G1 ausgebildete Mehrschicht-Beschichtung einschließt, und einen Klebstoff oder eine Haftschicht AD, die das zweite Glasbauteil G2 mit einer Oberfläche des ersten Glasbauteils G1 verbindet, auf dem die Polarisationsteilerschicht SF gebildet ist.
Beispielsweise wird das vom ersten Glasbauteil G1 einfallende Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge an der Polarisationsteilerschicht SF reflektiert, und eine andere Wellenlänge geht durch die Polarisationsteilerschicht SF und die Haftschicht AD hindurch. Dieser Aufbau des PBS ist der gleiche für andere Ausführungsformen.
Bei dieser Ausführungsform haben die für die Polarisationsstrahlenteiler 9a und 9b benutzten Glasbauteile die folgenden Spezifikationen:
n = 1.678, α = 72, E = 910
α² × E = 4717440 < 6000000
Der Fotoelastizitätskoeffizient des Glasbauteils erfüllt die Bedingung K = 1,61 > 0,5.
Bei dieser Ausführungsform hat die Lichtquelle eine Leistung P von 200 W, und die LCD-Vorrichtung hat eine Diagonale oder Länge L von 0,7 Inch, die Projektionshelligkeit B ist 2000 ANSI, was die Bedingungsgleichungen (4) und (5) erfüllt.
In diesem Falle zeigt, wenn die folgenden Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 430 nm die Bedingung AT + AC < 0,05 erfüllen, wie in 4 gezeigt, ein Experiment, dass keine Polarisationsstörungen auftreten. Andererseits zeigt, wenn die folgenden Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 430 nm die Bedingung AT + AC > 0,05 erfüllen, wie in 5 gezeigt, ein Experiment, dass die Polarisationsstörung auftritt.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
6 zeigt den Aufbau einer optischen Einheit in einem Bildprojektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 6 bezeichnet Ziffer 41 eine Lichtquelle, die weißes Licht mit einem kontinuierlichen Spektrum emittiert, und Ziffer 42 bezeichnet einen Reflektor, der das Licht von der Lichtquelle 41 in eine vorbestimmte Richtung konzentriert. Ziffer 43a bezeichnet eine erste Fliegenaugen-Linse, die rechteckige Linsen in einer Matrix zusammenfasst, und Ziffer 43b bezeichnet eine zweite Fliegenaugen-Linse, die jeweilige Linsen in einer Matrix zusammenfasst.
Ziffer 44 bezeichnet einen Polarisations-Konverter, der das unpolarisierte Licht in eine vorbestimmte Polarisationsrichtung wandelt. Ziffer 45a bezeichnet eine Sammellinse, und Ziffern 45b, 45c und 45d bezeichnen Frontlinsen. Ziffern 46a und 46b bezeichnen Relais-Linsen, die das Beleuchtungs-Licht ohne Verluste über einen langen optischen Weg übertragen.
Ziffer 47 bezeichnet einen ersten dichroitischen Spiegel, der das Licht im roten (R) Wellenlängenbereich (rotes Licht) durchlässt und die Lichtkomponenten im blauen (B) und im grünen Wellenlängenbereich (blaue und grüne Lichtkomponenten) reflektiert. Ziffer 48 bezeichnet einen zweiten dichroitischen Spiegel, der das blaue Licht durchlässt und das grüne Licht reflektiert.
Die Ziffern 49a und 49b bezeichnen Spiegel. Die Ziffern 50a, 50b und 50c bezeichnen einen ersten, zweiten und dritten Polarisationsstrahlenteiler, welche Polarisationsteilerschichten 50a1, 50b1 bzw. 50c1 zum Transmittieren des p-polarisierten Lichts und zum Reflektieren des s-polarisierten Lichts enthalten.
Die Ziffern 51r, 51g und 51b bezeichnen reflektive LCD-Vorrichtungen für rotes, grünes bzw. blaues Licht zur Erzeugung eines Original-Bildes und zum Reflektieren des Lichts.
