(57)【要約】【課題】白色光を赤色、緑色、青色に分割、または前記赤色、緑色、青色成分から白色光を再結合し、かつ個々に色を選択する二つの独立した反射および透過層システムを有するスペクトル選択性の光スプリッタを提供する。【解決手段】透明な担体内に敷設または埋設されて各々が色を選択的に反射または透過する２つの別個の層システムを備え、少なくとも１つの担体が赤色光、緑色光、および青色光の各々についての出射表面を決定する、スペクトル選択性の光スプリッタおよび再結合装置であって、少なくとも１つの出射表面が、そこから出射して層システムの少なくとも１つにおいて反射される光の方向に対して、その基準表面がこの方向との間にゼロから偏向する角度φ、具体的には光スプリッタの製作公差により生じる角度よりも大きな分だけ偏向する角度φをなすように傾斜が付けられ、φ≦５°である。【選択図】図１
2010250339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの透明な担体上に、または少なくとも１つの透明な担体内に敷設または埋設されて各々が色を選択的に反射または透過する２つの別個の層システムを備え、それぞれの出力面に出力される赤色光、緑色光、および青色光に白色光を分割し、前記出力面のそれぞれに入力される赤色光、緑色光、および青色光を再結合するスペクトル選択性の光スプリッタおよび再結合装置であって、少なくとも１つの担体が赤色光、緑色光、および青色光の各々についての出射表面を決定する、スペクトル選択性の光スプリッタおよび再結合装置であって、少なくとも１つの出射表面が、そこから出射して層システムの少なくとも１つにおいて反射される光の方向に対して、その基準表面がこの方向との間にゼロから偏向する角度φ、具体的には光スプリッタの製作公差により生じる角度よりも大きな分だけ偏向する角度φをなすように傾斜が付けられ、
φ≦５°
である、スペクトル選択性の光スプリッタおよび再結合装置。
【請求項２】
層システムの少なくとも１つは、低屈折率の材料の少なくとも１つの層および高屈折率の材料の少なくとも１つの層を含み、低屈折率ＮLSが
１．７≦ＮLS≦２．１
であり、
少なくとも１つの透明な担体の屈折率Ｎkが
１．５２≧Ｎk≧１
である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ＮLS＝１．８±２％である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
低屈折率の材料が、少なくとも２つの材料ｍ1およびｍ2を含む混合材料であり、これらの材料が
Ｎm1≧１．０５ＮLS
および
Ｎm2≦０．９５ＮLS
である、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
高屈折率の材料が、少なくとも酸化物または酸窒化物を実質的に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
低屈折率の材料が以下の材料、すなわち
ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯxＮy
のうちの少なくとも１つを含み、
低屈折率の材料がＳｉＯ2およびＴｉＯ2を主に含み、その成分比率が
ＡSiO2＝（６０±５）％
かつ
ＡTiO2＝（１００％−ＡSiO2）
である、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
低屈折率の材料がＹ2Ｏ3を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つの担体の材料の屈折率Ｎkが
Ｎk＝１．４５±２％
である、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
双方の層システムが前記少なくとも１つの層システムのように実現される、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
層システムの共通交差線に対して垂直な切断面が少なくともほぼ正方形であると考えられる担体立方体の対角面に沿って、層システムが実質的に埋設される、Ｘ立方体として実現される請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
層システムの少なくとも１つにおいて反射され、分割によって得られる光の出射表面の少なくとも１つが、この光の出射方向に対して、その基準表面が前記方向との間にゼロから偏向する角度φ、具体的には光スプリッタの製作公差により生じる角度よりも大きな分だけ偏向する角度φをなすように傾斜を付けて配置され、
φ≦５°
である、請求項２に記載の装置。
【請求項１２】
Ｘ立方体として実現される、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記出力面に隣接して、前記出力される光のそれぞれに対する反射器を含み、これらの反射器は反射される光の極性を変更し、前記出力面のそれぞれから出力される光は、装置の製造公差により生じる角度よりも大きく０°から偏向する角度で、前記反射器のそれぞれの隣接する表面において反射され、反射器の各々は、反射光弁の構成により形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
光が反射器において角度φで反射され、
０°＜φ≦５°
であり、この角度は製作公差により生じる角度よりも大きな分だけゼロから偏向する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
指定された角度における光反射が、１つよりも多くの反射器において生じる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
分割されるべき光のための光スプリッタの入射表面が、偏光ビームスプリッタ、および入射表面のための照明光源としてのＨＭＩランプのうちの１つを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
