DE69309778T2 - Farbstrahlteiler und Abbildungsprojektor der diesen benutzt - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen chromatischen Lichtseparator, der mindestens zwei monochrome Lichtstrahlen bilden kann, die je räumlich moduliert werden können. Sie betrifft auch einen Bildprojektor, der einen solchen chromatischen Separator verwendet.
• Im Rahmen der Entwicklung von hochauflösenden Fernsehsystemen möchte man Bilder großer Abmessungen (in der Größenordnung von 1 Meter in der Diagonale) im Format 16/9 (Verhältnis von Länge zur Breite) erzeugen, wobei diese Bilder eine große Anzahl von Bildpunkten besitzen, beispielsweise 1 Million Pixel.
• Um solche Videobilder zu erzeugen, tendiert man derzeit zu Bildprojektionsvorrichtungen, die räumliche Lichtmodulationstechniken verwenden. In diesen Projektionsvorrichtungen ergibt sich ein vielfarbiges Bild durch Überlagerung von zwei monochromen Bildern mit den Farben rot, grün und blau auf einem Projektionsschirm. Jedes monochrome Bild wird ursprünglich auf der Oberfläche eines räumlichen Lichtmodulatorschirms gebildet, der nachfolgend Bildformer genannt wird.
• Der Bildformer besteht meist aus einem LCD-Schirm (LCD - Liquid Crystal Display - Flüssigkristallanzeige), der eine Matrixanordnung von Flüssigkristallzellen enthält, wobei jede Zelle einem Pixel entspricht. Ein monochromer und polarisierter Lichtstrahl wird räumlich vom Bildformer moduliert und das projizierte Bild resultiert aus dieser Modulation.
• Im allgemeinen ergeben sich die verschiedenen monochromen Strahlen (grün, rot und blau) mit Hilfe einer Farbseparatorvorrichtung für das Licht, die von einem weißen Lichtstrahl beleuchtet wird. Es sei bemerkt, daß unter dem Ausdruck "monochromer Strahl" ein farbiger Lichtstrahl insbesondere gemäß einer der Primärfarben wie z.B. blau, grün und rot verstanden wird, im Gegensatz zum weißen Licht, das mehrere primärfarben enthält. Natürlich kann ein solcher monochromer Strahl entweder ein relativ breites oder ein schmales Spektralfrequenzband nach Art einer monochromatischen Strahlung enthalten.
• Die von den drei Bildformern gebildeten Bilder werden auf den Projektionsschirm mit Hilfe eines gemeinsamen einzigen Objektivs für die drei monochromen Bilder oder mit Hilfe von drei Objektiven projiziert, und zwar entweder von vorne oder von hinten.
• Derartige Projektoren weisen den wichtigen Vorteil gegenüber Systemen mit Kathodenstrahlröhren auf, der in dem kompakteren Aufbau liegt. Der Raumbedarf bleibt jedoch immer noch relativ erheblich, so daß alle Konstrukteure diesen Raumbedarf noch zu verringern suchen, insbesondere für Projektoren, die den Bildschirm von hinten beleuchten (Retroprojektoren), bei denen die ganze Länge der optischen Wege zwischen den Bildformern und dem Projektionsschirm zu diesem Raumbedarf beitragen.
• Es sei bemerkt, daß in diesen Projektoren, die einen oder mehrere LCD-Bildformer zur räumlichen Modulation eines monochromen Strahls verwenden, ein wichtiger Teil des Raumbedarfs der Beleuchtungsvorrichtung zuzurechnen ist, d.h. dem optischen System zur chromatischen Trennung und zum Transport des Lichts von der Lichtquelle zu jedem LCD-Bildformer.
• Solche Retroprojektoren sind bekannt und typische Beispiele sind insbesondere in den beiden folgenden Druckschriften veröffentlicht:
• - 100-in. Extra-Slim Liquid-crystal Rear-Projection Display, Fukuda et al (Hitachi), SID 1991 Digest, Seite 423
• - "High Definition Liquid Crystal Projection TV", Noda et al (Matsushita), Japan Display 1989, Seite 256.
• Ein anderer Nachteil dieser Bildprojektoren liegt in ihrem geringen Lichtwirkungsgrad aufgrund insbesondere der Unterschiede zwischen der Form des zu beleuchtenden Bildformers und der Form des Querschnitts des Lichtstrahls von der Lichtquelle. Die üblicherweise verwendeten Lichtquellen (beispielsweise eine Bogenlampe in Verbindung mit einem Reflektor) erzeugen im allgemeinen einen Lichtstrahl mit Kreisquerschnitt. Möchte man mit einem solchen Strahl einen LCD-Bildformer mit Rechteckformat beleuchten, muß das Rechteck in den Kreisquerschnitt eingeschrieben sein. In diesem Fall ist das Verhältnis der Oberfläche des Rechtecks zur Oberfläche der Scheibe höchstens 0,54. Praktisch die Hälfte der Energie geht also verloren.
• Ein französisches Patent, veröffentlicht unter der Nummer 2 642 927, beschreibt, wie der Raumbedarf für einen solchen Bildprojektor unter Verwendung von holographischen Spiegeln anstelle von üblichen Spiegeln im optischen Lichttransportsystem verringert werden kann. Das optische Schema ist im wesentlichen dasselbe wie in der ersten oben erwähnten Veröffentlichung: Die holographischen Spiegel ersetzen die üblichen (metallischen) Spiegel im Verlauf der Beleuchtungsstrahlen für die Bildformer. Der daraus resultierende Vorteil liegt in der Tatsache, daß in dieser Konfiguration ein holographischer Spiegel nicht die Descartes-Gesetze berücksichtigt, d.h. er kann Lichtstrahlen um 90º ablenken, ohne unbedingt um 45º bezüglich des einfallenden Strahls geneigt zu sein. Im Vergleich zu üblichen Spiegeln kann man also die holographischen Spiegel für einen gleichen Ablenkwinkel stärker neigen und so den Raumbedarf für diese Spiegel verringern.
• Die holographischen Elemente oder Bauteile, die insbesondere Spiegelfunktionen erfüllen, sind an sich gut bekannt. Sie ergeben sich durch Interferenz und erlauben die Realisierung von komplexen optischen Funktionen in Folien, wie dies beispielsweise in dem Werk "Volume Holography and Volume Gratings" von L. Solymar und D.J. Cooke beschrieben ist, das im Verlag Academic Press 1981 erschienen ist.
• Die Eigenschaften dieser holographischen Bauteile hinsichtlich der Winkelselektivität, der spektralen Selektivität und der Polarisationsselektivität sind durch den Formalismus gekoppelter Wellen in dem Aufsatz von H. Kogel nik beschrieben, der in Bell System Technical Journal 48, Seite 2909 (1969) veröffentlicht wurde.
• Ein holographischer Spiegel, wie er in dem oben erwähnten französischen Patent 2 642 927 verwendet wird, besteht aus einem Volumenhologramm, das in einem lichtempfindlichen Material registriert ist.
• Figur 1 zeigt eine klassische Methode zur Speicherung eines Hologramms. Das lichtempfindliche Material M mit dem Brechungsindex n wird auf einen ebenen, transparenten Träger St aufgebracht, und man erzeugt in diesem Material eines oder mehrere periodische Brechungsindexnetze mit Hilfe von zwei Strahlen F1 und F2 parallelen Lichts. Diese beiden Strahlen F1 und F2 stammen aus einer gemeinsamen Laserquelle einer Wellenlänge λ&sub0; (gemessen in Luft) und verlaufen gemäß zwei Richtungen, die einen Winkel A im Milieu mit dem Index n einschließen.
• Wenn sich diese Strahlen kreuzen, entstehen Interferenzstreifen Fi, die zueinander parallel verlaufen. Die gemeinsame Richtung dieser Streifen ist die Winkelhalbierende der beiden Ausbreitungsrichtungen der Strahlen F1 und F2. In einer Richtung senkrecht zu den Interferenzstreifen Fi und in einem Milieu, dessen Brechungsindex den Wert n hat, wird die Lichtintensität gemäß einem sinusförmigen Profil moduliert, dessen Periode P durch die folgende Beziehung gegeben ist:
• P = λΘ/2n cos (A/2)
• Um einen holographischen Spiegel zu erzeugen, bringt man in das Feld der Interferenzstreifen das lichtempfindliche Material und seinen Träger. Man verwendet üblicherweise zwei Arten von fotoempfindlichem Material, die dichromatische Gelatine und Fotopolymere. Die Belichtung führt zu einer Veränderung des Brechungsindex des Materials. Die Interferenzstreifen, die abwechselnd hell und dunkel sind gemäß einem sinusförmigen Profil, ergeben eine Modulation des Brechungsindex zwischen den Werten nmax und nmin. Diese Modulation kann sinusförmig sein. Sie kann auch eine andere Form haben, beispielsweise rechteckförmig oder trapezförmig sein, abhängig vom Verhalten des lichtempfindlichen Materials (und von dessen Auflösung bei der Belichtung). Durch ein Fixierverfahren, das chemisch oder fotochemisch ist, kann diese Modulation in dem Material fixiert werden. Es sei bemerkt hinsichtlich Figur 1, daß der transparente Träger St bezüglich der Streifen Fi geneigt sein kann.
• Wie Figur 2 zeigt, verhalten sich, wenn nach der Registrierung der Indexmodulation im Material M der Strahl F2 ausgeschaltet wird und das Hologramm mit dem Strahl F1 beleuchtet wird, die gebildeten Indexstreifen Fi wie zahlreiche Spiegel. Der Strahl F1 wird als Strahl F'1 reflektiert, der dem Strahl F2 in Figur 1 gleicht.
