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Title:
ARRANGEMENT FOR CHROMATIC SEPARATION AND/OR RECOMBINATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/037990
Kind Code:
A1
Abstract:
The arrangement for spectral chromatic separation comprises a first prism (1) with two first surfaces (3, 5) which include a first prism angle ($g(a)) in-between them. A second prism (7) is provided with two second surfaces (9, 11) which define the second prism angle ($g(b)) in-between them. One of the first (3) and one of the second (11) surfaces subtend parallel and the two angles ($g(a), $g(b)) are alternate angles. A layer system of thin film (21) is arranged between the subtending first and second surfaces (3, 11). The angle dependent reflexion of said layer system is matched with the angles mentioned in such a way that light of a first spectral (R) range is at least essentially reflected at an angle of incidence which is at least approximately equal to the first prism angle ($g(a)) and that light of a second and third spectral range (G, B) incidenting under said angle of incidence ($g(a)) is at least essentially transmitted. Light of the second spectral range (G) is at least essentially reflected at an angle of incidence (2$g(b) - $g(a)) which is at least approximately equal to the difference of the doubled second prism angle and the first prism angle.

Inventors:
HEINE CLAUS (CH)
Application Number:
PCT/CH1999/000504
Publication Date:
June 29, 2000
Filing Date:
October 26, 1999
Export Citation:
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Assignee:
BALZERS HOCHVAKUUM (LI)
HEINE CLAUS (CH)
International Classes:
G02B27/14; H04N9/31; (IPC1-7): G02B27/14; H04N9/097; H04N9/31
Domestic Patent References:
WO1998005996A11998-02-12
Foreign References:
US3202039A1965-08-24
US5777674A1998-07-07
EP0364043A11990-04-18
US5777789A1998-07-07
US5600487A1997-02-04
Attorney, Agent or Firm:
TROESCH SCHEIDEGGER WERNER AG (Siewerdtstrasse 95 Postfach Zürich, CH)
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Claims:
Patentansprüche :
1. Anordnung zur spektralen Farbaufteilung und/oder Rekombi nation von Licht, umfassend * ein erstes Prisma (1) mit zwei ersten Flachen (3,5), die zwischen sich einen ersten Prismenwinkel (a) einschliessen, 'ein zweites Prisma (7) mit zwei zweiten Flache (9,11), die zwischen sich einen zweiten Prismenwinkel (p) definieren, wobei sich je eine erste (3) und eine zweite (11) Flache paral lel gegenüberliegen und die beiden Winkel (a, ß) bezüglich der sich gegenuberliegenden Flachen (3,11) in Wechselwinkelanord nung liegen, wobei weiter * Licht eines ersten Spektralbereiches (R) bei im wesentlichen senkrechtem Auftreffen auf die andere (5) der erster. Prismen flache (3,5) nach Eindringen in das erste Prisma (1) und Doppelreflexion (19,21) das erste Prisma verlasst, # Licht eines zweiten (G) und dritten (B) Spektralbereiches bei im wesentlichen senkrechtem Auftreffen auf die andere (5) der ersten Flache (3,5) im wesentlichen unreflektiert durch das erste Prisma (1) durchläuft, # Licht des zweiten Spektralbereiches (G) nach Verlassen des ersten Prismas (1) und Eindringen in das zweite Prisma (7) und Doppelreflexion (21,23) das zweite Prisma (7) verlässt, 'Licht des dritten Spektralbereiches (B) im wesentlichen unre flektiert auch durch das zweite Prisma (7) durchlauft, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Flachen (3,11) ein DunnfilmSchichtsystem (21) vorgesehen ist, dessen AdR mit dem ersten und zweiten Winkel (a, p) derart abgestimmt ist, dass Licht des ersten Spektralbereiches (R) bei einem Ein fallswinkel, der mindestens genähert gleich dem ersten Prismen winkel (a) ist, mindestens weitestgehend reflektiert wird und unter diesem Einfallswinkel (a) einfallendes Licht des zweiten und dritten Spektralbereiches (G, B) mindestens weitestgehend transmittiert wird, Licht des zweiten Spektralbereiches (G) bei einem Einfallswinkel (2a), der mindestens genahert gleich der Differenz des doppelten zweiten Prismenwinkels (2ß) und des ersten Prismenwinkels (a), mindestens weitestgehend reflek tiert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Licht des ersten Spektralbereiches rotes Licht, des zweiten Spektralbereiches grues Licht und des dritten Spektralberei ches blaues Licht ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden ersten und zwei ten Flache (3,11) sich luftspaltfrei gegenuberliegen.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass im Bereich der andern (5) der ersten Flaches_ (3,5) ein weiteres DünnfilmSchichtsystem (19) vorgesehen ist, welches bei im wesentlichen senkrechtem Einfall von Licht des ersten, zweiten und dritten Spektralbereiches (R, G, B) dieses Licht weitgehend transmittiert und Licht des ersten Spektralbe reiches (R) bei einem Einfallswinkel von mindestens genahert dem doppelten ersten Prismenwinkel (2a) mindestens weitestge hend reflektiert.