光を分割および再結合する装置を備える光伝送配置であって、装置は、それぞれの出力面に出力される赤色光、緑色光、および青色光に白色光を分割し、前記出力面のそれぞれに入力される赤色光、緑色光、および青色光を再結合し、前記光伝送配置はさらに、前記出力面に隣接して、前記出力される光のそれぞれに対する反射器を備え、これらの反射器は反射される光の極性を変更し、前記出力面のそれぞれから出力される光は、配置の製造公差により生じる角度よりも大きく０°から偏向する角度で、前記反射器のそれぞれの隣接する表面において反射される、配置。
【請求項１８】
光スプリッタはＸ立方体である、請求項１７に記載の配置。
【請求項１９】
反射器の各々は、反射光弁の構成により、好ましくは、各々がＬＣＤの構成により形成される、請求項１７に記載の配置。
【請求項２０】
光が反射器において角度φで反射され、
０°＜φ≦５°
であり、この角度は製作公差によって生じる角度よりも大きな分だけゼロから偏向する、請求項１７に記載の配置。
【請求項２１】
指定された角度における光反射が、１つよりも多くの反射器において生じる、請求項１７に記載の機構。
【請求項２２】
分割されるべき光のための光スプリッタの入射表面が、偏光ビームスプリッタ、および入射表面のための照明光源としてのＨＭＩランプのうちの１つを含む、請求項１７に記載の光伝送配置。
【請求項２３】
層システムの少なくとも１つは、低屈折率の材料の少なくとも１つの層および高屈折率の材料の少なくとも１つの層を含み、低屈折率ＮLSが
１．７≦ＮLS≦２．１
であり、
少なくとも１つの透明な担体の屈折率Ｎkが
１．５２≧Ｎk≧１
である、請求項１７に記載の配置。
【請求項２４】
ＮLS＝１．８±２％である、請求項２３に記載の配置。
【請求項２５】
低屈折率の材料が、少なくとも２つの材料ｍ1およびｍ2を含む混合材料であり、これらの材料が
Ｎm1≧１．０５ＮLS
および
Ｎm2≦０．９５ＮLS
である、請求項２３に記載の配置。
【請求項２６】
高屈折率の材料が、少なくとも酸化物または酸窒化物を実質的に含む、請求項２３に記載の配置。
【請求項２７】
低屈折率の材料が以下の材料、すなわち
ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯxＮy
のうちの少なくとも１つを含み、
低屈折率の材料がＳｉＯ2およびＴｉＯ2を主に含み、その成分比率が
ＡＳｉＯ2＝（６０±５）％
かつ
ＡＴｉＯ2＝（１００％−ＡＳｉＯ2）である、請求項２３に記載の配置。
【請求項２８】
低屈折率の材料がＹ2Ｏ3を含む、請求項２３に記載の配置。
【請求項２９】
少なくとも１つの担体の材料の屈折率Ｎkが
Ｎk＝１．４５±２％
である、請求項２３に記載の配置。
【請求項３０】
双方の層システムが前記少なくとも１つの層システムのように実現される、請求項２３に記載の配置。
【請求項３１】
層システムの共通交差線に対して垂直な切断面が少なくともほぼ正方形であると考えられる担体立方体の対角面に沿って、層システムが実質的に埋設される、Ｘ立方体として実現される請求項２３に記載の配置。
【請求項３２】
層システムの少なくとも１つにおいて反射され、分割によって得られる光の出射表面の少なくとも１つが、この光の出射方向に対して、その基準表面が前記方向との間に、ゼロから偏向する角度φ、具体的には光スプリッタの製作公差により生じる角度よりも大きな分だけ偏向する角度φをなすように傾斜を付けて配置され、
φ≦５°
である、請求項２３に記載の配置。
【請求項３３】
それぞれの出力面に出力される赤色光、緑色光、および青色光に白色光を分割し、前記出力面のそれぞれに入力される赤色光、緑色光、および青色光を再結合するスペクトル選択性の光分割および再結合装置であって、前記スペクトル選択性の光分割および再結合装置は、出力された赤色光、緑色光、および青色光の中央伝搬軸を規定し、前記出力面は、前記それぞれの軸を基準として
φ≦５°
の角度だけ反らせた基準表面を規定する、スペクトル選択性の光分割および再結合装置。
【請求項３４】
各々が色を選択的に反射および透過する少なくとも２つの層システムを含み、前記層システムは、少なくとも１つの透明な担体上に、または少なくとも１つの透明な担体内に敷設または埋設されており、層システムの少なくとも１つは、低屈折率の材料の少なくとも１つの層および高屈折率の材料の少なくとも１つの層を含み、低屈折率ＮLSが
１．７≦ＮLS≦２．１
であり、
少なくとも１つの透明な担体の屈折率Ｎkが
１．５２≧Ｎk≧１
である、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
ＮLS＝１．８±２％である、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
低屈折率の材料が、少なくとも２つの材料ｍ1およびｍ2を含む混合材料であり、これらの材料が
Ｎm1≧１．０５ＮLS
および
Ｎm2≦０．９５ＮLS
である、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
高屈折率の材料が、少なくとも酸化物または酸窒化物を実質的に含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３８】
低屈折率の材料が以下の材料、すなわち
ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯxＮy
のうちの少なくとも１つを含み、
低屈折率の材料がＳｉＯ2およびＴｉＯ2を主に含み、その成分比率が
ＡSiO2＝（６０±５）％かつＡTiO2＝（１００％−ＡSiO2）である、請求項３４に記載の装置。
【請求項３９】
低屈折率の材料がＹ2Ｏ3を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項４０】
少なくとも１つの担体の材料の屈折率Ｎkが
Ｎk＝１．４５±２％
である、請求項３４に記載の装置。
【請求項４１】
双方の層システムが前記少なくとも１つの層システムのように実現される、請求項３４に記載の装置。
【請求項４２】
層システムの共通交差線に対して垂直な切断面が少なくともほぼ正方形であると考えられる担体立方体の対角面に沿って、層システムが実質的に埋設される、Ｘ立方体として実現される請求項３４に記載の装置。
【請求項４３】