Die Ziffern 52r, 52g und 52b bezeichnen Viertelwellenlängenplatten für rotes, grünes bzw. blaues Licht. Die Ziffern 53r, 53g und 53b bezeichnen Polarisationsplatten, von denen jede ein vorbestimmtes polarisiertes Licht transmittiert. Ziffer 55 bezeichnet ein dichroitisches Prisma, und Ziffer 54 bezeichnet eine Projektionslinse.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform treten die Lichtkomponenten, die durch den Polarisations-Konverter 44 in fast das s-polarisierte Licht umgewandelt wurden, in den ersten dichroitischen Spiegel 47 ein. Das rote Licht geht durch den ersten dichroitischen Spiegel hindurch, und das grüne und blaue Licht wer den am ersten dichroitischen Spiegel 47 reflektiert. Das rote Licht, das durch den dichroitischen Spiegel 47 hindurchgeht, trifft über die Relais-Linsen 46a und 46b und die Frontlinse 45e auf den PBS 50c auf, wird an der Polarisationsteilerschicht 50c1 reflektiert, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 52r hindurch und trifft auf die LCD-Vorrichtung 51r auf.
Von den am ersten dichroitischen Spiegel 47 reflektierten grünen und blauen Licht wird das grüne Licht am zweiten dichroitischen Spiegel 48 reflektiert, und das blaue Licht geht durch den zweiten dichroitischen Spiegel 48 hindurch.
Das am dichroitischen Spiegel 48 reflektierte grüne Licht trifft über die Frontlinse 45c auf den PBS 50b auf, wird an der Polarisationsteilerschicht 50b1 reflektiert, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 52g hindurch und trifft auf die LCD-Vorrichtung 51g auf.
Das durch den zweiten dichroitischen Spiegel 48 hindurchgehende blaue Licht trifft über die Frontlinse 45b auf den PBS 50a auf, wird an der Polarisationsteilerschicht 50a1 reflektiert, geht durch die 1/4-Phasen-verzögerungsplatte 52b hindurch und trifft auf die LCD-Vorrichtung 51b auf.
Das grüne Licht, welches durch die LCD-Vorrichtung 51g moduliert und reflektiert wird, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 52g hindurch, wird zu p-polarisiertem Licht und geht durch die Polarisationsteilerschicht 50b1 im PBS 50b hindurch.
Das rote Licht, welches durch die LCD-Vorrichtung 51r moduliert und reflektiert wird, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 52r hindurch, wird zu p-polarisiertem Licht und geht durch die Polarisationsteilerschicht 50c1 im PBS 50c hindurch.
Das blaue Licht, welches durch die LCD-Vorrichtung 51b moduliert und reflektiert wird, geht durch die 1/4-Phasenverzögerungsplatte 52b hindurch, wird zu p-polarisiertem Licht und geht durch die Polarisationsteilerschicht 50a1 im PBS 50a hindurch.
Das dichroitische Prisma 55 führt die rote, grüne und blaue Lichtkomponente, die durch die entsprechenden Polarisationsstrahlenteiler hindurchgegangen sind, zusammen, und das zusammengesetzte Licht wird in die Projektionslinse 54 eingeleitet und auf einen (nicht gezeigten) Schirm projiziert.
Bei dieser Ausführungsform haben die für die Polarisationsstrahlenteiler 9a und 9b benutzten Glasbauteile die folgenden Spezifikationen:
n = 1.697, α = 57, E = 1118
α² × E = 3632382 < 6000000
Der Fotoelastizitätskoeffizient des Glasbauteils erfüllt die Bedingung K = 1,86 > 0,5.
Bei dieser Ausführungsform hat die Lichtquelle eine Leistung P von 230 W, und die LCD-Vorrichtung hat eine Diagonale oder Länge L von 0,7 Inch, die Projektionshelligkeit B ist 2500 ANSI, was die Bedingungsgleichungen (4) und (5) erfüllt.
Im Hinblick auf die Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 430 nm liefert diese Ausführungsform ähnliche Ergebnisse wie die erste Ausführungsform.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
7 zeigt den Aufbau einer optischen Einheit in einem Bildprojektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 bezeichnet Ziffer 31 eine aus einer Hochdruck-Quecksilberlampe hergestellte Lichtquelle, und Ziffer 32 bezeichnet einen Reflektor. Ziffer 33a bezeichnet eine erste Linsenanordnung, die mehrere Zylinderlinsen enthält, und Ziffer 33b bezeichnet eine zweite Linsenanordnung, die mehrere Zylinderlinsen enthält.