5. Anordnung nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass im Bereich der anderen (9) der zweiten Fla chen (9,11) ein zusätzliches DunnfilmSchichtsystem (23) vor gesehen ist, welches unter einem Einfallswinkel, welcher minde <BR> <BR> <BR> <BR> stens genahert gleich der Differenz (pa) des zweiten (ß) und des ersten (a) Prismenwinkels ist, Licht des zweiten Spektral bereiches (G) mindestens weitestgehend reflektiert und Licht des dritten Spektralbereiches (B) mindestens weitestgehend transmittiert und weiter, bevorzugterweise, Licht des ersten Spektralbereiches (R) mindestens weitestgehend reflektiert.
6. Anordnung nach einem der Anspruche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass Licht des zweiten (G) und/oder dritten (B) Spektralbereiches, das an dem zwischen den sich gegenAberlie genden ersten und zweiten Flache (3,11) vorgesehenen Dunn filmSchichtsystem (21) reflektiert wird, nach Durchlaufen des ersten Prismas dieses im wesentlich unreflektiert im Bereich der anderen ersten Flache (5) verlasst.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Prisma (37) mit einer seiner Flachen gegenüber der anderen ersten Flache (5) angeordnet ist, in einem Bereich, in welchem das erwähnte Licht des zweiten (G) und/oder dritten (B) Spektralbereiches nach der Reflexion auftrifft.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere DunnfilmSchichtsystem (19) sich in den Be reich erstreckt, an welchem das weitere Prisma (36) der anderen ersten Flache (5) gegenuberliegt.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass das DünnfilmSchichtsystem (21) zwischen den sich gegenuberliegenden ersten und zweiten Flache (3,11) gel bes Licht unter einem Einfallswinkel, der mindestens genahert gleich dem ersten Prismenwinkel (a) ist, mindestens weitgehend reflektiert wird und dass bevorzugt ein vorzugsweise im Bereich der anderen (5) ersten Flache (3,5) vorgesehenes, weiteres DünnfilmSchichtsystem (19) gelbes Licht unter einem Einfalls winkel, der mindestens genahert gleich dem doppelten ersten Prismenwinkel (2a) ist, transmittiert.
10. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zusatzlichen DunnfilmSchichtsystem (23) Licht des ersten Spektralbereiches (R) reflektiert wird und das zweite (7) und erste (1) Prisma im wesentlichen unreflektiert verlasst.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Prisma (39) mit einer Flache der anderen ersten Flache (5) in einem Bereiche gegenuberliegt, in welchem das Licht des ersten und/oder dritten Spektralbereiches (R, B) ein fallt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im genannten Bereich eine Antireflexschicht oder ein weiteres Prisma (39) vorgesehen ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass fur den ersten Prismenwinkel (a) gilt : 10° < « < 45°, bevorzugt 10°#30°,α und insbesondere bevorzugt a = 20° 20%.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass fur den zweiten Prismenwinkel (p) gilt : a < p < 1/2 (90° + a) und bevorzugt : 10° < ß < 65°.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass gegenüber der anderen zweiten Flache (9) ei ne Flache eines transparenten Ausgleichskörpers (35) liegt.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass die optischen Weglangen fur Licht der drei Spektralbereiche durch die Anordnung im wesentlichen gleich sind.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, dass im Bereich jeweils einer Austrittsflache aus der Anordnung fur Licht je der drei Spektralbereiche eine Anti reflexschicht und/oder je ein Lichtventil, wie eine LCD Anordnung, vorzugsweise je ein in Reflexion arbeitendes Licht ventil, wie eine derartige LCDAnordnung, vorgesehen ist.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, dass, vorzugsweise luftspaltfrei, die andere (5) erste Flache an einem weiteren optischen Bauelement (15) an liegt, vorzugsweise an einem Polarisationsstrahlteiler, wobei vorzugsweise das nach dem optischen Bauelement (15) in die ub rige Anordnung (19) eintretende Licht im wesentlichen P polarisiert ist.
19. Optisches Farbmanagementsystem mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Description:
Anordnung zur Farbaufteilung und/oder Rekombination Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur spektra- len Farbaufteilung und/oder Rekombination von Licht nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der US-3 202 039 ist eine Anordnung zur Farbaufteilung be- kannt. Sie umfasst ein erstes Prisma mit zwei ersten Flächen, welche zwischen sich einen ersten Prismenwinkel definieren. An einem zweiten Prisma definieren zweite Flachen zwischen sich den zweiten Prismenwinkel. Je eine der ersten und zweiten Fla- chen liegen sich parallel gegenüber. Diesbezüglich sind die Prismenwinkel in Wechselwinkelanordnung positioniert. Die sich gegenüberliegenden Flächen der Prismen sind durch einen Luftspalt beabstandet. Die daran realisierten Totalreflexionen führen mitunter zur angestrebten Licht-Teilung.