層システムの少なくとも１つにおいて反射され、分割によって得られる光の少なくとも１つの出射表面が、この光の出射方向に対して、その基準表面が前記方向との間にゼロから偏向する角度φ、具体的には光スプリッタの製作公差により生じる角度よりも大きな分だけ偏向する角度φをなすように傾斜を付けて配置され、
φ≦５°
である、請求項３３に記載の装置。
【請求項４４】
Ｘ立方体として実現される、請求項３３に記載の装置。
【請求項４５】
前記出力面に隣接して、前記出力される光のそれぞれに対する反射器を含み、これらの反射器は反射される光の極性を変更し、前記出力面のそれぞれから出力される光は、装置の製造公差により生じる分よりも大きく０°から偏向する角度で、前記反射器のそれぞれの隣接する表面において反射され、反射器の各々は、反射光弁の構成により形成される、請求項３３に記載の装置。
【請求項４６】
光が反射器において角度φで反射され、
０°＜φ≦５°
であり、この角度は製作公差により生じる角度よりも大きな分だけゼロから偏向する、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
指定された角度における光反射が、１つよりも多くの反射器において生じる、請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
分割されるべき光のための光スプリッタの入射表面が、偏光ビームスプリッタおよび入射表面のための照明光源としてのＨＭＩランプのうちの１つを含む、請求項４５に記載の装置。
【請求項４９】
それぞれの出力面に出力される赤色光、緑色光、および青色光に白色光を分割し、前記出力面のそれぞれに入力される赤色光、緑色光、および青色光を再結合する、スペクトル選択性の光スプリッタおよび再結合装置を製造するための方法であって、
各々が色を選択的に反射または透過する少なくとも２つの別個の層システムを設けるステップと、
少なくとも１つの透明の担体上に、または少なくとも１つの透明の担体内に、前記層システムを埋設または敷設するステップと、
前記少なくとも１つの担体により、赤色光、緑色光、および青色光の各々についての出射表面を決定するステップと、
少なくとも１つの出射表面に傾斜を付け、それにより、そこから出射して層システムの少なくとも１つにおいて反射される光の方向に対して、その基準表面がこの方向との間に、ゼロから偏向する角度ｐ、具体的には光スプリッタの製作公差により生じる角度よりも大きな分だけ偏向する角度ｐをなすようにするステップとを含み、
φ≦５°である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル選択性の光スプリッタおよび再結合装置ならびにこれを製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明は、Ｘ立方体を用いる際に認識され、後に説明されるような諸問題を前提とする。ここで得られる認識はしかしながら基本的に、後に説明されるように、様々に偏光される光との関連で使用される分光器にもあてはまる。このテーマに関しては、１９７６年１２月刊の“Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔｉｃｓ”Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１２のＡ．Ｔｈｅｌｅｎによる「ガラス立方体内の非偏光干渉フィルム」（非特許文献１）が参考になる。
【０００３】
例えばＤＥ−４０  ３３  ８４２（特許文献１）では、二色性の層を備える個々のプリズムからなる直方体形状の光学部材は「二色性プリズム」と呼ばれる。
この明細書ではそのような部材について、
Ｘ立方体
という表現が用いられる。そのようなＸ立方体についてはＵＳ−Ａ−２  ７３７  ０７６（特許文献２）、ＵＳ−Ａ−２  ７５４  ７１８（特許文献３）、ＤＥ−Ａ―４０  ３３  ８４２（特許文献１）、ならびにＪＰ−７−１０９４４３（特許文献４）、さらにＵＳ−Ａ−５  ０９８  １８３（特許文献５）、ＥＰ−Ａ−０  ３５９  ４６１（特許文献６）が参考となる。さらにこの発明の出願人によるＷＯ９８／２０３８３（特許文献７）を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＤＥ−Ａ―４０  ３３  ８４２
【特許文献２】ＵＳ−Ａ−２  ７３７  ０７６
【特許文献３】ＵＳ−Ａ−２  ７５４  ７１８
【特許文献４】ＪＰ−７−１０９４４３
【特許文献５】ＵＳ−Ａ−５  ０９８  １８３
【特許文献６】ＥＰ−Ａ−０  ３５９  ４６１
【特許文献７】ＷＯ９８／２０３８３
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ガラス立方体内の非偏光干渉フィルム」、Ａ．Ｔｈｅｌｅｎ、“Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔｉｃｓ”Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１２（１９７６年１２月刊）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
［定義］
以下の定義が用いられる。
●  光、可視光線：  ３８０ｎｍから７２０ｎｍのスペクトル領域においてエネルギが最大の光
●  赤色光：  ５８０ｎｍから７２０ｎｍ、特に６００ｎｍから６８０ｎｍのスペクトル領域においてエネルギが最大の光
●  緑色光：  ４９０ｎｍから６０５ｎｍ、特に５００ｎｍから６００ｎｍのスペクトル領域においてエネルギが最大の光
●  青色光：  ３８０ｎｍから５１０ｎｍ、特に４２０ｎｍから５００ｎｍのスペクトル領域においてエネルギが最大の光
●  黄色光：  ４７５ｎｍから６０５ｎｍ、特に５８２ｎｍ±３ｎｍのスペクトル領域においてエネルギが最大の光
●  白色光：  赤色、青色および緑色の光成分を有する光
●  透明：  ３８０ｎｍから７２０ｎｍのスペクトル領域において無視できる吸収
●  直方体：  対を成して互いに並行に向き合う正方形から形成される空間の形状