• Nun sei ein Strahl R des Bündels F1 betrachtet. Jeder Teil des Hologramms, der eine kontinuierliche Indexveränderung zwischen nmin und nmax enthält, verhält sich wie ein Spiegel für den Strahl R und erzeugt den reflektierten Strahl R'. Der Winkel A ergibt sich wieder zwischen den Strahlen R und R' (in dem Milieu mit dem Brechungsindex n). Eine einfache Indexveränderung zwischen nmin und nmax reicht nicht aus, um den Strahl ganz zu reflektieren. Ein Teil der Energie verläuft weiter durch das Hologramm und trifft auf andere Brechungsindexvariationen nmin, nmax. So ergibt sich eine Vielzahl von Strahlen R'. Betrachtet man nun den ganzen Strahl F1, dann wird die Gesamtheit der Energie dieses Strahls in Richtung zu einem Strahl F'1 reflektiert, der den Strahl F2 wiedergibt, wenn ausreichend viele Streifen in dem Hologramm registriert sind.
• Das praktische Ergebnis ist, daß man ein Bündel paralleler Lichtstrahlen unter Verwendung eines Pseudospiegels oder holographischen Spiegels um einen Winkel A ablenken kann, wobei die Neigung des Spiegels nicht unbedingt um den Winkel A/2 erfolgt (was unbedingt notwendig wäre für einen klassischen Spiegel). Daraus ergibt sich eine potentielle Raumersparnis im Vergleich zu einem klassischen Spiegel
• Eine interessant Eigenschaft des holographischen Spiegels ist die der Anamorphose. Man erkennt, daß in der Ebene der Figur 2 die Breite L' des Strahls F'1 geringer als die L des Strahls F1 ist. Dies gilt nicht in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene. Man kann also einen Strahl, der einen quadratischen Querschnitt besitzt, in einen Strahl mit Rechteckquerschnitt oder auch einen Strahl mit Kreisquerschnitt in einen Strahl mit elliptischem Querschnitt umwandeln.
• Die Patentanmeldung EP-A-0 512 099, die einen Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ darstellt, beschreibt die Verwendung von holographischen Spiegeln in einem Videoprojektor mit Flüssigkristallen und führt aus, daß diese holographischen Spiegel konstruktiv bedingt eine Anamorphose des Strahls bewirken können, der so an das Format 16/9 angepaßt werden kann.
• Die holographischen Spiegel haben eine andere bekannte Eigenschaft, nämlich ihre Selektivität hinsichtlich der Wellenlänge.
• Die Hologramme werden nämlich mit Laserlicht erzeugt, um die Interferenzstreifen zu erhalten. Wenn man bei der Wiedergabe den Laserstrahl F1 durch einen Strahl weißen Lichts gleicher Geometrie ersetzt, erhält man einen reflek tierten Lichtstrahl, der eine um die Wellenlänge λ&sub0; zentnerte spektrale Verteilung besitzt. Der holographische Spiegel ist damit auch ein dichroitischer Spiegel. Mit Hilfe von drei Hologrammen, die mit einem roten, einem grünen und einem blauen Laser erzeugt wurden, kann man also ein optisches System erzeugen, das die drei Primärfarben voneinander trennt, die im allgemeinen für die Bilddarstellung verwendet werden. Für manche lichtempfindliche Materialien erfolgt die Registrierung der Hologramme mit einer Wellenlänge, worauf durch chemische Behandlung die Indexmodulation so umgewandelt wird, daß der Spiegel bei einer anderen Wellenlänge arbeitet.
• Schließlich sei auch die Eigenschaft der Lichtpolarisation erwähnt, die bei Hologrammen vorliegt. Der Reflexionskoeffizient eines Spiegels hängt von der Polarisations richtung des ankommenden Lichtstrahls ab. Insbesondere wird beim Brewster-Eingangswinkel der Reflexionskoeffizient für die Polarisationsrichtung parallel zur Einfallsebene zu Null. Die reflektierte Strahlung ist also in der Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung polarisiert. Für einen ankommenden Lichtstrahl auf einer Übergangsschicht zwischen Luft und Spiegel beträgt der Brewster-Winkel 56º40', wenn der Brechungsindex des Spiegelmilieus beispielsweise den Wert 1,5 hat (der Brechungsindex für Luft ist 1).
• Die lichtempfindlichen Materialien besitzen im allgemeinen einen Brechungsindex im wesentlichen gleich dem des Glases, d.h. 1,5. Wenn Interferenzstreifen in dem Material registriert werden, handelt es sich um Indexvariationen um diesen Mittelwert herum. Ein typischer maximaler Modulationswert nmin-nmax beträgt 0,14.
• Wenn ein holographischer Spiegel die Descartes- Gesetze nicht beachtet, so folgt doch ein auf der Schicht aus lichtempfindlichem Material eintreffender Strahl den Brechungsgesetzen. Mit anderen Worten muß ein Strahl in das Milieu mit dem Index n = 1,5 eingedrungen sein, ehe er an dem Streifennetz reflektiert wird. So muß die Reflexion an einen Brechungsindex-Streifennetz als eine Reflexion eines von einem Milieu mit dem Index n = 1,5 kommenden Strahls an einem Milieu mit dem mittleren Brechungsindex n = 1,5 betrachtet werden. Diese Überlegungen gelten auch, wenn die Strahlen erst den transparenten Träger (Glas mit einem Brechungsindex von 1,5) des holographischen Spiegels durchqueren, ehe sie in das lichtempfindliche Material eindringen.
• Es läßt sich zeigen, daß bei Gleichheit der Brechungsindices zwischen den beiden Milieus der Brewster- Winkel den Wert 45º hat. Ein Einfallswinkel von 45º (in dem Milieu mit dem Index 1,5) erzeugt daher einen reflektierten Strahl, der in einer Richtung senkrecht zur Indexebene polarisiert ist. Diese polarisierende Eigenschaft der holographischen Spiegel ist besonders nützlich bei der Beleuchtung der Flüssigkristall-Bildformer.
• Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zur chromatischen Trennung des Lichts, die chromatischer Lichtseparator genannt wird, und hat zum Ziel, solche Separatoren mit sehr geringem Raumbedarf herzustellen.
• Hierzu schlägt die Erfindung die Verwendung von holographischen Spiegeln vor, die in einer Volumenschicht registriert sind, um einerseits einen sehr kompakten Aufbau zu erreichen und um andererseits alle Eigenschaften eines solchen Spiegels zu nutzen, insbesondere die Anamorphose des Querschnitts der Lichtstrahlen, um den Lichtenergie-Wirkungsgrad zu verbessern.
• Die Erfindung betrifft den in Anspruch 1 definierten chromatischen Lichtseparator und den in Anspruch 10 definierten Bildprojektor.
• Erfindungsgemäß enthält ein chromatischer Lichtseparator, der von einem Strahl weißen Lichts, Primärstrahl genannt, beleuchtet wird, mindestens zwei wellenlängenselektive Spiegel, die je einen monochromen Strahl reflektieren, wobei mindestens zwei der wellenlängenselektiven Spiegel holographische Spiegel sind, die ineinander verschachtelt sind.
• Unter verschachtelt wird hier eine Anordnung verstanden, in der die holographischen Spiegel sich schneiden, d.h. gekreuzt sind.
• Eine solche Verschachtelung ist besonders interessant, da sie insbesondere eine deutliche Verringerung des Raumbedarfs für die Spiegel, eine vollkommene Symmetrie des Verlaufs der monochromen Strahlen und eine gleichzeitige Ausnutzung aller Eigenschaften der holographischen Spiegel erlaubt.
• Die Erfindung betrifft auch einen Bildprojektor, der einen solchen chromatischen Lichtseparator verwendet. Sie ist insbesondere (aber nicht ausschließlich) mit Vorteil anwendbar in den Retroprojektoren, bei denen es einfacher im Vergleich zu Frontalprojektoren ist, jedes monochrome Bild auf den Projektionsschirm mit Hilfe eines jedem Bildformer gewidmeten Objektivs zu projizieren.
• Die Erfindung und weitere daraus resultierende Vorteile werden nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Figuren näher erläutert.
• Die Figuren 1 und 2 wurden bereits beschrieben und beziehen sich auf den Stand der Technik. Sie zeigen schematisch holographische Spiegel.
• Figur 3 zeigt schematisch im Schnitt einen chromatischen Lichtseparator gemäß der Erfindung.
• Die Figuren 4a und 4b zeigen in Perspektive ein parallelepipedisches Prisma, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen chromatischen Lichtseparators dient.
• Figur 5 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Bildprojektor.
• Figur 6 zeigt im Schnitt den Bildprojektor aus Figur 5.
• Figur 7 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen chromatischen Separators.
• Figur 8 zeigt das in den Figuren 4a und 4b dargestellte Parallelepiped in zerlegter Form, so daß zwei verschachtelte Spiegel gebildet werden können, wie sie in Figur 3 gezeigt sind.
• Die Figuren 9 und 10 zeigen je besonders die Realisierung des einen oder anderen der beiden miteinander verschachtelten Spiegel, die in Figur 3 gezeigt sind.
• Figur 3 zeigt schematisch einen chromatischen Lichtseparator SC gemäß der Erfindung. Der Separator SC wird von einem Prisma p parallelepipedischer Form gebildet, das mehrere Spiegel Mh1, Mh2 enthält.
• Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind mindestens zwei dieser Spiegel Mh1, Mh2 holographische Spiegel, die ineinander verschachtelt sind.
• Figur 4a und Figur 4b zeigen in Perspektive das Prisma oder Parallelepiped p mit der Lage der beiden ineinander verschachtelten holographischen Spiegel Mh1 und Mh2.