Bezüglich spektraler Farbaufteilung und/oder Rekombination nach einem ähnlichen Prinzip arbeitend, kann auf die US-A-5 777 789 oder 5 644 432 bzw. auf P. Baumeister,"Reflectors with Phase Compensation for a Reflective LC Colour Projection System", SID 98 DIGEST, Seiten 679, verwiesen werden.

Realisation des erwähnten Luftspaltes verteuert die Herstellung solcher Systeme ganz erheblich. Hinzu kommt, dass durch die To- talreflexionen eine nur sehr schwer zu kontrollierende Phasen- drehung zwischen S-und P-Polarisation induziert wird. Ohne zu- sätzliche Massnahme wirkt sich diese oft stark auf den Kontrast der Lichtaufteilung aus. Ein weiterer Nachteil ist, dass Licht aufgrund nichtidealer Grenzflachen zum Luftspalt fehlgeleitet wird, was oft zu einer Abnahme der Bildqualitat fuhrt.

Aus der US-5 748 365 ist ein sogenanntes K-Prisma bekannt, bei dem, gemass figürlicher Darstellung luftspaltfrei, Prismen an- einanderliegen. Dadurch werden lichtteilende Flächen gebildet, so dass eintreffendes Weisslicht an den Prismen durch Mehrfach- reflexion in einen blauen und grünen Kanal geteilt wird, das rote Licht durch die Anordnung transmittiert wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung ein- gangs genannter Art vorzuschlagen, die einerseits die vorteil- hafte Wirkung einer Anordnung, wie sie aus der US-3 202 039 beispielsweise vorbekannt ist, beibehält, anderseits aber deren Nachteile, sowohl was Bildqualität wie auch was Herstellungauf- wand anbelangt, behebt. Dies wird bei Ausbildung der erfin- dungsgemassen Anordnung nach dem Wortlaut des Kennzeichens von Anspruch 1 erreicht.

In der vorliegenden Schrift werden folgende Definitionen ver- wendet : Definitionen * Licht, sichtbares Licht : Licht mit maximaler Energie im Spektralbe- reich 380 nm-780 nm * rotes Licht : Licht mit maximaler Energie im Spektralbe- reich 580 nm-780 nm, insbesondere im Spektralbereich 600 nm-680 nm prunes Licht : Licht mit einer maximalen Energie im Spek- tralbereich 490 nm-605 nm, insbesondere im Spektralbereich 500 nm-600 nm

* blaues Licht : Licht mit maximaler Energie im Spektralbe- reich 380 nm-510 nm, insbesondere im Spektralbereich 420 nm-500 nm * gelbes Licht : Licht mit maximaler Energie im Spektralbe- reich 560 nm-605 nm, insbesondere bei 578 nm 3 nm * weisses Licht : Licht mit rotem, blauem und grunem Licht- Anteil. transparent : vernachlassigbare Absorption im Spektral- bereich 380 nm-720 nm AdR :"Angle dependent Reflexion", spektrales Reflexionsverhalten in Abhangigkeit vom Einfallswinkel des reflektierten Lichtes AOI : Angle of incidence, Einfallswinkel.

Erfindungsgemass erfolgt mithin die Farbaufteilung-mit ent- sprechender Reflexion-an der erfindungsgemassen Anordnung durch Vorsehen eines Dunnfilm-Schichtsystems zwischen den Pris- men, welches bezüglich seiner AdR auf die Prismenwinkel abge- stimmt ist. Dadurch wird es einerseits möglich, die Nachteile der aus der US-3 202 039 vorbekannten Anordnung bezüglich Luftspalt zu beheben, indem sich die sich gegenuberliegenden Flachen der Prismen erfindungsgemäss luftspaltfrei gegenuber- liegen können, womit alle mit dem erwahnten Luftspalt einherge- henden Nachteile, was Fertigungsproblematik und Bildqualitat anbelangt, behoben werden können.

Vergleicht man die erfindungsgemass vorgeschlagene Lichttei- leranordnung mit dem Aufteilungs-bzw. Rekombinationsprinzip an

sogenannten X-Cubes, wie beispielsweise aus der W098/20383 der- selben Anmelderin bekannt, so ergeben sich an der erfindungsge- masse Anordnung relativ kleine Einfallswinkel des Lichtes auf das für die Farbteilung wesentliche, erfindungsgemass vorgese- hene Dunnfilm-Schichtsystem. Daraus ergibt sich weiter, dass, verglichen mit der Strahlaufteilung bzw.-rekombination an Dunnfilm-Schichtsystemen eines X-Cubes, an der erfindungsgemas- sen Anordnung eine sehr viel geringere Polarisationsverschie- bung des Lichtes an dessen Dunnfilm-Schichtsystem zu berück- sichtigen ist. Ausserdem wird die Winkelabhängigkeit der Licht- ubertragung und-aufteilung damit weniger ausgepragt, was sich wiederum positiv auf einzuhaltende Fertigungstoleranzen aus- wirkt.

Ausserdem besteht die Mõglichkeit, am erfindungsgemassen Licht- teiler Streulicht besser zu unterdrücken, was die Bildqualitat, dabei vor allem den Kontrast, erhöht.

Dies ergibt sich insbesondere dadurch, dass an der erfindungs- gemässen Anordnung die geometrischen Verhaltnisse flexibel an- gepasst werden können.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Anspru- chen 2 bis 18 spezifiziert, ein erfindungsgemasses System in Anspruch 19. Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erlautert.

Es zeigen : Fig. 1 schematisch, eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer er- findungsgemassen Anordnung, Fig. 2 qualitative Spektren an einem Dunnfilm-Schichtsystem der Anordnung gemass Fig. 1,

Fig. 3a und 3b in Darstellung analog zu Fig. 2, quantitativ Spektren an einem weiteren Dunnfilm-Schichtsystem der Anordnung gemass Fig. 1, Fig. 4 in Darstellung analog zu den Fig. 2 und 3, Spektren eines dritten Dunnfilm-Schichtsystems, das an der An- ordnung gemass Fig. 1 vorgesehen ist, Fig. 5 in einer weiter vereinfachten Darstellung der Anord- nung nach Fig. 1, den Strahlengang von aufgrund nicht idealer Verhaltnisse fehlgeleiteten Lichtes, Fig. 6 das Spektrum an einem Dünnfilm-Schichtsystem der An- ordnung gemass Fig. 1, in einer Realisationsform und in Analogie zum Spektrum (a) von Fig. 2, Fig. 7 in Analogie zu den Spektren (bl) und (b2) von Fig. 2, die realisierten Spektren, Fig. 8 in Analogie zu den Spektren von Fig. 3b, die an einem beispielsweisen Schichtsystem realisierten Spektren, Fig. 9 in Analogie zu Fig. 3a, die realisierten Spektren, und Fig. 10 die in Analogie zu Fig. 4 realisierten Spektren.