まず図１を参考に、Ｘ立方体の基本的な作用効果が説明される。このような種類の光学分光器は主に投影機に用いられ、白色光を赤色、緑色および青色光に分割、ないし後者より白色光を再結合する。図１によると、Ｘ立方体は四つの個々のプリズム２ａから２ｄを含む。通常これらのプリズムはＢＫ７ガラスからなる。これらの断面は、９０度の角度を有する直角二等辺三角形をなす。斜辺の長さは例えば５ｍｍから５０ｍｍであり、好ましくは２０から３０ｍｍである。プリズム対２ａおよび２ｂと、他方の対２ｄおよび２ｃとの間には、スペクトルを選択的に反射かつ透過する層システム５が埋設されるが、これは青色光をほぼ完全に反射し、その一方で緑色および赤色光をほぼ完全に透過する。
【０００７】
一方のプリズム対２ａおよび２ｄと、他方の対２ｂおよび２ｃとの間には、スペクトルを選択的に反射かつ透過するもう一つの層システム７が埋設され、これは赤色光をほぼ完全に反射し、他方緑色光および青色光をほぼ完全に透過する。
【０００８】
Ｘ立方体においてはしたがって、赤色、緑色および青色光については三つのチャネルＫR，ＫG，ＫBが、白色光についてはチャネルＫR+B+Gが生じる。前記プリズム対のそれぞれの間の層システム５、７においては、４５°で入射するそれぞれ対応する色の光が反射される。プリズム２の斜辺表面は反反射層システムによって被覆され得る。
【０００９】
そのようなＸ立方体は今日では主に投影装置に用いられ、透過の働きをする光弁、特にＬＣＤ光弁を介してそれぞれ対応するチャネルＫR，ＫB，ＫGに供給される赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）および緑色（Ｇ）光をチャネルＫR+B+Gにおいて再結合する。これは図１では破線で示される。ここで光弁とは、個々に装着された多数の画素からなる、結像エレメントである。この画素の総数によって、ＥＶＧＡ、ＳＶＧＡ、ＥＧＡ、ＸＧＡなどの解像度が決まる。
【００１０】
そのような透過の働きをする光弁において画素の大きさを小さくするには、導体路および装着電子工学の限界があるが、これは是認し難い。画素の大きさを小さくすると、一つの画素につき特に光学アパーチャが下がる。
【００１１】
図１の光弁ＬＣＤにおいて実線で示されたように、透過ではなく反射の働きをし反射された光の偏光を９０°回転させる光弁では、このような制限はなくなる。
【００１２】
しかしながら、そのような反射の働きをする光弁を使用するには、さらに下記に説明されるべき諸問題が今日まで存在する。図２には、透過の働きをする図１ではＬＣＤとして示された通常の光弁を、反射の働きをする光弁ＲＬＶ（Reflective Light Valves 反射光弁）に置き換えた場合の諸関係が示される。図１の配置において、反射の働きをする光弁ＲＬＶが図２のように配置されると、例えば図１のＸ立方体の層システム５において反射されたＳ偏光（Ｅフィールドの振動方向）された青色光Ｂは光弁ＲＬＶによってＰ偏光の青色光に変えられ、反射されて層システム５に投げ返され、そこで再び反射される。図２の一つの層システム５において、赤色光については同様にシステム７において、同じスペクトルではあるが異なる偏光の光が反射される。
【００１３】
上記のＸ立方体において用いられるようなスペクトル選択性反射および透過層システムはしかしながらまたその他の分光器において、色選択効果のために、通常二色性の多層システムによって製造される。このシステムはそれぞれ少なくとも、より低い屈折率を有する材料からなる層を一つと、より高い屈折率を有する材料からなる層を一つ含む。低屈折率の材料としては通常、屈折率が１．４６のＳｉＯ2が用いられ、高屈折率の材料として今日では例えば、屈折率２．４のＴｉＯ2または屈折率２．１のＴａ2Ｏ5が用いられる。
【００１４】
図３には、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2からなる色選択性層システムにおけるＳ偏光された青色光の反射、ならびに同じ層システムにおけるＰ偏光青色光の反射が示される。これらの測定は共に、図２に示されたように４５°の光入射で行われた。
【００１５】
図４には、選択的に赤色光Ｒを反射する、ここでもＳｉＯ2／ＴｉＯ2層から構成される層システムにおける反射の様子が、Ｓ偏光およびＰ偏光の赤色光について示される。図３および４の測定は、担体材料としてＢＫ７ガラスが用いられたＸ立方体において行われたものであるが、これには図２の前記の色選択性層システム５，７が埋設されていた。
【００１６】
図３および４からわかるように、どちらの場合においてもＰ偏光の光の反射はＳ偏光の光のそれよりも、特に赤色選択層システムにおいて際立って、はるかに少なく、さらに反射されたスペクトルの辺の明らかな変位、すなわち偏光の変位が生じ、例えば青色光の選択的反射では、Ｓ偏光およびＰ偏光の５０％反射点は互いに７０ｎｍよりも大きく離れており、これはΔBで示される。
【００１７】
ここで図２において、Ｘ立方体に設けられた第二の色選択性層システム７を顧慮することなく、記載された光線の軌跡のみ、すなわち青色光のための層システム５における反射のみをみると、以下のようになる。
Ｉ′BoutP  ＝  ＩinS・ＲRBS・ＲRBP                          （１）
ここでそれぞれの表記は以下のとおりである。
ＩBoutP：  層システム５によって反射されて戻ってきたＰ偏光青色光の強度
ＩinS：  層システム５に入射するＳ偏光青色光の強度
ＲRBS：  Ｓ偏光された青色光の青色選択性層システム５による反射
ＲRBP：  Ｐ偏光された青色光の青色選択性層システム５による反射
図２の層システム５における青色光Ｂの、図３および４に示された反射様態を前提とすると、層システム７における赤色光Ｒの場合と同様、それぞれの透過層システム、すなわち青色光Ｂについてはシステム７、赤色光Ｒについてはシステム５を考慮すると、ＩBoutPないしＩRoutPについてそれぞれ図５および６に示されたような強度スペクトルが得られる。上述の透過ならびに、図２のように、場合によっては配置されて反射の働きをする光弁ＲＬＶの反射様態を考慮すると、青色光について以下の式が得られる。
【００１８】
ＩBoutP＝ＩINS・ＴRRS・ＲRSS・ＲRLVB・ＲRBP・ＴRRP
上記の式における表記は以下のとおりである。
ＴRRS：  Ｓ偏光された光の赤色選択層システム７による透過
ＲRLVB：  光弁の反射