Ziffer 34 bezeichnet einen Polarisations-Konverter, und Ziffer 35 bezeichnet eine erste Lichtkompressionslinse. Ziffer 36 bezeichnet eine Sammellinse, und Ziffer 37 bezeichnet eine zweite Lichtkompressionslinse. Ziffer 38 bezeichnet einen dichroitischen Spiegel, Ziffer 39 bezeichnet einen Spiegel, und Ziffern 40a und 40b bezeichnen farbselektive Phasenverzögerungsplatten. Die Ziffern 41a, 41b und 41c bezeichnen Polarisationsstrahlenteiler mit Polarisationsteilerschichten 41a1, 41b1 bzw. 41c1. Die Ziffern 42r, 42g und 42b bezeichnen jeweils reflektive LCD-Vorrichtungen. Die Ziffern 43r, 43g und 43b bezeichnen 1/4-Phasenverzögerungsplatten, Ziffer 44 bezeichnet eine Projektionslinse.
Der Betrieb des Farbtrennungs-/-synthesesystems bei dieser Ausführungsform, vom dichroitischen Spiegel 38 bis zur Projektionslinse 44, ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
8 zeigt einen Schnitt, in dem linear explosionsartig das optische Beleuchtungssystem von der ersten Linsenanordnung 33a in 7 bis zu jeder reflektiven LCD-Vorrichtung dargestellt ist. 9 zeigt einen Schnitt, in dem linear explosionsartig das optische Beleuchtungssystem von der ersten Linsenanordnung 33a in 7 bis zu jeder reflektiven LCD-Vorrichtung in einer Richtung senkrecht zur Papieroberfläche gezeigt ist, die die optische Achse La in 8 enthält.
In den 7 bis 9 fassen die erste und zweite Linsenanordnung 33a und 33b mehrere Zylinderlinsen in einer Richtung parallel zur Papieroberfläche in 9 zusammen.
Die erste und zweite Lichtkompressionslinse 35 und 37 enthalten eine Zylinderlinse mit Brechkraft nur in einer Richtung parallel zur Papieroberfläche in 8. In Folge der Wirkung der ersten und zweiten Lichtkompressionslinsen 35 und 37 und der Sammellinse 36 wird das Licht von der Lichtquelle 31 in Richtung parallel zur Papieroberfläche der 7 auf die reflektive LCD-Vorrichtung fokussiert, wobei seine Querschnittsgestalt mit der Gestalt der beleuchteten Oberfläche der LCD-Vorrichtung (oder der Bilderzeugungsfläche) in Konformität gebracht wird.
In dem Schnitt, der die Richtung der Anordnung jeder Zylinderlinse in der ersten Linsenanordnung 33a in 9 enthält, fällt das Licht von der Lichtquelle 31 auf die erste Linsenanordnung 33a, wird durch die erste Linsenanordnung 33a gebündelt und fällt auf die zweite Linsenanordnung 33b. Das Licht bildet mehrere sekundäre Lichtquellen-Bilder auf oder nahe einer Austrittsfläche der zweiten Linsenanordnung 33b.
Die Sammellinse 36 überlagert die Lichtkomponenten der mehreren zweiten Lichtquellen-Bilder und strahlt diese auf die reflektiven LCD-Vorrichtungen ein, nachdem der Polarisations-Konverter 34 die Polarisationsrichtungen der Lichtkomponenten von diesen in eine vorbestimmte Polarisationsrichtung gewandelt hat.
Bei dieser Ausführungsform haben die für die Polarisationsstrahlenteiler 9a und 9b benutzten Glasbauteile die folgenden Spezifikationen:
n = 1.717, α = 80, E = 868
α² × E = 5555200 < 6000000
Der Fotoelastizitätskoeffizient des Glasbauteils erfüllt die Bedingung K = 1,51 > 0,5.
Bei dieser Ausführungsform hat die Lichtquelle eine Leistung P von 150 W, und die LCD-Vorrichtung hat eine Diagonale oder Länge L von 0,55 Inch, die Projektionshelligkeit B ist 1200 ANSI, was die Bedingungsgleichungen (4) und (5) erfüllt.