Gemass Fig. 1 ist ein erstes Prisma 1 vorgesehen, mit zwei er- sten Flachen 3 und 5, welche zwischen sich den ersten Prismen- winkel a aufspannen. Ein zweites Prisma 7 weist zweite Pris- menflachen 9 und 11 auf, welche zwischen sich einen zweiten Prismenwinkel ß aufspannen. Die erste Prismenflache 3 und die zweite 11 liegen sich parallel gegenüber, zwischen ihnen ist ein erstes Dünnfilm-Schichtsystem 21 vorgesehen. In der darge-

stellten, bevorzugten Ausführungsform liegen sich die Prismen- flache 3 und 11 uber das Dünnfilm-Schichtsystem 21 luftspalt- frei gegenuber.

Die weitere erste Prismenflache 5 ihrerseits liegt an der An- ordnung gemass Fig. 1 gegenuber der Fläche 13 eines Polarisati- ons-Strahlteilers 15, wobei ein zweites Dünnfilm-Schichtsystem 19 zwischen diesen Flache 5,13 vorgesehen ist, bevorzugter- weise wiederum luftspaltfrei.

In der bevorzugten, dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das Dünnfilm-Schichtsystem 19 bevorzugt einseitig uber den Bereich der sich gegenüberliegenden Flache 5,13 hinaus, wo es, bevorzugt luftspaltfrei, zwischen der erwahnten Flache 5 und der einen Prismenflache 36 eines weiteren Prismas 37 liegt.

Auch auf der andern Seite des erwahnten Bereiches liegt ein weiteres Prisma 39 mit seiner einen Prismenflache 38 an der Flache 5 an. Bevorzugt sind die Austrittsflächen der Prismen 37,39 mit einem Antireflex-Schichtsystem 40 versehen.

Gegenuber der weiteren zweiten Prismafläche 9 liegt die Flache eines Ausgleichskörpers 35, bevorzugt über ein drittes Dunn- film-Schichtsystem 23 und luftspaltfrei. Die zwei Prismen 1 und 7 definieren je Austrittsflachen 25 bzw. 29, welchen gegenuber, in der bevorzugten Ausführungsform, Lichtventilanordnungen 27 bzw. 31 vorgesehen sind, vorzugsweise in Reflexion arbeitende Lichtventilanordnungen, wie LCD-Anordnungen.

Mit Hilfe des Ausgleichskörpers 35 wird die schiefe Ausrichtung der Prismenflache 9 bezüglich einer optischen Achse A ausgegli- chen, und es bildet der Ausgleichskörper 35 die dritte Aus- trittsflache 32, welcher wiederum eine Lichtventilanordnung 33,

vorzugsweise in Form einer in Reflexion arbeitenden Lichtventi- lanordnung, vorzugsweise einer LCD-Anordnung, zugeordnet ist.

Sichtbares Licht, im allgemeinen weisses Licht L, tritt im we- sentlichen senkrecht zu den Flachen 5 und 13 in das erste Pris- ma 1 ein und mit dem Einfallswinkel a auf das Dunnfilm- Schichtsystem 21. Dort wird Licht eines ersten Spektralberei- ches, bevorzugt rotes Licht, reflektiert und fallt mit dem Ein- fallswinkel 2a auf das Dunnfilm-Schichtsystem 19. Dort wird es reflektiert und tritt an der Austrittsfläche 25 aus.

Am Dünnfilm-Schichtsystem 21 wird Licht eines zweiten und drit- ten Spektralbereiches, bevorzugt grues und blaues Licht, wei- testgehend transmittiert und durchlauft das zweite Prisma 7.

Licht des zweiten Spektralbereiches, bevorzugt grues Licht, wird am Dunnfilm-Schichtsystem 23 unter dem Einfallswinkel (ß- a) reflektiert, dann wiederum am Dünnfilm-Schichtsystem 21 un- ter dem Einfallswinkel (2-u). Darnach tritt es an der Aus- trittsflache 29 aus. Das Licht des dritten Spektralbereiches, vorzugsweise blaues Licht, wird am Dünnfilm-Schichtsystem 23 weitestgehend transmittiert und tritt an der Austrittsfläche 32 des Ausgleichskörpers 35 aus. Ausgleichskörper 35, die beiden Prismen 1 und 7, der Polarisations-Strahlteiler 15 und die Prismen 37,39 sind transparent, z. B. aus Glas.

Das an den erwahnten Austrittsflachen 25,29,32 austretende Licht wird bevorzugt an den Lichtventilanordnungen 27,31,33 moduliert und, ublicherweise unter Polarisationsanderung, ent- lang den erwahnten Strahlengangen zuruckreflektiert, um dann, wieder rekombiniert, mit umgekehrter Ausbreitungsrichtung bei L auszutreten.

Es ist jedoch ohne weiteres möglich. Licht der erwahnten Spek- tren von aussen auf in Transmission arbeitende Lichtventi- lanordnungen 27,31,33 aufzubringen, dort zu modulieren und dann die beschriebene Anordnung ausschliesslich als Rekombina- tionsoptik einzusetzen.

In Fig. 2 sind qualitativ spektrale Transmissionskurven des Dünnfilm-Schichtsystems 19 dargestellt. Unter dem Einfallswin- kel von mindestens genahert 0° am Dünnfilm-Schichtsystem 19 er- gibt sich die spektrale Transmissionskurve (a), d. h. Licht des sichtbaren Spektralbereiches wird transmittiert.