ＴRRP：  Ｐ偏光された光の赤色選択層システム７による透過
赤色光についても同様の式が得られる。
【００１９】
Ｓ偏光およびＰ偏光に関する赤色ないし青色選択層システムの反射特性が異なると、重大な結果が生じる。すなわち、図３および４によるＳ反射スペクトルとＰ反射スペクトルとの間におけるスペクトル領域ΔBないしΔRからの光はもはや外に出ず、それぞれ青色ないし赤色反射器を通過しシステム内に、図２ではＸ立方体内に散乱光として留まる。
【００２０】
図７にはＸ立方体内における散乱光のスペクトルが示されるが、図３および４における前述の中間スペクトル領域ΔBおよびΔRが記されている。
【００２１】
システム内に極めて多くの散乱光が留まっているのがわかる。さらに、図５および６からわかるように、赤色スペクトル領域ならびに青色スペクトル領域における全透過が不十分であり、すなわち、図２の双方の色選択性層システム５および７においてＳ偏光の光のみが反射される場合の全透過よりもはるかに少ない。
【００２２】
上記の諸問題を前提とするこの発明の課題は、偏光の異なる光について層様々である層システムの色選択性が低減ないし修正される、初めに述べられたような分光器を提供することであり、あるいはそれが同様に可能な、分光器を備えた光伝達配置を提供することである。好ましくは、組み合わせて、この発明の光伝達配置の分光器としてこの発明による分光器が使用される。
【００２３】
前記のような分光器、したがって特にＸ立方体および／または分光器を備える伝達配置においては、光が様々に偏光されて分割および再結合しながら分光器を通り抜ける際に、赤色および青色光についてはるかに高い全透過率が実現されるべきである。
【００２４】
さらに、分光器ないし伝達配置内の散乱光が最小化され、場合によっては色の箇所が最適化されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この課題は一つには、初めに述べられたような分光器において低屈折率ＮLSが以下のとおりであることによって解決する。
【００２６】
１．７０  ≦  ＮLS  ≦２．１
これによって、以下においてさらに説明されるように、図３ないし４において説明されたようにＰおよびＳ反射スペクトルの稜の変位Δ、すなわち偏光変位が大幅に減じられ、特にＰ偏光された光の反射がＳ偏光された光の値に近づけられる。
【００２７】
好ましい一実施形態においては屈折率ＮLSは以下のとおりである。
ＮLS＝１．８±２％
より高い屈折率の材料として好んで用いられるのは、少なくともその主成分が酸化物または酸窒化物であり、好ましくはＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯxＮyのグループの内の少なくとも一つからなり、特にＴｉＯ2および／またはＴａ2Ｏ5からなるのが望ましい。これら全ての材料の屈折率は、最大でも２．１である。
【００２８】
この発明において選択された低屈折率ＮLSは好ましくは、その材料として少なくとも二つの材料ｍ1およびｍ2からなる混合材料が用いられることによって調整されるが、それらの屈折率Ｎm1、Ｎm2は以下のとおりである。
【００２９】
Ｎm1  ≧  １．０５ＮLS
Ｎm2  ≦  ０．９５ＮLS
混合材料の第一の材料ｍ1には好ましくは、高屈折率の材料としても使用される材料、すなわち酸化物または酸窒化物が用いられ、好ましくは上記の材料ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2、ＳｉＯxＮyの内の少なくとも一つ、特に好ましくはＴｉＯ2および／またはＴａ2Ｏ5が用いられる。
【００３０】
混合材料の第二材料ｍ2としては好ましくはＳｉＯ2および／またはＡｌ2Ｏ3および／またはＳｉＯxＮyおよび／またはＹ2Ｏ3が用いられる。混合材料、すなわち低屈折率の材料における混合比率ｍ1／ｍ2の選択によって、所望の屈折率ＮLSが実現される。低屈折率の材料としてはＳｉＯ2およびＴｉＯ2からなる混合材料が使用され、ＳｉＯ2成分はＡSiO2＝（６０±５）％であり、ＴｉＯ2成分ＡTiO2は（１００％−ＡSiO2）である。ここではまた屈折率が１．８±２％のＹ2Ｏ3も低屈折率の材料として利用可能である。
【００３１】
少なくとも一つの担体の材料の屈折率は以下のように選択されるのが好ましい。
１．５２  ≧  ＮK  ≧  １
ここで１．５２の値は、通常は特にＸ立方体に用いられるＢＫ７ガラスの屈折率に相当する。上記の担体はまた以下の屈折率を有する石英ガラスからも製造され得る。
【００３２】
ＮK  ＝  １．４５±２％
この発明の分光器においては好ましくは、両層システムが前述の少なくとも一方のシステムのように形成される。さらにこの発明によると、特に好ましくは上述のようなＸ立方体として形成された分光器が提案されるが、この分光器には、好ましくは両層システムに共通の交差直線に垂直な切断平面が正方形である担体直方体のほぼ対角線平面に沿って層システムが埋設される。
●  要約すると、この発明において上記の課題を解決するためのこの発明による一つの解決策はしたがって、前記層システムの材料を適切に選択することにある。
【００３３】
上記の課題の第二の解決策は、請求項によるスペクトル選択性分光器によって得られる。透明な担体上に布設ないし、その内部に埋設され、この担体が赤色、緑色ないし青色光の出射表面を定める、それぞれ色を選択して反射および透過する二つの独立した層システムを備え、白色光を赤色、緑色、青色光に分割し、あるいは赤色、緑色および青色光から白色光を再結合するそのような分光器において、前記出射表面の少なくとも一つに、そこから出て層システムの少なくとも一つにおいて反射される光の方向に対して、出射表面の基準表面が前記方向との間において０°から偏光する鋭角φをなすように、傾斜がつけられる。分光器の製造公差によっても光の出射方向と基準表面との間には０°から偏光する角度が生じ得るが、公差に規定されたそのような偏差は再生不可能である一方、そのような公差による甘受されるべき角度偏差はまた製造条件によってあらかじめ知られたものである。この発明によって実現される零偏差はいずれにせよ、この周知の公差による偏差よりも大きい。
【００３４】
前記角度偏差は好ましくは、後に説明されるように、最大でも５°である。