• Das Parallelepiped p enthält in diesem Beispiel zwei große einander gegenüberliegende quadratische Seiten FE und FS. Die vier anderen Seiten FL1, FL2, FL3, FL4 sind rechtwinklig, und es kann günstig sein, ihnen ein Format 16/9 zu geben, wie dies nachfolgend genauer erläutert wird.
• Die Ecken des Parallelepipeds sind mit A bis H bezeichnet. Schneidet man das Parallelepiped gemäß zwei Ebenen auseinander, von denen eine durch die Ecken A, C, E, G und die andere durch die Ecken B, D, H, F verläuft, dann definiert man zwei diagonale Flächen S1, S2, die in Figur 4a bzw. 4b schraffiert eingetragen sind.
• Diese beiden diagonalen Flächen S1 und S2 sind gekreuzte Flächen und entsprechen je der Lage eines holographischen Spiegels Mh1, Mh2 in einem chromatischen Separator SC gemäß der Erfindung.
• Figur 3 zeigt das Parallelepiped p von oben, d.h. daß die holographischen Spiegel Mh1 und Mh2 sich senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Die beiden holographischen Spiegel Mh1, Mh2 sind ineinander verschachtelt und ihre Flächen S1, S2 bilden diagonale Flächen wie die Flächen S1, S2 in den Figuren 4a und 4b. Diese Flächen kreuzen einander wie diese Diagonalen.
• Das Parallelepiped p ist aus einem transparenten Material, z.B. Glas oder Kunststoff. Eine der großen quadratischen Seiten, die Eingangsseite FE, wird von einem Strahl weißen Lichts, Primärstrahl FP genannt, beleuchtet. Der Primärstrahl FP wird entlang der Richtung seiner Ausbreitungsachse X kollimatiert. Die Ausbreitungsachse X steht senkrecht auf der Eingangsseite FE und verläuft durch deren Zentrum, d.h. durch die Schnittlinie der beiden ineinander verschachtelten Spiegel Mh1 und MH2.
• Die holographischen Spiegel Mh1, Mh2 sind in Figur 3 einfach durch einen dicken Strich dargestellt, aber es ist klar, daß jeder in an sich bekannter Weise einen transparenten Träger und eine Schicht aus lichtempfindlichen Material (die die ganze Fläche S1 bzw. S2 des Spiegels bildet) enthalten, in der in üblicher Weise Hologramme entsprechend den für diese Spiegel gewünschten Eigenschaften registriert sind. Demgemäß wurden in den lichtempfindlichen Schichten der beiden holographischen Spiegel Mh1 und Mh2 Interferenzstreifen (nicht dargestellt) registriert, die den Interferenzstreifen Fi gemäß Figur 1 undfigur 2 gleichen.
• Jeder der holographischen Spiegel Mh1, Mh2 kann so ausgebildet sein, daß er unter der Wirkung der Beleuchtung durch den Primärstrahl FP einen monochromen Strahl FB, FR reflektiert, deren Farben sich voneinander unterscheiden. Beispielsweise wird ein monochromer Lichtstrahl FB blauer Farbe am ersten holographischen Spiegel Mh1 und ein monochromer Lichtstrahl FR roter Farbe vom zweiten holographi schen Spiegel Mh2 reflektiert.
• In dem nicht beschränkend zu verstehenden hier beschriebenen Beispiel wurden die die Spiegel Mh1 und Mh2 definierenden Hologramme so registriert, daß die beiden monochromen Strahlen FB und FR in einander entgegengesetzten Richtungen reflektiert werden, die auf einer gemeinsamen Achse -Y +Y senkrecht zur Ausbreitungsachse X des Primärstrahls FP liegen. Dies ergibt eine symmetrische Neigung der beiden Spiegel bezüglich der Achse -Y +Y um einen Winkel b1 bzw. b2. Die Achse -Y + Y wird von der Achse X in einen Bereich +Y und einen Bereich -Y unterteilt, die die Ausbreitungsachse des monochromen blauen Strahls FB bzw. roten Strahls FR darstellen.
• Unter diesen Bedingungen besitzen für jeden der holographischen Spiegel Mh1, Mh2 die Brechungsindexstreifen (in Figur 3 nicht gezeigt) eine solche allgemeine Orientierung (die in Figur 3 durch gestrichelte Linien OF1, OF2 angedeutet ist), daß sie symmetrisch um einen Winkel c1 bzw. c2 von 45º bezüglich der Ausbreitungsachse -Y, +Y der monochromen Strahlen geneigt sind. Genauer betrachtet sind für den ersten holographischen Spiegel Mh1 die Brechungsindexstreifen Winkelhalbierende zwischen +Y und +X (+X ist der Bereich der Ausbreitungsachse X jenseits der Eingangsseite FE bezüglich der Ausbreitungsachsen +Y, -Y der monochromen Strahlen FB, FR). Für den zweiten holographischen Spiegel Mh2 sind die Brechungsindexstreifen Winkelhalbierende zwischen -Y und +X.
• Wenn der Winkel b1, b2, um den die holographischen Spiegel Mh1, Mh2 geneigt sind, sich vom Winkel c1, c2 der Orientierung der Brechungsindexstreifen unterscheidet, ergibt sich eine Anamorphose.
• So kann man die größtmögliche Lichtenergie aus dem Primärstrahl FP entnehmen, wenn man beispielsweise annimmt, daß der Primärstrahl FP einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, dessen Durchmesser D1 der Diagonale der quadratischen Eingangsseite FE des Parallelepipeds P entspricht. Wenn andererseits die beiden holographischen Spiegel Mh1, Mh2 wie oben für Neigungswinkel b1, b2 von 29,360 arbeiten, ergibt sich eine Anamorphose von einem Quadrat zu einem Rechteck mit dem Format 16/9. Eine solche Anamorphose ermöglicht es, in jedem monochromen Strahl FB, FR die ganze aus dem Primärstrahl FP von den holographischen Spiegeln Mh1, Mh2 entnommene Energie zu erhalten, indem jeder dieser Strahlen eine rechteckigen Querschnitt erhält, der in dem nicht beschränkend zu verstehenden Beispiel das Format 16/9 besitzt.
• In dieser Konfiguration ist der Querschnitt jedes monochromen Strahls FB, FR rechtwinklig und besitzt in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene eine gleiche Abmessung wie die Länge L1 eines Rands der Eingangsseite FE sowie parallel zur Zeichenebene eine geringere Abmessung, die der Dicke Ep des Prismas p entspricht. Der Querschnitt der monochromen Strahlen FB, FR entspricht also der Form der einander gegenüberliegenden Seitenfläche FL1, FL2, über die diese Strahlen das Prisma p verlassen.
• Ein anderer Vorteil dieser Konfiguration, in der die holographischen Spiegel Mh1, Mh2 die monochromen Strahlen FB, FR gemäß Richtungen reflektieren, die um 90º gegenüber der Richtung des einfallenden Primärstrahls FP geneigt sind, ohne daß diese selbst unter 45º geneigt sind, besteht in der Verringerung des Raumaufwands für die Spiegel Mh1, Mh2 parallel zur Dicke Ep des Prismas p.
• Wenn in der in Figur 3 gezeigten Konfiguration das Licht des Primärstrahls FP keine bestimmte Polarisationsrichtung besitzt, nehmen die monochromen FB, FR eine gleiche Polarisationsrichtung P1 senkrecht zu den Einfallsebenen an, die in Figur 3 senkrecht zur Zeichenebene dargestellt ist. Die Reflexionen sind nämlich polarisierend, da einerseits der Einfallswinkel c1, c2 des Primärstrahls FP auf die Brechungsindexstreifen der holographischen Spiegel Mh1, Mh2 45º beträgt und andererseits der mittlere Brechungsindex jedes Netzes von Streifen dem Brechungsindex des Glases gleicht.
• Da die holographischen Spiegel bestimmte spektrale Durchlaßbänder besitzen, berechnet man diese so, daß der zweite Spiegel Mh2 eine rote Komponente unter 90º in der Richtung -Y und der erste Spiegel Mh1 eine blaue Komponente unter 90º in der Richtung +Y reflektiert. Diese Komponenten sind senkrecht zu den Einfallsebenen polarisiert. Die rote und die blaue Komplementär-Komponente, d.h. die Komponente, deren Polarisationsrichtungen P2 parallel zur Einfallsebene verlaufen (und damit in Figur 3 parallel zu dieser dargestellt sind), durchqueren das Parallelepiped p gemäß der Achse X, ohne verändert zu werden. In gleicher Weise durchquert das zu dem Spektralband, in dem die Spiegel Mh1 und Mh2 nicht empfindlich sind, gehörende Licht das Parallelepiped p unverändert und tritt auf der zweiten, quadratischen Seite, Ausgangsseite Fs genannt, wieder aus, die der Eingangsseite FE gegenüberliegt.
• Ein erfindungsgemäßer chromatischer Separator mit zwei ineinander wie in Figur 3 gezeigt verschachtelten holographischen Spiegeln kann in allen Beleuchtungsvorrichtungen verwendet werden, die mindestens zwei monochrome, von einem Strahl weißen Lichts stammende Strahlen verwendet.
• Natürlich ergibt sich der oben beschriebene Betrieb für alle Farben der von den beiden ineinander verschachtelten holographischen Spiegel reflektierten monochromen Strahlen, wenn diese beiden Strahlen unterschiedliche Farben besitzen.
• Um außerdem neben den beiden monochromen Strahlen FB und FR einen oder mehrere weitere Strahlen zu bilden, braucht man nur das aus dem Prisma p über dessen Ausgangsseite FS austretende Licht zu behandeln und daraus die gewünschte Komponente zu selektionieren.