Das Spektrum (b,) zeigt das Transmissionsverhalten bezüglich S- polarisierten Lichtes, das unter einem Einfallswinkel von 40° auf das Dünnfilm-Schichtsystem 19 auftrifft, wahrend das Spek- trum (b2) bei einem Einfallswinkel von 40° das Transmissions- verhalten von P-polarisiertem Licht zeigt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird die durch die Flächennormale auf das Dunnfilm-Schichtsystem festgelegte Achse als optische Achse A bezeichnet. Dabei kann der Polarisations-Strahlteiler 15 um diese Achse rotiert werden. In Fig. 1 ist die Orientie- rung des Polarisations-Strahlteilers 15 bevorzugt so gewahlt, dass auf den Strahlteiler 15 in S-Polarisation auftreffendes Licht bezuglich der erfindungsgemassen Farbteiler-Anordnung P- polarisiertes Licht ist. In einer davon abweichenden Ausfuh- rungsform ist der Polarisations-Strahlteiler so um die optische Achse A geschwenkt, dass auf den Polarisations-Strahlteiler 15 einfallendes, S-polarisiertes Licht im Farbteiler auch S-pola- risiertes Licht ist.

Im weiteren ist aus Fig. 2 ersichtlich, dass das Reflexionsver- halten des Dunnfilm-Schichtsystems 19 für Licht des ersten

Spektralbereiches, bevorzugt für rotes Licht, weitestgehend un- abhangig ist von der Polarisation ; dieses Licht wird beispiels- weise bei 2a = 40° jedenfalls weitestgehend reflektiert.

Das erste Prisma 1 und der bevorzugterweise vorgesehene Polari- sations-Strahlteiler 15 sind bevorzugt miteinander verkittet, wobei, weiter bevorzugt, das Dunnfilm-Schichtsystem 19 an der Fläche 5 des ersten Prismas 1 aufgebracht ist.

In Fig. 3a ist das Transmissionsverhalten des Dunnfilm- Schichtsystems 21 dargestellt, welches, wie erwahnt wurde, un- <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ter dem Winkel a auftreffendes Licht des ersten Spektralberei- ches, bevorzugt rotes Licht, mindestens weitestgehend reflek- tieren soll, Licht der zweiten und dritten Spektralbereiche, bevorzugt blaues und grues Licht, welches unter dem Winkel a auftrifft, mindestens weitestgehend transmittieren soll. Licht des zweiten Spektralbereiches, bevorzugt grues Licht, welches <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> unter dem Einfallswinkel (2ß-a) auftrifft, soll dara-minde- stens weitestgehend reflektiert werden.

Es zeigt der Verlauf (al) von Fig. 3a das Transmissionsverhal- ten des Dünnfilm-Schichtsystems 21 bezuglich unter der. Winkel <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> a = 20° einfallenden, P-polarisierten Lichtes, der Verlauf (a2)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> gilt bezüglich unter dem nämlichen Einfallswinkel a = 20° auf- treffenden, S-polarisierten Lichtes.

Daraus ist ersichtlich, dass Licht des ersten Spektralberei- ches, bevorzugt rotes Licht, weitestgehend reflektiert wird, ir wesentlichen unabhängig von seiner Polarisierung, und dass- wie gefordert-grunes und blaues Licht weitestgehend transmit- tiert wird.

Es sei nun mit a = 20° weiter beispielsweise gewahlt : ß = 31° Damit ergibt sich (2ß-a) = 42°.

In Fig. 3b ist das Transmissionsspektrum des Dunnfilm-Schicht- systems 21 unter einem Einfallswinkel von 42° für S-polarisier- tes Licht, (bl), und für P-polarisiertes Licht, (b2), darge- stellt. Daraus ist ersichtlich, dass Licht des zweiten Spek- tralbereiches, also bevorzugt des grünen Spektralbereiches, am Dünnfilm-Schichtsystem 21 reflektiert wird, wobei sich die Po- larisation darauf nicht auswirkt.

Die Flache 11 und 3 der beiden Prismen 7 und 1 sind wiederum bevorzugt miteinander verkittet, wobei das Dunnfilm-Schicht- system 21 durch Schichten an der Flache 3 und/oder an der Fla- che 11 realisiert sein kann.

An der Flache 9 des zweiten Prismas 7 wirkt das dritte Dunn- film-Schichtsystem 23. Dieses soll, wie erwahnt, Licht des zweiten Spektralbereiches, bevorzugt grues Licht, welches un- ter einem Winkel (ß-a) auf das Schichtsystem 23 auftrifft, weitestgehend reflektieren, wahrend Licht des dritten Spektral- bereiches, bevorzugt blaues Licht, welches unter diesen Winkel auf das Dünnfilm-Schichtsystem 23 auftrifft, mindestens weitge- hend transmittiert werden soll.

Mit den angegebenen Grossen für a und ß gilt : ß-a = 11° In Fig. 4 ist das Transmissionsspektrum des Dunnfilm-Schicht- systems 23 dargestellt bei einem Einfallswinkel von 11°. Dabei

bezeichnen (bj das Spektrum für S-polarisiertes Licht, (b2) dasjenige für P-polarisiertes Licht.

Es ist erkenntlich, dass weitestgehend polarisationsunabhängig an diesem Schichtsystem 23 Licht des zweiten Spektralbereiches, namlich bevorzugt grunes Licht, im wesentlichen reflektiert wird, hingegen des dritten Spektralbereiches, bevorzugt blaues Licht, weitestgehend transmittiert wird.

Wie erwahnt wurde, wird bevorzugterweise das aus den Austritts- flache 25,29,32 austretende Licht der zugeordneten Spektral- bereiche, bevorzugt an in Reflexion arbeitenden Lichtventilen 27,31,33, reflektiert und tritt rekombiniert aus der erfin- dungsgemassen Anordnung wieder aus.

Wichtige Grosse am ersten Prisma 1, welches, wie die ubrigen Prismen und Körper der Anordnung aus Glas oder optisch ahnli- chem Material gefertigt ist, ist, wie ersichtlich wurde, dessen Winkel a.