そのような分光器においては、反射の働きをする光弁を直接出射表面に適用することが可能であり、したがって例えば図２の層システムに関しては、図示された層システムに入射しスペクトル分割されるＳ偏光の光が層システムにおいて反射される角度は、光弁ＲＬＶによって反射されたＰ偏光の再結合されるべき同じスペクトルの光とは異なる。
【００３５】
いずれにせよ、分光器そのものの出射表面を相応に傾斜させることなく、すなわち分光器を変えることなく、光弁を相対的に傾斜させて組み立てることによって、一方および／他方の層システムにおける反射角度の変位を実現することも可能である。
【００３６】
白色光に対する入射および出射表面と、赤色、青色、および緑色光に対する出射表面をそれぞれ有する分光器を備えた光伝達配置はしたがって、前記分光器の出射表面と作用接続し、かつ請求項の文言にしたがって、光の偏光を変える反射器を有するが、出射表面から出る光のこれらの反射器における反射角度は、この配置全体の製造公差によるよりも大きく０°から偏向する。そのような光伝達配置は、反射の働きをする光弁を、請求項において特定されるような分光器の傾斜した出射表面に直接装着することによって実現可能であり、あるいは反射器の傾斜は、分光器本来の形成とは関わりなく、機械的組み立て措置によって実現可能である。
【００３７】
この発明の分光器自体は、好ましくは組み合わされて、層材料に関する対策ならびに、請求項による分光器が特定するように、層システムにおける入射方向に特定の、異なる反射角度を実現するための対策をも有する。同様に、請求項による傾斜した反射器を基本的に備える光学伝送器は好ましくはまた、請求項にしたがって分光器の層材料を特定する解決策を特徴として備える。
【００３８】
この発明のそれぞれの原理によって、すなわち一方の、好ましくは双方の層システムにおけるこの発明による材料選択、および／または少なくとも一方の、好ましくは双方の層システムにおける入射方向に特定の反射によって、特に投影機配置についても、反射光弁を用いた作動が可能となる。
【００３９】
請求項にしたがって前記の傾斜が実現され、かつ／または層システムにおける材料選択がこの発明にしたがって行われた分光器を含む光学伝送配置はさらに、好ましくは入射側に偏光放射分割器を有し、かつ／または照射源としてＨＭＩランプを有する。
【００４０】
ここで前記ＨＭＩランプはその光スペクトルにおいて、ＳおよびＰ偏光された光の反射様態においてスペクトル変位領域にあたる個所、すなわち図３から７のスペクトル領域ΔRおよびΔBに相当する個所において、低いエネルギ値を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】透過光弁を備えたＸ立方体の作動を説明するための、Ｘ立方体の概略図である。
【図２】反射光弁を備えたＸ立方体の作動を説明するための、Ｘ立方体の概略図である。
【図３】図２において４５°の入射角度で測定された、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2からなる色選択層システムにおけるＳ偏光およびＰ偏光された青色光の反射を示す。
【図４】ＳｉＯ2／ＴｉＯ2からなる、図２のような赤色選択反射層におけるＳ偏光およびＰ偏光された赤色光の反射を示す。
【図５】図２の層システム５において反射され、かつ図２の層システム７によって透過された青色光の強度スペクトルを示す。
【図６】図２の層システム７において反射され、かつ図２の層システム５によって透過された赤色光の強度を示す。
【図７】図１または２のＸ立方体における散乱光のスペクトルを示す。
【図８】この発明にしたがって選択された層材料からなるこの発明による分光器における、ＳおよびＰ偏光の青色光の反射を示す。
【図９】この発明にしたがって層材料を選択した場合に得られる、ＳおよびＰ偏光の赤色光の反射を示す、図８と同様の図である。
【図１０】この発明にしたがって選択された層システム材料を有する、すなわちそれぞれ図８および９の結果を示す層システムを備えるＸ立方体における青色光の全透過、ならびにＨＭＩランプのスペクトルを示す。
【図１１】同じＸ立方体における赤色光の全透過、ならびに前記ＨＭＩランプのスペクトルを示す、図１０と同様の図。
【図１２】この発明による前記Ｘ立方体において生じる散乱光、ならびに前記ＨＭＩランプのスペクトルを示す。
【図１３】この発明にしたがって層システムの材料が選択されたこの発明による分光器を備える、この発明による投影配置の形で概略的に示された、この発明による第一の光学伝送配置。
【図１４】この発明の傾斜に関して赤色光の場合について説明するために、Ｘ立方体および光弁配置を、一方の層システムのみとともに示す概略図である。
【図１５】青色光の場合の諸関係を示す、図１４と同様の図である。
【図１６】従来のＸ立方体を用いて、この発明の傾斜を簡単に実現する方法を示す図である。
【図１７】この発明の傾斜効果を説明するために、赤色および青色光のスペクトルを示す。
【図１８】この発明による解決策が組み合わされたＸ立方体において、図１７のスペクトルによって得られる残留光スペクトルを、フィリップスの  ＵＨＰ  １２０ＷのＨＭＩランプのスペクトルと共に示す、図１２と同様の図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下において図８から１２に示される結果は、原則として図２に示されたような配置において測定されたものである。Ｘ立方体には色選択性層システム５ないし７が設けられた。層システム５、７の屈折率のより高い材料はＴｉＯ2、屈折率のより低い材料は、ＳｉＯ2およびＴｉＯ2からなる混合材料であり、その混合比率はＡSiO2／ＡTiO2＝６０／４０である。Ｘ立方体本体は石英ガラスからなる。
【００４３】
それぞれ該当しない層システム、すなわち青色光の場合は赤色選択層システム７、赤色光の場合は青色選択層システム５における透過の反射測定への影響、特にＳおよびＰ偏光された赤色ないし青色光の透過の違いは、無視できる程度のものであった。
【００４４】
この発明の分光器のＸ立方体が高屈折材料としてＴｉＯ2を、低屈折材料としてＳｉＯ2を有する図２の配置において、図３と同様に、反射されたＳ偏光およびＰ偏光の青色光Ｂのスペクトルが図８に示されたように測定され、赤色光Ｒについても同様に図９に示された。屈折率ＮLSは以下の領域、すなわち