• Die Trennung der Farben und/oder die Anamorphose können vom erfindungsgemäßen chromatischen Separator Sc unabhängig von der Auswahl der Polarisationsrichtung realisiert werden, d.h. daß der erfindungsgemäße Separator SC von einem bereits polarisierten Licht beleuchtet werden kann, vorzugsweise mit einer Polarisierung gemäß der Polarisationsrichtung P1. Die Erfindung kann daher mit einem beliebigen Polarisationssystem für Lichtstrahlung kombiniert werden, insbesondere einem solchen System, das die beiden zueinander senkrechten Polarisationskomponenten trennt und eine Komponente um 90º dreht, wie dies in der Patentanmeldung FR-A-2 669 127 beschrieben ist.
• Figur 5 zeigt in Perspektive und schematisch einen Bildprojektor 1 mit drei Primärfarben, der einen erfindungs gemäßen chromatischen Separator SC zur Beleuchtung von drei rechtwinkligen Bildformern I1, I2, I3 verwendet, die sich in einer gemeinsamen Ebene befinden.
• Der chromatische Separator SC besteht wie im Beispiel der Figur 3 aus dem Prisma oder Parallelepiped p, in dem die beiden holographischen Spiegel Mh1, Mh2 ineinander verschachtelt sind.
• Die Eingangsseite FE des Separators SC wird von einem Primärstrahl FP weißen Lichts beleuchtet, der durch einen dicken Pfeil symbolisch dargestellt ist und sich entlang der Achse X ausbreitet. Die beiden holographischen Spiegel Mh1, Mh2 reflektieren den ersten bzw. den zweiten monochromen Strahl FB, FR, die aus dem Parallelepiped p über die erste und die zweite Seitenfläche FL1, FL2 gemäß den Ausbreitungsachsen +Y bzw. -Y austreten. Diese monochromen Strahlen FB, FR haben die gleiche Polarisationsrichtung P1, wie dies anhand der Figur 3 erläutert wurde.
• Das aus dem Parallelepiped p über die Ausgangsseite FS austretende Licht enthält unter anderem die grüne Primärkomponente, deren Selektion durch eine Reflexion um 90º an einem dritten holographischen Spiegel Mh3 erhalten wird. Dieser Spiegel Mh3 reflektiert einen dritten monochromen Strahl RV, dessen Wellenlänge dem grünen Licht entspricht, gemäß einer Ausbreitungsachse Z3, die im Beispiel der Figur 5 vertikal verläuft.
• Die drei monochromen Strahlen FB, FR, FV entsprechen der blauen, roten und grünen Farbe und sind dazu bestimmt, von je einem der Bildformer I1, I2, I3 moduliert zu werden. Jeder Bildformer I1 bis I3 ist ein Bildschirm, der das Licht in an sich bekannter Weise räumlich modulieren kann. In dem nicht beschränkend zu verstehenden hier beschriebenen Beispiel sind diese Bildformer I1, I2, I3 Flüssigkristall- Matrixbildschirme, deren Format dem der Seitenflächen FL1, FL2, FL3 entspricht, d.h. in diesem Beispiel insbesondere dem Format 16/9.
• In dem nicht beschränkend zu verstehenden Beispiel liegen die drei Bildformer I1, I2, I3 in einer gemeinsamen Ebene (oder einer parallelen und nahen Ebene) wie die, welche die dritte Seitenfläche FL3 des Parallelepipeds p enthält. Diese dritte Seitenfläche ist diejenige, die an der Oberseite des Parallelepipeds p die erste und die zweite Seitenfläche FL1, FL2 miteinander verbindet, über die der erste bzw. zweite monochrome Strahl FB, FR austritt.
• Der dritte holographische Spiegel Mh3, der für die grüne Komponente empfindlich ist, reflektiert diese Kom ponente zur Achse Z3 in Form des dritten monochromen Strahls FV, und zwar nach oben in der Figur um 90º bezüglich der Ausbreitungsachse X des Primärstrahls FP geneigt. Hierzu kann der dritte holographische Spiegel Mh3 so realisiert werden, daß er bezüglich der Ausgangsseite FS des Parallele pipeds um einen Winkel d1 des gleichen Werts wie die Neigungswinkel b1, b2 (siehe Figur 3) geneigt ist, um einerseits den Platzbedarf zu begrenzen und andererseits die Anamorphose von einem quadratischen zu einem rechteckigen Bild zu realisieren. Das Quadrat entspricht der Ausgangsseite FS und das Rechteck entspricht der Form der Bildformer I1 bis I3 und insbesondere des dritten Bildformers I3, der sich im Verlauf des dritten monochromen Strahls FV befindet.
• Die beiden Bildformer I1, I2, die den ersten bzw. zweiten monochromen Lichtstrahl FB, FR modulieren sollen, liegen zu beiden Seiten und möglichst in der Nähe der dritten Seitenfläche FL3 des Prismas p, so daß sie diese Seite verlängern, d.h. daß ihre Längen zu der der dritten Seitenfläche hinzugerechnet werden müssen. Ein dritter Seitenrand (der Länge entsprechend) dieser dritten Seitenfläche verläuft entlang des dritten Bildformers 13.
• Der erste und der zweite monochrome Strahl FB (blau) und FR (rot) werden bezüglich ihrer Ausbreitungsachse +Y bzw. -Y um 90º in Richtung des ersten bzw. zweiten Bildformers I1, I2 mit Hilfe eines vierten bzw. fünften Spiegels M4, M5 reflektiert.
• Diese beiden Spiegel M4, M5 können entweder normale Spiegel oder holographische Spiegel sein, da weder eine Anamorphose noch eine Auswahl einer Komponente durchgeführt werden müssen, denn diese Funktionen werden bereits durch die beiden ersten holographischen Spiegel Mh1, Mh2 erfüllt.
• Nach Reflexion an den Spiegeln M4, M5 breiten sich der erste und der zweite monochrome Strahl FB, FR in Richtung der Bildformer I1, 12 gemäß den Achsen Z1, Z2 aus, die parallel zur Achse Z3 verlaufen, entlang der der dritte monochrome Strahl FV in Richtung des dritten Bildformers 13 verläuft.
• Jeder der monochromen Strahlen FB, FR, FV verläuft durch einen der Bildformer I1, I2, I3, durch den er ggf. moduliert wird, um in diesem Fall Träger eines Bilds zu werden, und von dem er in Richtung eines an sich bekannten Projektionsobjektivs O1, O2, O3 austritt. Jedes dieser Objektive ist so nur einem der monochromen Strahlen FB, FR FV zugeordnet und fokussiert ihn in üblicher Weise auf einen nicht dargestellten gemeinsamen Projektionsbildschirm für die drei modulierten monochromen Strahlen.
• Natürlich könnten die Bildformer I1, I2, I3 auch anders angeordnet sein. Beispielsweise könnten der erste und der zweite Bildformer I1, I2 unmittelbar auf der Seite FL1 bzw. FL2 liegen, über die der erste bzw. zweite monochrome Strahl FB, FR aus dem Prisma oder Parallelepiped p austritt. Es ist aber günstig, diese Bildformer oder LCD-Schirme I1, I2, I3 in einer Ebene anzuordnen, die die dritte Seite FL3 enthält, um einerseits einen gleichen Abstand zwischen jedem Bildformer I1, I2, I3 und dem zugeordneten Projektionsobjektiv O1, O2, O3 zu erhalten, und andererseits, um diesen Abstand zwischen Bildformer und Objektiv möglichst kurz zu gestalten.
• Um die Anzahl von Übergängen (Luft-transparentes Material) zu begrenzen, die Lichtverluste aufgrund der Reflexion bewirken, ist eine Monoblock-Struktur besonders interessant:
• - Der vierte und der fünfte Spiegel M4, M5 können je durch Metallbeschichtung einer Seite eines zusätzlichen Prismas p2, p3 unter 45º realisiert werden (um jede Verwechslung zu vermeiden, wird das erste von dem Parallelepiped p gebildete Prisma Hauptprisma in der nachfolgenden Beschreibung genannt). Die zusätzlichen Prismen p2, p3 stehen mit der ersten Seitenfläche FL1 bzw. der zweiten Seitenfläche FL2 in Kontakt.
• - Der dritte holographische Spiegel Mh3 kann von einem dritten zusätzlichen Prisma p4 aus einem transparenten Material gebildet werden, dessen eine um einen Winkel d1 bezüglich der Ausgangsseite FS des ersten Prismas p geneigte Seite eine Schicht aus lichtempfindlichem Material (nicht dargestellt) trägt, in der das den dritten holographischen Spiegel Mh3 bildende Hologramm registriert ist.
• So gibt es eine Kontinuität der Brechungsindices zwischen der Eingangsseite FE des ersten Prismas p und der Lage jedes Bildformers oder LCD-Schirms I1, I2, I3. Aufgrund dieser Indexkontinuität ist die Reflexion am dritten holographischen Spiegel Mh3 eine polarisierende. Nur die grüne, senkrecht bezüglich der Einfallsebene auf den dritten Spiegel Mh3 polarisierte Komponente wird von diesem Spiegel reflektiert, um den dritten monochromen Strahl FV zu bilden.
• Die drei monochromen Strahlen FB, FR, FV werden so durch eine blaue, rote und grüne Komponente gebildet, die alle in einer Richtung P1 parallel zur Ausbreitungsachse +Y polarisiert sind.
• Die Bildschirme zur räumlichen Modulation oder LCD- Bildformer enthalten im allgemeinen zwei nicht dargestellte Polarisatoren: Der erste auf der Seite des Lichteinfalls F1 liegende Polarisator filtert das Licht und läßt nur das Licht mit einer ersten gegebenen Polarisationsrichtung durch, während der zweite Polarisator auf der Betrachterseite entgegengesetzt zur Lichteinfallsseite die Drehung der Polarisationsrichtung sichtbar macht, die durch die Modulation des LCD-Schirms erzeugt wurde.
• Da in dem erfindungsgemäßen Projektor die drei Komponenten blau, rot und grün (die die monochromen Strahlen FB, FR, FV bilden) zur Beleuchtung der LCD-SchirMe oder Bildformer I1, I2, I3 polarisiert sind, kann der erste der oben erwähnten Polarisatoren jedes LCD-Schirms ggf. entfallen. Dies ist ein Vorteil, da die üblichen Polarisatoren im allgemeinen eine Quelle für die Erwärmung des LCD-Schirms sind, denn sie beruhen auf dem Prinzip der Absorption der unerwünschten Strahlung. Möchte man jedoch diese beiden Polarisatoren in einem erfindungsgemäßen Projektor beibehalten, beispielsweise, um den Bildkontrast zu erhöhen, ist dieses Problem weniger gravierend, da die an diesen Polarisatoren ankommende Strahlung ohnehin bereits polarisiert ist.