Wie beschrieben wurde, trifft ein Teil des Lichtes unter dem Winkel 2a auf das Schichtsystem 19 auf. Die durch diesen Win- kel hervorgerufene AdR muss am Schichtsystem 19 ausreichen, um Licht des ersten Spektralbereiches, bevorzugt rotes Licht, un- ter nahezu senkrechtem Einfall zu transmittieren, anderseits unter einem Einfallswinkel von mindestens genahert 2a zu re- flektieren.

In der folgenden Tabelle ist beispielsweise aufgelistet, wie sich der 50 %-Cutoff-Punkt bei dem im Beispiel gewahlten Dunn- film-Schichtsystem 19 für P-polarisiertes rotes Licht in Funk- tion des Einfallswinkels verschiebt.

Einfallswinkel 50 % Punkt cutoff 0 684 nm 10 676 nm 20 656 nm 30 623 nm 40 580 nm Für S-polarisiertes Licht ist der 50 %-cutoff-Punkt (s. Fig. 2) bereits so zu niedrigeren Wellenlängen hin verschoben, dass, sobald die erwähnte Bedingung für P-polarisiertes Licht erfüllt ist, sie für S-polarisiertes Licht ohnehin erfüllt ist.

Um den roten Spektralbereich des Lichtes effektiv zu reflektie- ren, wird bevorzugt gewählt : 2a > 20°, also a 2 10°.

Je grosseur a, desto schwerwiegender wird die Polarisationsver- schiebung an Schichtsystem 21. Eine natürliche Beschrankung nach oben bildet der Winkel 45°. Hier wird das Licht nicht mehr auf das Schichtsystem 19 zuruckgeworfen. Sinnvoll ist es aller- <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> dings, a < 3 0° einzuhalten. Dies legt, zusammen mit der Ausdeh- nung der Lichtventilanordnung 27, die anderen Dimensionen des Prismas 1 fest. Am besten geeignet erscheint heute zu wahlen : a = 20° 20 %,

Die übrigen Winkel des ersten Prismas 1 sind so zu wahlen, dass das Licht senkrecht aus dem Prisma auf die Lichtventilanordnung 27 trifft. Es gilt mithin : 10° < a < 45°, dabei bevorzugt 10°#30°,α und insbesondere bevorzugt a = 20° 20%.

Wichtigste Dimensionierungsgrösse am zweiten Prisma 7 ist der <BR> <BR> <BR> <BR> Prismenwinkel ß. Mit (2-a) legt dieser Winkel, in Abhangig-<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> keit von a, den Einfallswinkel des vom Schichtsystem 23 re- flektierten Lichtes auf das Schichtsystem 21 fest. Die Winkel- differenz zwischen a und (2ß-a) legt die optische Wirkung des Dunnfilm-Schichtsystems 21, insbesondere auf das Licht des zweiten Spektralbereiches, bevorzugt des grunen Lichtes, fest.

Dabei muss gelten : a < < 1/2 (90° + a) Daraus ergibt sich für die bevorzugte Dimensionierung von p : 10° ß Die ubrigen Winkel des Prismas 7 sind so gewahlt, dass das Licht des zweiten Spektralbereiches senkrecht aus der Aus- trittsflache 29 austritt und auf die Lichtventilanordnung 31 auftritt.

Bevorzugterweise wird, aber das Dunnfilm-Schichtsystem 23, die Flache 9 des zweiten Prismas 7 mit dem Ausgleichskörper 35 ver- kittet, welcher so dimensioniert ist, dass Licht des dritten Spektralbereiches, bevorzugt blaues Licht, senkrecht aus diesem Körper austritt und, bevorzugt, die optischen Weglangen aller drei Spektralbereiche des Lichtes durch die Anordnung minde- stens im wesentlichen gleich sind.

Dabei kann gegebenenfalls eine Lösung darin bestehen, die Weglangen durch örtlich unterschiedliche Plazierung der Licht- ventilanordnungen auszugleichen.

Nun ist aber auch Licht zu berücksichtigen, welches aufgrund nicht idealer Verhältnisse, insbesondere nicht idealer Grenz- flächen, fehlgeleitet wird. Es wird davon ausgegangen, dass der Polarisations-Strahlteiler 15 so orientiert ist, dass das durch die Schicht 19 tretende Licht bezuglich der Flache 3 im wesent- lichen P-polarisiert ist. Am Schichtsystem 21 sollte-wie er- wahnt wurde-idealerweise ausschliesslich Licht des ersten Spektralbereiches, d. h. bevorzugt rotes Licht, reflektiert wer- den. Aufgrund nicht idealer Grenzflachen wird aber ein kleiner Anteil je des zweiten und dritten Spektralbereiches, also be- vorzugt von blauem und grünem Licht, dennoch am Dünnfilm- Schichtsystem 21 reflektiert. Ausserdem ist es oft von Vorteil, Licht des gelben Spektralbereiches bei Durchlaufen zu unter- drucken. Dazu kann der Winkel a und/oder das Schichtsystem 21 ohne weiteres derart ausgelegt werden, dass die oft bei ca. 578 nm auftretende, intensive gelbe Linie in gewunschtem Ausmass am Dunnfilm-Schichtsystem 21 reflektiert wird.