１．７  ≦  ＮLS  ≦  ２．１
内において１．８±２％が選択された。
【００４５】
低屈折率の混合材料において前術の混合比率を選択し、したがって低屈折率を調整することによって、偏光変位ΔBないしΔRを大幅に減じることができ、したがってＳおよびＰ偏光の光の反射スペクトルの稜を大幅に近づけることができた。図３のように従来の光学部材の場合５０％の反射率でＳおよびＰ偏光の光の反射スペクトル間に７０ｎｍの偏光変位が生じるが、この発明の部材の場合に同じ光について生じる偏光変位は３０ｎｍのみである。同様に、この発明の部材の場合赤色光に関する偏光変位は３０％の反射率でわずか２５ｎｍであるが、これは図４の従来の部材の場合５０ｎｍである。
【００４６】
さらに、Ｐ偏光された青色光の最大反射率はこの発明によると図８のように、Ｓ偏光された青色光のそれの約９２％であるが、これは図３の従来の部材においては７５％のみである。赤色光に関しては、容易に理解されるように、Ｐ偏光に関してこの発明によって得られる最大反射率はＳ偏光について得られるそれの９７％であり、これは図４の従来の部材においてはわずか４０％である。
【００４７】
図１０には、上のように定義されこの発明にしたがって構成された図２のシステムにおける青色光の全透過率が示され、図１１には、同様に、赤色光の全透過率が、すなわちＸ立方体における光分割、ＲＬＶにおける反射およびＸ立方体における光の再結合を介した全透過率が示される。
【００４８】
ＨＭＩランプ、例えばフィリップス社のランプＵＨＰ  １２０Ｗでは、図１０および１１に記入されたランプスペクトルΔが得られる。これから、ランプスペクトルのエネルギないし強度は、図８に依然として見られる偏光変位Δ′Bのために青色光がいずれにせよわずかしか透過されない個所において特に小さいことがわかる。さらに、極めて有利なことに、黄色線に対応する５８０ｎｍにおけるランプスペクトル線は、この発明によって設けられた層システムによって次第に小さくなり（図１０参照）、これによって青色成分の緑色化ないし赤色成分のオレンジ化が妨げられる。図１２の散乱光スペクトルを図７の従来のＸ立方体におけるそれと比較すると、この発明にしたがって選択された層システム材料を備えるこの発明によって実現された分光器における散乱光の全損失は、上述のような従来の分光器におけるよりもはるかに少なく、特にまたこの発明の分光器がＨＭＩ光源と組み合わされた場合に、わずかなものとなる。
【００４９】
図１３にはこの発明によって実現される投影機が示される。ここでは、Ｘ立方体として形成されるこの発明の、すなわちこの発明にしたがって選択された層システム材料を有する分光器のおかげで、反射の働きをする光弁ＲＬＶが用いられる。
【００５０】
白色光が、Ｓ偏光、あるいはＳおよびＰ偏光されて、偏光放射分割器１３にあたる。光線分割器の層システム１０は従来のように、Ｓ偏光された光の向きを９０°変え、Ｐ偏光された光を通過させる特性を有する。Ｐ偏光された光はまた鏡（図示されず）によって反射されて光源に戻され得る。Ｓ偏光された白色光は、図２で説明されたような構成ではあるが、この発明による層システム材料を備えるＸ立方体１２内に入る。三つの光チャネルに対応するＸ立方体１２の出射表面には、反射の働きをする光弁ＲＬＶR、ＲＬＶGおよびＲＬＶBが設けられる。そこでは、それぞれに対応するスペクトルを有する光がその偏光を変えられ、反射されＰ偏光されて、この発明によって形成された対応する色選択反射層システムに戻され、偏光光線分割器１３によって再結合されて出射される。したがって光はＸ立方体においてＳ偏光でＲＧＢに分割され、同じＸ立方体においてＰ偏光でＲＧＢから再結合される。Ｐ偏光された光は偏光光線分割器１３を妨げられることなく通過し、投影光学系を介してスクリーン（図示されず）に投影され得る。
【００５１】
次に図１４を参考に、この発明による前記課題の第二の解決策の原理が説明されるが、既に上述のように、これは今説明された解決策、すなわち特定の層システム材料の選択と組み合わせて用いられるのが最適である。
【００５２】
図３および４において説明されたように、問題は、分光器のおのおのの層システムにおいて、ΔBおよびΔRに相当する反射されたスペクトルの偏光変位が決定的なものであるという点である。
【００５３】
基本的には、前述の図面を参考にすると、以下が達成さるべきである。
●  反射されたＳ偏光の赤色光のスペクトル稜は（図４参照）、より長い波長に向けてずらされるべきである。
●  反射されたＰ偏光の赤色光のスペクトル稜は、より短い波長に向けてずらされるべきである。
●  反射されたＳ偏光の青色光のスペクトル稜は、より短い波長に向けてずらされるべきである。さらに、
●  反射されたＰ偏光の青色光のスペクトル稜は、より長い波長に向けてずらされるべきである。
【００５４】
極めて驚くべきことに、対応する層システムにおいてＰおよびＳ偏光された光の入射角度がそれぞれ異なるように適切に選択されることによって、基本的にはこれら全ての条件が満たされる。この方法の原理は図１４を参考に説明される。図１４は、以下に説明さるべき諸条件を前提として、層システム５ａ、すなわち赤色反射器ならびに、簡略化のために一つのチャネルについてのみ示された反射の働きをする光弁ＲＬＶを備えるＸ立方体２０の概略を示す。
【００５５】
この発明によるこの解決策において重要なのは、ＲＬＶに入射する光が、基準表面ＦRLVに関して０°から偏向する角度φでＲＬＶに入り、例えば図２または１３に示されたようにφ＝０°の角度ではもはやない、という点である。
【００５６】
図４の偏光変位を小さくするために赤色光のスペクトルに関して掲げられた要求は、Ｓ偏光された赤色光の反射角度αRが、Ｐ偏光された赤色光の角度βよりも小さく選択されることによって満たされる。
【００５７】
逆に、青色光のスペクトルの偏光変位に関する条件は、図１５に示されたように、Ｓ偏光の青色光の層システム７ａにおける反射角度αBが、対応する光弁ＲＬＶから反射された青色光の反射角度βBよりも大きいことによって満たされる。図１４、１５によると、赤色反射器ないし青色反射器層システム５ａ，７ａにおいて以下が得られる。
【００５８】
βR＝αR  ＋  ２φ
βB＝αB  −  ２φ