• Wenn die Polarisationsrichtung der monochromen Strahlen FB, FR, FV hinsichtlich der Eigenschaften der LCD Bildschirme oder Bildformer I1, I2, I3 nicht optimal ist, kann man im Verlauf dieser Strahlen, beispielsweise unmittelbar vor dem LCD-Schirm an der Lichteinfallsseite F1 dieses Schirms, ein an sich bekanntes λ/2-Verzögerungsplätt chen anordnen, das besonders an die Farbe des von diesem LCD-Schirm modulierten monochromen Strahls FB, FR oder FV angepaßt ist (z.B. eine Folie aus doppelbrechendem Kunststoffmaterial). So kann die Polarisationsrichtung der monochromen Strahlen oder Beleuchtungsstrahlen FB, FR, FV in eine besonders für den Betrieb der LCD-Schirme I1, I2, I3 günstige Richtung gedreht werden.
• Es sei bemerkt, daß die optischen Wege zwischen der Eingangsseite FE und den Bildformern I1, I2, I3 nicht ganz gleich sind und daß es notwendig sein kann, auf den optischen Weg einer oder mehrerer Komponenten eine Linse anzuordnen, die in an sich bekannter Weise zur Konzentration des Lichts auf die rechtwinklige Öffnung des Bildformers beiträgt.
• Figur 6 zeigt schematisch einen erfindungsgemäben Bildprojektor und besonders dessen kompakten Aufbau. Figur 6 entspricht einer Ansicht des Projektors aus Figur 5 gemäß einem Schnitt parallel zur ersten und zweiten Seitenfläche FL1 und FL2 des Hauptprismas p, wobei die Schnittebene durch die Schnittlinie der beiden ineinander verschachtelten holographischen Spiegel Mh1, Mh2 verläuft. Daher sieht man in Figur 6 im Vergleich zu Figur 5 insbesondere nicht den ersten und den zweiten Bildformer I1, I2 (blau und rot), die in einer tieferen Zeichenebene bzw. vor der Zeichenebene liegen.
• Das Hauptprisma p oder Parallelepiped ist hier als ein Rechteck dargestellt, das einer ersten oder zweiten Seitenfläche FL1, FL2 entspricht, während sich die Eingangsund Ausgangsseiten FE, FS senkrecht zur Ebene dieser Zeichnung erstrecken.
• Die Eingangsseite FE wird durch den Primärstrahl FP weißen Lichts beleuchtet. Der Primärstrahl FP stammt von einer Lichtquelle SL, beispielsweise einer Lichtbogenlampe Lrc, die sich im Brennpunkt eines Parabolreflektors RP befindet. Das von der Quelle SL ausgehende Licht bildet einen Strahl FP' weißen Lichts, der sich in Richtung eines sechsten Spiegels M6 gemäß einer Ausbreitungsachse Z' parallel zu den Eingangs- und Ausgangsseiten FE, FS des Hauptprismas p ausbreitet.
• Der sechste Spiegel M6 kann ein sogenannter kalter Spiegel sein: Einerseits reflektiert er den Nutzteil des Spektrums, d.h. das den primären Strahl FP bildende sichtbare Licht um 90º, und andererseits eliminiert er die infraroten und ultravioletten Strahlungsanteile, indem er sie entlang der Achse Z' durchläßt.
• Der Primärstrahl FP trifft auf dem chromatischen Separator SC mit dem Hauptprisma p, in dem die beiden ersten holographischen Spiegel Mh1, Mh2 (in Figur 6 nicht sichtbar) ineinander verschachtelt sind. Diese beiden holographischen Spiegel reflektieren den ersten und den zweiten monochromen Strahl FB, FR (in Figur 6 nicht sichtbar) gemäß Ausbreitungsachsen +Y, -Y senkrecht zur Ebene der Figur.
• Der Rest des Lichts des Primärstrahls FP tritt dann aus dem Hauptprisma p über die Ausgangsseite FS dieses Prismas aus und dringt in das dritte zusätzliche Prisma p3 mit dem dritten holographischen Spiegel Mh3 ein, der beispielsweise für grün empfindlich ist.
• Der dritte holographische Spiegel Mh3 reflektiert den dritten monochromen Strahl FV bestehend aus der grünen, gemäß der Polarisationsrichtung P1 senkrecht zur Zeichenebene polarisierten Komponente, wie bereits anhand der Figur 5 beschrieben. Der dritte monochrome Strahl FV wird gemäß der Ausbreitungsachse Z3 parallel zu der Eingangs- und Ausgangsseite FE, FS in Richtung zum dritten Bildformer 13 reflektiert. Nach Durchgang durch den Bildformer 13 trägt der dritte monochrome Strahl die Information eines Bilds und stellt einen dritten modulierten Strahl FVm dar, der sich entlang der Achse Z3 zum Projektionsobjektiv O3 erstreckt.
• In Figur 6 ist eine Feldlinse SC vor dem dritten Bildformer I3 im Verlauf des dritten monochromen Strahls FV gezeigt. Die Feldlinse LC bewirkt die Konvergenz des dritten monochromen Strahls FVM auf die Öffnung des dritten Projektionsobjektivs O3. Es sei bemerkt, daß in einem dreifarbigen Bildprojektor vom LCD-Typ im allgemeinen die drei Bildformer je einer Feldlinse zugeordnet sind. Daher gilt für die ganze Beschreibung, daß der Begriff Bildformer oder LCD-Schirm eine Feldlinse einschließt.
• Außerdem zeigt Figur 6 ein λ/2-Verzögerungsplättchen LR zwischen der Feldlinse LC und dem dritten Bildformer 13. Selbstverständlich ist ein solches Verzögerungsplättchen auch vor den anderen Bildformern I1, I2 angeordnet. Dieses Verzögerungsplättchen LR ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und kann vorgesehen werden, um die Polarisationsrichtung zu drehen, wie dies oben erläutert wurde, damit diese Polarisationsrichtung möglichst günstig für den Betrieb eines Bildformers vom Typ eines LCD-Schirms ist.
• Mit einer solchen Anordnung ist der Raumbedarf für den Projektor 1 gemäß der Erfindung besonders in Richtung der Ausbreitungsachse X des Primärstrahls FP gering, d.h. gerade entlang der Achse, die für den Raumbedarf eines vollständigen Retroprojektors bestimmend ist. Gemäß der Achse X verringert sich nämlich der Platzbedarf D2 auf die Breite La1 des dritten Bildformers I3 plus die Dicke Ep des Hauptprismas p plus die Breite des Parabolreflektors RP, da der Raumbedarf der für den ersten und den zweiten monochromen Strahl FB, FR verwendeten Elemente in einer Richtung senkrecht zu der der Figur 6 anzunehmen ist.
• Ein anderer wichtiger Vorteil aufgrund dieser Anordnung liegt darin, daß für jeden Farbkanal der Abstand zwischen dem Projektionsobjektiv und seinem Bildformer sehr gering sein kann, da kein optisches Element im Lichtverlauf zwischen diesen beiden Elementen liegt.
• Bekanntlich sind Bildformer vom Typ einer LCD-Matrix durch eine festen Akzeptanz-Raumwinkel charakterisiert. Will man den Kontrast eines LCD-Schirms oberhalb eines gegebenen Werts halten, dann müssen die Einfallswinkel der den LCD Schirm beleuchtenden Strahlen begrenzt bleiben. Sie müssen in einem gegebenen Raumwinkel enthalten sein.
• Im allgemeinen besitzt dieser Raumwinkel keine axiale Symmetrie. Er ist länglich in einer bestimmten Richtung. Diese Richtung ist die Winkelhalbierende der Richtungen der beiden oben erwähnten Polarisatoren eines LCD-Schirms. Der geometrische Akzeptanzbereich des LCD-Schirms ist gleich dem Produkt aus seiner Oberfläche mit dem Akzeptanz-Raumwinkel.
• Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Raumwinkel der Beleuchtungsstrahlen an den Akzeptanz Raumwinkel angepaßt werden kann. Die Anamorphose von quadratisch zu rechteckig ergibt nämlich eine Verformung des Raumwinkels der Beleuchtungsstrahlen. Im Fall eines eine quadratische Fläche mit einem axial symmetrischen Raumwinkel durchquerenden Strahls, wie dies für den die quadratische Eingangsseite FE durchquerenden Primärstrahl FP gilt, wenn die ganze aus dem Strahl durch einen die Anamorphose bewirkenden holographischen Spiegel wie die Spiegel Mh1, Mh2 oder Mh3 entnommenen Energie eine rechteckige Fläche wie z.B. die Seiten FL1, FL2 durchquert, ergibt sich eine Verringerung der Blendenabmessung in einer Richtung. Damit vergrößert sich der Raumwinkel der Strahlen in dieser Richtung, so daß die geometrische Ausdehnung des Strahls erhalten bleibt.
• In den in den Figuren 5 und 6 gezeigten Beispielen erkennt man, daß rechtwinklige Flächen (d.h. die Flächen der Bildformer I1, I2, I3) mit einer Polarisationsrichtung parallel zur Länge der Rechtecke beleuchtet werden können. Dagegen folgt die Verlängerung des Raumwinkels der Strahlen in der Richtung der Breite des Rechtecks. Um den Akzeptanz- Raumwinkel eines LCD-Schirms in der Richtung seiner Breite zu verlängern, muß die Strahlung zur Beleuchtung dieses Bildschirms unter 45º polarisiert sein.
• Daher kann man ein λ/2-Verzögerungsplättchen vor einem Bildformer I1 bis I3 anordnen, wie das Verzögerungsplättchen LR vor dem dritten Bildformer 13, um die Polarisationsrichtung der Strahlung mit der für den Bildschirm LCD günstigen Polarisationsrichtung zusammenfallen zu lassen und zugleich den Raumwinkel der Beleuchtung an den Akzeptanz- Raumwinkel des LCD-Schirms anzupassen. Natürlich muß jedes Verzögerungsplättchen vor einem der Bildformer I1, I2, I3 an die Farbe des dort bearbeiteten monochromen Strahls angepaßt sein.