Wie nun anhand von Fig. 2 ersichtlich, wird am Dünnfilm- Schichtsystem 19 gelbes Licht, also Licht mit Spektralanteil

sowohl im oberen Wellenlängenbereich des zweiten Spektralbe- reich, bevorzugt dem grunen Bereich, wie auch im unteren Wel- lenlangenbereich des ersten, bevorzugt also im roten, am Dunn- film-Schichtsystem 19 transmittiert. Dieses gelbe Licht-be- sonders, wenn P-polarisiert, und insbesondere um die Spek- trallinie bei ca. 578 nm-wird gemass Fig. 3a am Dunnfilm- Schichtsystem 21 reflektiert, um dann gemass Fig. 2 (b2) wie- derum transmittiert zu werden. Dabei wird die Spektralkante ge- mäss Fig. 2 (b2) so gewahlt, dass die gelbe Linie in gewunsch- tem Masse am Dunnfilm-Schichtsystem 19 und unter 2a Einfalls- richtung transmittiert wird. Eine effiziente Auskopplung dieses am System 19 transmittierten gelben Lichtes erfolgt durch Vor- sehen des anhand von Fig. 1 beschriebenen Prismas 37, das ein Austreten des erwahnten gelben Lichtes unter kleinem Winkel er- laubt.

Licht des ersten Spektralbereiches, also bevorzugt rotes Licht, welches, nicht idealerweise, durch das Dunnfilm-Schichtsystem 21 transmittiert wird, wird (siehe Fig. 4) jedenfalls am Dunn- film-Schichtsystem 23 reflektiert. Unter dem Einfallswinkel von (2p-a) wiederum auf das Schichtsystem 21 gelangend, wird es (siehe Fig. 3b) am Dunnfilm-Schichtsystem 21 transmittiert und trifft unter einem Winkel 2 (ß-a) auf Dunnfilm-Schichtsystem 19 auf. Aufgrund des kleinen Einfallswinkels, bei a = 20°,ß= 31°, von 22° wird ein wesentlicher Bestandteil dieses Störlich- tes durch das gegebenenfalls, wie in Fig. 1 gestrichelt darge- stellt, auch zum Prisma 39 ausgedehnte Schichtsystem 19 trans- mittiert, wobei wiederum das zusätzliche Prisma 39 diesen Ef- fekt unterstutzt. In diesem Bereich der Flache 5 ist mithin ei- ne Antireflexschicht vorgesehen, als welche auch das System 19' wirkt und/oder ein Prisma 39.

Blaues Licht, welches fälschlicherweise am Dunnfilm-Schicht- system 23 reflektiert wird, wird unter (2-a) am Schichtsy- stem 21 transmittiert, ebenso am Dunnfilm-Schichtsystem 19 und folgt dem oben erlauterten Weg des roten Streulichtes durch das zusätzliche Prisma 39. Aufgrund der geschilderten Lichtwege ist es klar, dass der Prismenwinkel y des Prismas 37 bevorzugt und <BR> <BR> mindestens genahert zu y = 2a gewãhlt wird, der Winkel 5 des<BR> <BR> Prismas 39 mindestens genähert zu b = 2 (p-a).

In Fig. 6, ist, ausgehend von der Darstellung nach Fig. 1, der eben beschriebene Pfad des gelben I und roten bzw. blauen Streulichtes II dargestellt. <BR> <BR> <BR> <P>Wenn somit, wie bevorzugt, Licht L gemass Fig. 1 in P-Polarisa- tion eingekoppelt wird, was z. B. durch geeignete Ausrichtung des Polarisations-Strahlteilers 15 einfach realisierbar ist, oder durch eine zusätzliche ./2-Platte zwischen Polarisations- Strahlteier 15 und Dunnfilm-Schichtsystem 19, so wird : Streulicht des ersten Spektralbereiches, rotes Licht-am System 23 unter (-a), z. B.

11°, (Fig. 4) reflektiert, -am System 21 unter (2ß-a), z. B.

42°, Fig. 3b (b2) transmittiert, -am System 19 unter 2 (ß-a), z. B.

22°, (Fig. 2, zwischen (a) und (b,)) transmittiert -und verlasst die Anordnung durch Prisma 39.

Streulicht des dritten

Spektralbereiches, blaues Licht-am System 21 unter (2-a), z. B.

42°, Fig. 3b (b2) transmittiert, -am System 19, unter 2 (ß - α), z. B.

22°, (Fig. 2) transmittiert -und verlasst die Anordnung durch Prisma 39.

Gelbes Licht (582 nm )-am System 21 unter α, z. B. 20°, weitgehend reflektiert (Fig. 3a, (a1)), -am System 19, unter 2a, z. B. 40°, (Fig. 2 (b2)) weitgehend transmit- tiert -und verlasst weitgehend die Anord- nung durch Prisma 37.

Eine analoge Streulicht-Unterdruckung ist auch bei S-polari- <BR> <BR> <BR> <BR> siertem eintretenden Licht L möglich. Die Selektion fir. det je- doch dann weitestgehend nach der Reflexion an den Lichtventilen statt, da letztere bei Reflexion die Polarisation des Lichtes ãndern.

Zu Erhöhung der Auskopplung von fehlgeleitetem Licht, also gel- ben Lichtes, am Prisma 37 bzw. blauen bzw. roten Lichtes am Prisma 39, wird in einer bevorzugten Ausfuhrungsform und wie in Fig. 1 bei 40 dargestellt jeweils zwischen den erwähnten Pris- men 37,39 und dem Dunnfilm-Schichtsystem 19 eine Antireflex- schicht vorgesehen.

In der nachfolgenden Tabelle sind Beispiele fur die Realisation der Dunnfilm-Schichtsysteme 19,21 und 23 dargestellt. Die Schichten aus Material mit höherem Brechwert, H, sind aus TiO2 (n ~ 2,4), die Schichten aus niedriger brechendem Material sind aus SiO2 (n ~ 1,46). Als Substratmaterial wird Glas mit n # 1,6 vorgesehen.