角度αは、図１４の層システム５ａの幾何学的相対位置によって、チャネルＫR+B+Gにおいて入射する光の方向に調整され、角度βは、この入射角度αの関数ならびに、ＲＬＶにおける反射器の、チャネルＫRないしＫBにおける出射光に対する角度合わせの関数で調整される。
【００５９】
赤色光に関しても青色光に関しても、好ましい実施形態においてはそれぞれの角度αおよびβは４５°に対して対称となるよう選択される。それぞれの角度α、βの４５°からの偏差をδで示すと、以下のとおりとなる。
【００６０】
４５°  ＋／−  δ  ＝  α
４５°  −／＋  δ  ＝  β
ここでそれぞれ上の符号は図１５の反射器７ａにおける青色光についてあてはまるものであり、下の符号は図１４の反射器５ａを備える赤色チャネルにおける諸条件についてあてはまるものである。
【００６１】
ここから以下が得られる。
φ  ＝  δ
さらに好ましい実施形態においてはδは以下のように選択される。
【００６２】
０  ＜  δ  ≦  ５°
ここから、赤色チャネルＫRに対応する光弁ＲＬＶRおよび／または青色チャネルＫBに対応する光弁ＲＬＶBにおいて、好ましくはその双方において、それぞれ、０°よりは大きく、好ましくは最大でも５°の角度φで入射する光が反射されることとなる。０°から偏向する小さな入射角度φも製造条件の制約を受け得るので、当然ながらこの角度φは、製造公差によって規定される以上に０°から偏向するよう選択される。
【００６３】
図１４および１５から容易に理解されるように、それぞれの角度αは、それぞれの層システム７ａないし５ａ、および白色光用のチャネルＫR+G+Bを通って入射する光の入射方向の相対的位置合わせによって確定される。
【００６４】
分光器および弁ＲＬＶ、特に図１４および１５にその品質が示されたようなＸ立方体および光弁ＲＬＶにおけるこの発明の幾何学的諸関係は、Ｘ立方体ないし光弁ＲＬＶそのものを特定の形状にすることによって、すなわちＫRないしＫBに相当するそれらの出射表面ならびにそれらの層システム５ａおよび７ａを傾斜させ、かつそれらの傾斜させた表面に弁を直接設置する（図１４、１５ではＫRφ、ＫBφで破線で示された）ことによって実現可能である。より簡単な選択肢としては、ＲＬＶを相応に位置決めし、かつ照射ないし再結合光学系を相応に形成することによって、Ｘ立方体ないし分光器の幾何学的条件は変更することなく「傾斜をつける」ことができる。
【００６５】
図１６において、かつ図１４と１５とを組み合わせて見れば容易に理解され得るように、例えば図２に示されたＸ立方体に、例えば平行に配置された光弁ＲＬＶに対して傾斜がつけられることによって、簡単な実施形態が得られる。
【００６６】
図１７には、この発明による双方の解決策、すなわちこの発明による層システム材料の選択、およびこの発明による入射角度の設定が共に組み合わされたＸ立方体で測定された、赤色および青色光についての複数のスペクトルが示される。これらのスペクトルは、既に図８および９における上述のスペクトルを結果として示したＸ立方体において精確に測定された。
【００６７】
図１７の赤色スペクトルにおいての表記は以下のとおりである。
（ａ）：  この発明による赤色反射器５における図１４の入射角度αRが４５°の場合の、反射されたＳ偏光赤色光のスペクトル。このスペクトルは図９のスペクトルの一方に対応する。
（ｂ）：  この発明の赤色反射器５においてβR＝４５°で反射された、Ｐ偏光された赤色光のスペクトル。
【００６８】
これらのスペクトルにおいてはまた、この発明による層システム材料の選択によって達成された、図９の偏光変位の減少をみることができる。
（ｃ）：  この発明による同じ赤色反射器５においてαR＝４２°で反射された、Ｓ偏光された赤色光のスペクトル。
（ｄ）：  同じ赤色反射器５においてβR＝４８°で反射された、Ｐ偏光赤色光のスペクトル。
【００６９】
スペクトル（ｃ）および（ｄ）を比較することによって、残存する偏光変位Δ″Rが、入射角度αR、βRを偏光に応じて適切に設定することによって、実際に再び５０％削減されることが容易に理解される。
【００７０】
図１７の青色スペクトルにおける表記は以下のとおりである。
（ｅ）：  層材料がこの発明にしたがって選択された青色反射器７における入射角度αB＝４５°で反射されたＳ偏光青色光のスペクトル。
【００７１】
このスペクトルは図８の一方のスペクトルに対応する。
（ｆ）：  この発明の青色反射器７においてβB＝４５°で反射されたＰ偏光青色光のスペクトル。
【００７２】
このスペクトルは図８の他方のスペクトルに対応する。
スペクトル（ｅ）と（ｆ）との間には図８の偏光変位Δ′Bが見て取れる。
（ｇ）：  この発明にしたがって形成された青色反射器７においてαB＝４８°で反射された、Ｓ偏光青色光のスペクトル。
（ｈ）：  この発明にしたがって形成された青色反射器７においてβB＝４２°で反射された、Ｐ偏光青色光のスペクトル。
【００７３】
ここにでも、この発明の層材料の選択のみによって既に達成された図８の偏光変位削減に対して、さらなる削減がスペクトル（ｇ）および（ｈ）においてみられる。
【００７４】
図１８においては、図１２と同様に、ＨＭＩランプ、すなわちフィリップス社のＵＨＰ  １２０Ｗのスペクトルと、この発明にしたがって設定された層システムならびに、図１７のスペクトルによる入射角度α、βを偏光に応じて特定的に設定することによって得られた、散乱光のスペクトルとが示される。
【００７５】
この発明による分光器、特にＸ立方体においては、赤色反射器を形成する層システム５のみをこの発明の材料によって形成し、かつ例えば図１６のこの発明による入射角度の設定をＸ立方体に傾斜をつけることによって実現することが容易に可能である。
【００７６】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７７】
２  プリズム、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  プリズム対、５，５ａ，７，７ａ，１０  層システム、１２，２０  Ｘ立方体、１３  偏光光線分割器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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