• Es sei bemerkt, daß der Raumbedarf des Bildprojektors entlang der Achse X weiter verringert werden kann, wenn man die Komplexität in der Ausführungsform des ersten Hauptprismas oder Parallelepipeds p vergrößert. Man braucht hierzu nur den dritten holographischen Spiegel Mh3 auch in das erste Hauptprisma p in einer solchen Stellung zu integrieren, daß er in diesem eine Ebene parallel zu der einnimmt, die parallel zu derjenigen verläuft, die er außerhalb einnehmen würde, wie in Figur 5 gezeigt.
• Eine solche Ausführungsform ist in Figur 6 mit Hilfe einer gestrichelten Linie Mh3' gezeigt, die diese neue Lage des dritten holographischen Spiegels Mh3 andeutet. Natürlich wären in einer solchen Konfiguration die Feldlinse LC, das Verzögerungsplättchen LR, der dritte Bildformer 13 und das dritte Projektionsobjektiv O3 ebenfalls verschoben und befänden sich oberhalb der dritten Seitenfläche FL3 auf der neuen Reflexionsachse Z&sub3;' des dritten holographischen Spiegels Mh3'. Die Kennzeichen und Eigenschaften des dritten holographischen Spiegels Mh3 bleiben wie oben unverändert auch in dieser neuen Stellung dieses Spiegels erhalten. Diese neue Lage des dritten holographischen Spiegels verändert die Lage der für die Behandlung der ersten beiden monochromen Strahlen FB, FR verwendeten Elemente nicht.
• Figur 7 zeigt das Parallelepiped oder das erste Prisma p, um die Ausführungsform zu erklären, in der der dritte holographische Spiegel Mh3' sich auch im ersten Prisma befindet.
• Man materialisiert im Parallelepiped p eine dritte Fläche S3, die die reflektierende Fläche des dritten Spiegels Mh3' bildet. Diese dritte Fläche S3 ist durch die Ecken D, C, E und F des Parallelepipeds p begrenzt. Daher ist in dieser Anordnung die dritte Fläche S3 in die beiden ersten Flächen S1 und S2 verschachtelt, d.h. daß alle drei holographischen Spiegel Mh1, Mh2, Mh3' ineinander verschachtelt sind.
• Solche ineinander verschachtelte holographische Spiegel Mh1, Mh2, Mh3 können beispielsweise durch Zerschneiden des Parallelepipeds p entlang der verschiedenen Ebenen der verschiedenen Spiegel erhalten werden, die das Parallelepiped enthält.
• Figur 8 zeigt als nicht die Erfindung beschränkendes Beispiel das Zerschneiden des Hauptprismas oder Parallelepipeds p gemäß zwei ineinander verschachtelten Ebenen, die vier Sekundärprismen PS1 bis PS4 ergeben, um den ersten und den zweiten holographischen Spiegel Mh1, Mh2 ineinander verschachtelt zu realisieren.
• Schichten C1 bis C4 aus lichtempfindlichem Material sind auf die Innenflächen der vier Sekundärprismen so aufgebracht, daß sich die beiden diagonalen Flächen S1 und S2 (siehe die Figuren 4a und 4b) ergeben, die die beiden ersten holographischen Spiegel Mh1, Mh2 bilden sollen. Jede diagonale Fläche S1 und S2 besteht aus zwei Schichten C1, C2 bzw. C3, C4, die miteinander paarweise fluchten, d.h. in einer Ebene liegen, wenn das Parallelepiped zusammengefügt ist.
• In dem nicht beschränkend zu verstehenden hier beschriebenen Beispiel ergibt sich jede diagonale Fläche aus zwei Schichten C1 und C2 bzw. C3 und C4, die auf einander gegenüberliegende Innenseiten von Sekundärprismen PS1 bis PS4 aufgebracht werden:
• - Die erste Diagonalfläche S1 wird mit Hilfe eines ersten und zweiten Sekundärprismas PS1, PS2 gebildet, die einander gegenüberliegen und in diesem Beispiel diejenige sind, deren Außenflächen den Seiten FL1, FL2 entsprechen.
• - Die zweite Diagonalfläche S2 wird mit Hilfe eines dritten und eines vierten Sekundärprismas PS3, PS4 gebildet, die einander gegenüberliegen und in diesem Beispiel diejenigen sind, deren Außenflächen den Eingangs- und Ausgangsseiten des Parallelepipeds entsprechen.
• Natürlich können die eine oder andere der Diagonalflächen auf andere Weise erhalten werden, beispielsweise ausgehend von lichtempfindlichen Schichten, die auf die benachbarten Sekundärprismen aufgebracht werden.
• Dann bringt man die beiden Sekundärprismen, die eine Diagonalfläche S1, S2 bilden sollen, in die Lage, die sie im späteren chromatischen Separator SC einnehmen sollen, und erzeugt die Interferenzen mit Hilfe zweier Strahlen, so daß das Hologramm entsprechend einem holographischen Spiegel Mh1, Mh2 registriert wird.
• Figur 9 zeigt schematisch die beiden ersten Sekundärprismen PS1 und PS2, während sie zwei Registrierstrahlen FB1, FB2 zur Herstellung des ersten holographischen Spiegels Mh1 ausgesetzt werden. In diesem Beispiel soll der erste Spiegel Mh1 für blaues Licht empfindlich sein, so daß die beiden Registrierstrahlen FB1, FB2 aus einer gemeinsamen, nicht dargestellten Laserquelle stammen, die blaues Licht aus sendet.
• Der erste Registrierstrahl FB1 verläuft in Richtung der beiden Sekundärprismen PS1, PS2 entlang einer Achse X'. Die beiden Sekundärprismen PS1 und PS2 sind so angeordnet, daß die erste Diagonalfläche S1, die von den Schichten C1 und C2 gebildet wird, bezüglich der Achse X' genauso orientiert ist wie der erste holographische Spiegel Mh1 bezüglich der Ausbreitungsachse X des Primärstrahls FP (siehe Figur 3).
• Der zweite Registrierstrahl FP2 verläuft in Richtung auf die beiden Sekundärprismen PS1, PS2 gemäß einer Ausbreitungsachse Y¹ senkrecht zur Achse X'. Dieser zweite Registrierstrahl fällt auf eine Außenseite des ersten Sekundärprismas PS1, die die zweite Seite FL2 bildet. So ergibt sich das dem ersten holographischen Spiegel Mh1 entsprechende Hologramm gemäß den einleitend bereits erläuterten Prinzipien.
• Figur 10 zeigt schematisch das dritte und das vierte Sekundärprisma PS3, PS4, während sie einem dritten und einem vierten Registrierstrahl FR3, FR4 ausgesetzt sind, um den zweiten holographischen Spiegel Mh2 zu realisieren. Diese beiden Registrierstrahlen stammen von einer gemeinsamen, nicht dargestellten Laserquelle, die beispielsweise rotes Licht aussendet.
• Der dritte Registrierstrahl FR3 fällt auf die beiden Sekundärprismen PS3, PS4 gemäß einer gleichen Ausbreitungsachse X' wie in Figur 9 gezeigt. Diese beiden Prismen PS3, PS4 werden so angeordnet, daß die zweite Diagonalfläche S2 (die von der dritten und vierten Schicht C3, C4 gebildet wird) bezüglich der Achse X' genauso ausgerichtet ist, wie der zweite Spiegel Mh2 bezüglich der Ausbreitungsachse X des Primärstrahls FP. Daher fällt der dritte Registrierstrahl FR3 auf eine Außenseite des dritten Sekundärprismas PS3, die der Eingangsseite FE des Parallelepipeds p entspricht. Der vierte Registrierstrahl FR4 trifft auf die beiden Sekundärprismen PS3, PS4 gemäß einer Ausbreitungsachse Y' senkrecht zur Achse X' des dritten Registrierstrahls FR3. Der vierte Registrierstrahl FR4 verläuft auf der gleichen Achse wie der zweite Registrierstrahl FB2 (siehe Figur 9), aber in Gegenrichtung zu diesem.
• So wird das Hologramm entsprechend dem zweiten holographischen Spiegel Mh2 gemäß den bereits einleitend erläuterten Prinzipien registriert.
• Nach der Registrierung der holographischen Spiegel Mh1, Mh2 werden die vier Sekundärprismen PS1 bis PS4 zum Hauptprisma oder Parallelepiped zusammengefügt. Gegebenenfalls verwendet man hierfür ein Material zur Indexanpassung zwischen den beiden Prismen. Das Parallelepiped p bildet dann einen chromatischen Separator SC für zwei Farben. An diesen chromatischen Basisseparator kann ggf. ein zusätzliches Prisma p3 mit dem dritten holographischen Spiegel Mh3 angebaut werden, um eine dritte Komponente zu separieren, wie dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist.
• Dieser chromatische Separator SC kann außerdem, wie die Figuren 5 und 6 zeigen, so ergänzt werden, daß er jede Komponente auf einen räumlichen Modulationsschirm oder auf einen Bildformer lenkt.
• Es sei bemerkt, daß es auch möglich ist, die Hologramme auf einen flexiblen Träger, insbesondere aus Kunststoff zu registrieren. Nach der Fixierung der Hologramme durch ein aus der Fototechnik bekanntes Verfahren können diese beispielsweise auf die Seite eines Glasprismas übertragen (aufgeklebt) werden.
• Eine andere Methode kann darin bestehen, lichtempfindliche Materialien zu verwenden, die nur für bestimmte Frequenzbereiche empfindlich sind. Es sind Fotopolymere bekannt, die nur im roten Wellenlängenbereich empfindlich sind und andere, die nur im grün-blauen Bereich empfindlich sind. Man kann also das Parallelepiped p mit den verschiedenen lichtempfindlichen Materialschichten auf einer Trennfläche versehen zusammenbauen und das Parallelepiped p nacheinander mit Laserlicht verschiedener Wellenlängen belichten.