Die Schichtnumerierung erfolgt in der Reihenfolge, mit welcher sie auf das jeweilige Substrat (Prismen) abgelegt werden. Schichtnr Dünnfilmsystem 19 Dunnfilmsystem 21 Dünnfilmsystem 23 Dicken in nm Dicken in nm Dicken in nm 1 H 96. 91 H 92. 44 H 69.71 2 L 151. 89 L 138. 41 L 126.17 3 H 83. 62 H 73.40 H 56.21 4 L 144. 53 L 14847 L 99.33 5 H 80. 56 H 53.04 H 68.30 6 L 144. 12 L 164.16 L 104.93 7 H 78. 31 H 48.87 H 57.72 8 L 145. 42 L 161.54 L 97.92 9 H 76. 73 H 51.22 H 63. 03 10 L 147. 18 L 159.18 L 108.91 11 H 75. 50 H 50.39 H 59.40 12 L 148. 37 L 160.56 L 96.74 13 H 74. 52 H 51.25 H 59.40 14 L 148. 74 L 156.96 L 108.91 15 H 74. 52 H 52.18 H 63.03 16 L 148. 37 L 158.14 L 97.92 17 H 75. 50 H 51.32 H 57.72 18 L 147. 18 L 157.58 L 104.93 19 H 76. 73 H 52.41 H 68.30 20 L 145. 42 L 156.79 L 99.33 21 H 78. 31 H 51.58 H 56.21 22 L 144. 12 L 158.96 L 126.17 23 H 80. 56 H 51.23 H 69.71 24 L 144. 53 L 158.02 25 H 83. 62 H 51.35 26 L 151. 89 L 160.50 27 H 96. 91 H 49.60 28 L 162.95 29 H 48.96 30 L 164.50 31 H 46.73 32 L 172.06 33 H 46.90 34 L 183.78 35 H 32.01 36 L 173.14 37 H 101.40 38 L 33. 33 39 H 15. 00 SEclausheine, phipri_designs_1.doc

Aus dem in vorangehender Tabelle zusammengestellten Design er- geben sich : * am Dunnfilm-Schichtsystem 19 das Spektrum gemass Fig. 6 in Analogie zum Spektrum gemäss Spektrum (a) von Fig. 2, die Spektren gemäss Fig. 7 (s. Fig. 2), für Licht unter 40° Einfallswinkel, S-polarisiertes gemass (bl) und P-polarisier- tes gemäss (b2), * Spektren gemäss Fig. 8, in Analogie zu Fig. 3b am Schichtsy- stem 21, (bl) für S-polarisiertes, (b2) für P-polarisiertes, jeweils mit 42° Einfallswinkel auftreffendes Licht, Spektrum gemäss Fig. 9, in Analogie zu Fig. 3a am Dünnfilm- Schichtsystem 21, (a2) für S-polarisiertes, (al) für P-pola- risiertes Licht unter einem Einfallswinkel von 20°, * Spektrum gemäss Fig. 10 in Analogie zu Fig. 4 am Dunnfilm- Schichtsystem 23, bei einem Einfallswinkel von 11°, (bl) für S-polarisiertes, (b2) für P-polarisiertes Licht.

Mit der erfindungsgemässen Anordnung werden insbesondere fol- gende Vorteile erwirkt : Die Anordnung kann direkt mit einem Strahlteiler 15 verkittet werden, ohne dass ein Luftspalt nötig ware und ohne dass eine zusatzliche Antireflexionsbeschichtung zwischen Strahlteiler 15 und dem Prisma 1 nötig ware, wie dies bei Vorsehen eines Luftspaltes notwendig ist.

Mit der erfindungsgemassen Anordnung lassen sich erfindungsge- mass optische Farbmanagementsysteme aufbauen, wie z. B. Projek- toren, Monitore, Videokameras, Digitalstandbildkameras etc.

Gegenüber den X-Cubes weist die erfindungsgemässe Anordnung den Vorteil auf, dass eine Zenterlinie fehlt sowie dadurch, dass wesentlich kleinere Lichteinfallswinkel ausgenützt werden, dass die Polarisations-Unabhängigkeit für Transmissions-und Refle- xionswerte, mindestens in gewissen Spektralbereichen, erhöht ist.

Dass an ein und demselben Dunnfilm-Schichtsystem (21,19) Licht ein und desselben Spektralbereiches lediglich in Funktion des Einfallswinkels transmittiert bzw. reflektiert wird, wird zur Umgehung von Totalreflexionen konsequent ausgenutzt.

Zu den Vorteilen zählt auch, dass fehlgeleitetes Licht in der oben mit Hilfe von Fig. 5 beschriebenen Weise durch Wahl bzw.

Design der Dunnfilm-Schichtsysteme effizient ausgeblendet wird, was sich positiv auf die Bildqualitat und damit den Kontrast auswirkt. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemasse Anordnung eine effiziente Ausblendung der oftmals intensiven Gelblinie.

Bezugszeichenliste : 1 erstes Prisma <BR> <BR> <BR> <BR> 3 erste Flache<BR> <BR> <BR> 5 erste Flache a erster Prismenwinkel 7 zweites Prisma <BR> <BR> <BR> 9 zweite Prismenflache<BR> <BR> <BR> <BR> 11 zweite Prismenflache Prismenwinkelßzweiter 13 Flache 15 Polarisations-Strahlteiler 19Dünnfilm-Schichtsystem 21Dünnfilm-Schichtsystem 23Dünnfilm-Schichtsystem 24Austrittsfläche 25Austrigttsfläche 27 LCD 29Austrittsfläche 31 LCD 32Austrittsfläche 33 LCD 35Ausgleichskörper 36 Prismenflache 37 Prisma

38Prismenfläche 39 Prisma 40 Antireflex-Schichtsystem A Optische Achse