Im Hinblick auf die Absorptionsindizes der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 430 nm liefert diese Ausführungsform ähnliche Ergebnisse wie die erste Ausführungsform.
Wie oben beschrieben, kann die obige Ausführungsform die in der Polarisationsteilerschicht und der Haftschicht erzeugte Wärme reduzieren und daher die im Glasbauteil erzeugten Spannungen reduzieren. Daher kann auch dann, wenn ein Glasbauteil mit einem hohen Fotoelastizitätskoeffizienten benutzt wird, die Polarisationsstörung im Polarisationsteilerelement reduziert werden.
Ein solcher Polarisationsteiler kann ein hochqualitatives Projektionsbild mit weniger Schwarz-Verstärkung und weniger ungleichmäßigen Farben erzeugen.
Der erfindungsgemäße Polarisationsteiler oder PBS ist nicht auf die in den obigen Ausführungsformen strukturell dargestellten Bildprojektoren beschränkt, sondern bei beliebig aufgebauten Bildprojektoren anwendbar, die einen Polarisationsstrahlenteiler benutzen, der Licht von einer Lichtquelle in ein Bilderzeugungselement einleitet, wobei die Polarisationscharakteristik genutzt wird, oder in eine Projektionslinse, die das durch das Bilderzeugungselement modulierte Licht benutzt.
Obgleich jede der obigen Ausführungsformen einen Bildprojektor beschreibt, der ein reflektives Bilderzeugungselement benutzt, ist der erfindungsgemäße Polarisationsstrahlenteiler bei einem Bildprojektor anwendbar, der ein transmissives Bilderzeugungselement, ein selbstleuchtendes Bilderzeugungselement oder Elektrolumineszenz, eine Mikrospiegelanordnung oder andere bilderzeugende Elemente benutzt.
Diese Anmeldung beansprucht eine ausländische Priorität aufgrund der JP-A-2004-202042, angemeldet am 8. Juli 2004. Dieses Dokument kann für weitere Erklärungen der vorliegenden Erfindung zu Rate gezogen werden.

Claims

Polarisationsstrahlenteiler, umfassend: ein erstes Glasbauelement (G1); ein zweites Glasbauelement (G2); sowie eine Polarisationsteilerschicht (SF) und eine Haftschicht (AD) zwischen erstem und zweitem Glasbauelement (G1, G2); wobei der Polarisationsstrahlenteiler die Beziehungen erfüllt: α² × E < 6000000 und K > 0.5 wobei α der lineare Expansionskoeffizient (10^–7/K) der Glasbauelemente ist, E deren Youngsches Modul (10⁸ N/mm²) ist, und K deren photoelastische Konstante (10^–6 mm²/N).
Polarisationsstrahlenteiler nach Anspruch 1, bei dem AT + AC < 0.05 gilt, wobei AT der Absorptionsindex der Polarisationsteilerschicht für Licht einer Wellenlänge von 430 nm ist, und AC der Absorptionsindex der Haftschicht bei derselben Wellenlänge.
Polarisationsstrahlenteiler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem K > 1 gilt.
Polarisationsstrahlenteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem n > 1.65 gilt, mit n gleich dem Brechungsindex von erstem und zweitem Glasbauelement für Licht einer Wellenlänge von 587.56 nm.
Optische Einheit, umfassend: eine Lichtquelle; einen Polarisationsstrahlenteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4; ein bilderzeugendes Element zur Erzeugung eines Originalbildes; und eine Projektionslinse zum Projizieren von Licht via Polarisationsstrahlenteiler und bilderzeugendem Element.
Optische Einheit nach Anspruch 5, bei der P/L² ≥ 300 gilt, wobei P die Leistung der Lichtquelle (W) ist, und L eine diagonale Ausdehnung des bilderzeugenden Elements (inch).
Optische Einheit nach Anspruch 5 oder 6, bei der B/L² ≥ 3000 gilt, wobei B die Projektionshelligkeit (ANSIIm) ist, und L eine diagonale Ausdehnung des bilderzeugenden Elements (inch).
Bildprojektor, umfassend: eine optische Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
Bildanzeigesystem, umfassend: einen Bildprojektor nach Anspruch 8; und eine Vorrichtung zur Lieferung von Bildinformation an den Bildprojektor.