Claims (24)

1. Chromatischer Lichtseparator (SC), der von einem Strahl weißen Lichts, Primärstrahl (FP) genannt, beleuchtet werden soll und mindestens zwei wellenlängenselektive Spiegel (Mh1, Mh2, Mh3) besitzt, die je einen aus dem im Primärstrahl enthaltenen Licht gebildeten monochromen Lichtstrahl (FB, FR) reflektieren, wobei die monochromen Lichtstrahlen, die von den beiden Spiegeln reflektiert werden, unterschiedliche Wellenlängen besitzen und die beiden Spiegel in einem Prisma (p) ineinander so verschachtelt sind, daß ihre Ebenen (S1, S2) sich in dem Prisma kreuzen, wobei das Prisma mindestens eine quadratische Eingangsseite (FE) und zwei Seitenflächen (FL1, FL2) besitzt und jeder Spiegel so angeordnet ist, daß ein Eingangsstrahl, der senkrecht auf die Eingangsseite auftrifft, als monochromer Strahl senkrecht zu je einer der Seitenflächen reflektiert austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wellenlängenselektiven Spiegel holographische Spiegel sind, daß die beiden Seitenflächen (FL1, FL2) rechtwinklig sind und daß der Winkel (b1, b2) zwischen jedem Spiegel und der Ausbreitungsachse (+Y; -Y) des entsprechenden monochromen Strahls sich von der Hälfte (c1, c2) des Winkels unterscheidet, der zwischen den Ausbreitungsachsen (+X; +Y, -Y) des Eingangsstrahls und des entsprechenden monochromen Strahls gebildet wird, so daß sich eine Anamorphose zwischen dem Eingangsstrahl und jedem der monochromen Strahlen ergibt.

2. Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rechtwinkligen Seitenflächen (FL1, FL2, FL3) des Parallelepipeds das Format 16/9 besitzen.

Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma ein rechtwinkliges Parallelepiped ist, das außer seiner quadratischen Eingangsseite und seinen rechtwinkligen Seitenflächen eine quadratische Ausgangsseite (FS) besitzt, der der Eingangsseite gegenüberliegt

4. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er einen dritten holographischen Spiegel (Mh3) enthält, der hinter der Ausgangsseite (FS) des Parallelepipeds in Richtung der Ausbreitung des Primärstrahls (FP) liegt, wobei dieser holographische Spiegel (Mh3) einen dritten monochromen Strahl (FV) erzeugt.

5. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die holographischen Spiegel hinsichtlich der Polarisationsrichtung selektiv sind.

6. Separator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die monochromen Strahlen eine gleiche Polarisationsrichtung (P1) besitzen.

7. Separator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel (Mh3, M4, M5) aufweist, um die monochromen Strahlen (FB, FR, FV) gemäß zur Eingangsseite (FE) des Parallelepipeds parallelen Ausbreitungsachsen (Z1, Z2, Z3) abzulenken.

8. Separator nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ein erstes, ein zweites und ein drittes zusätzliches Prisma (p1, p2, p3) mit einem vierten bzw. fünften Spiegel (M4, M5) bzw. dem dritten holographischen Spiegel (Mh3) enthält, wobei das dritte zusätzliche Prisma (p3) an die Ausgangsseite (FS) des Parallelepipeds (P) anschließt, während das erste und das zweite zusätzliche Prisma (p1, p2) an die einander gegenüberliegenden Seitenflächen (FL1, FL2) des Parallelepipeds (p) anschließen.

9. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Parallelepiped (p) durch Zusammenfügung der Sekundärprismen (PS1 .. PS4) gebildet ist, die aus dem Zerschneiden des Parallelepipeds (p) entlang der verschiedenen Ebenen (S1, S2) der verschiedenen ineinander verschachtelten holographischen Spiegel (Mh1, Mh2) resultieren,

10. Bildprojektor mit einer Quelle (SL) sichtbaren Lichts (FP) und mindestens zwei Bildformern (I1, I2, I3), die monochrome Lichtstrahlen (FB, FR, FV) unterschiedlicher Wellenlängen räumlich modulieren, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem einen chromatischen Lichtseparator (SC) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9 enthält.

11. Projektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er drei Bildformer (I1, I2, I3) enthält.

12. Projektor nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildformer (I1, I2, I3) Rechteckform besitzen.

13. Projektor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildformer (I1, I2, I3) in Ebenen senkrecht zu der der Eingangsseite (FE) des chromatischen Separators (SC) angeordnet sind.

14. Projektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildformer (I1, I2, I3) im wesentlichen in einer gemein samen Ebene liegen.

15. Projektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildformer (I1, I2, I3) im wesentlichen in einer gleichen Ebene wie eine dritte Seitenfläche (FL3) des chromati schen Separators (SC) liegen, die die beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen (FL1, FL2) verbindet, über die die beiden monochromen Strahlen (FB, FR) aus dem Parallelepiped (p) austreten.

16. Projektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Bildformer (11, 12, 13) parallel zur Länge der dritten Seitenfläche (FL3) verläuft.

17. Projektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bildformer (I1, I2) in der Verlängerung der Länge der dritten Seitenfläche (FL3) zu beiden Seiten dieser Fläche liegen.

18. Projektor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Bildformer (13) am Rand der dritten Seitenfläche (FL3) liegt, so daß seine Breite zu der der dritten Seitenfläche hinzuzuaddieren ist.

19. Projektor nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem ein Projektionsobjektiv (O1, O2, O3) für jeden monochromen Strahl besitzt.

20. Projektor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsobjektive (O1, O2, O3) jeweils auf derselben Ausbreitungsachse (Z1, Z2, Z3) des monochromen Strahls wie der Bildformer (I1, I2, I3) liegen, dem sie zugeordnet sind.

21. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feldlinse (LC) im Lichtverlauf mindestens eines monochromen Stahls (FB, FR, FV) bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Strahls vor dem Bildformer (I1, I2, I3) eingefügt ist.

22. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verzögerungsplättchen (LR) im Verlauf mindestens eines monochromen Strahls (FB, FR, FV) in Richtung der Ausbreitung des Strahls vor dem Bildformer (I1, I2, I3) angeordnet ist.

23. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildformer (I1, I2, I3) matrixartige Flüssigkristallschirme sind.

24. Projektor nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildprojektor ein Retroprojektor ist.