DE10107315A1

DE10107315A1 - Beleuchtungs-Optiksystem und Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, welche das System verwendet

Info

Publication number: DE10107315A1
Application number: DE10107315A
Authority: DE
Inventors: Chikara Yamamoto; Takashi Watanabe
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2001-08-30
Also published as: US6559901B2; FR2805351A1; US20010015775A1; FR2805351B1; JP2001228569A; JP4005292B2

Abstract

Bei einem Beleuchtungs-Optiksystem, umfassend eine Lichtquelleneinheit (1, 2), eine Integratoreinheit (3) zur Homogenisierung eines Lichtstroms von der Lichtquelleneinheit (1, 2), sowie ein Lichtventil (7, 8, 9) zur Modulation von Licht von der Integratoreinheit (3) gemäß vorbestimmter Bildinformation sowie zur Ausgabe von derart moduliertem Licht, ist ein Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel (51, 52; 61, 62; 151; 3A, 3B; 251; 351A-351D), welches dazu ausgebildet ist, eine von einem effektiven Lichtstrom an dem Lichtventil (7, 8, 9) hervorgerufene Lichtmenge einzustellen, in oder nahe der Integratoreinheit (3) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungs-Optiksystem zum Beleuchten einer Flüssigkristall-Anzeigenplatte oder DMD (digital micromir ror device = digitale Mikrospiegelvorrichtung) sowie eine Projektions- Anzeigevorrichtung (Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp), welche dieses optische Beleuchtungssystem verwendet.

In letzter Zeit wurden einzelne Bestandteile von Projektions-Anzeigevor richtungen, welche ein Lichtventil, wie z. B. einen Flüssigkristall, verwen den, verbessert, wodurch Jahr für Jahr Anzeigevorrichtungen mit höherem Wirkungsgrad und größerer Helligkeit entwickelt wurden. Zum Homogeni sieren der Lichtmenge innerhalb des Querschnitts eines Lichtstroms am Lichtventil sind zwei Integratorplatten, welche jeweils eine Anzahl von zweidimensional angeordneten Linsenfeldern umfassen, parallel an der optischen Achse angeordnet.

Seit es für Projektions-Anzeigevorrichtungen möglich wurde, ein Lichtventil mit hellem und gleichförmigem Licht als solchem zu beleuchten, wurden sie verbreiteter genutzt. Andererseits traten Probleme dahingehend auf, dass, abhängig vom Ort, an welchem sie genutzt werden bzw. von ihrer Anwen dung, auf ihren Schirmen dargestellte Bilder zu hell werden, um gesehen zu werden, oder Betrachter ermüden lassen.

Daher kann die Helligkeit von Beleuchtungslicht abhängig vom Ort der Benutzung und der Anwendung eingestellt werden.

Beim Einstellen der Helligkeit von einfallendem Licht in einem typischen optischen System ist ein Linsenteil mit einer Blende versehen, und der Öffnungsbetrag dieser Blende wird reguliert.

Daher kann bei einer Projektions-Anzeigevorrichtung ein Projektionslinsen teil mit einer Blende versehen sein, welche betätigt wird, um die Helligkeit von Beleuchtungslicht einzustellen.

Falls eine Projektionslinse mit einer Blende versehen ist, welche zur Ein stellung der Helligkeit betrieben wird, muss der Lichtstrom, dessen Durch messer durch diese Blende eingestellt werden soll, zuvor durch ein Licht ventil moduliert worden sein. Er trägt bzw. überträgt somit Bildinformation. Als Folge beeinträchtigen Fehler in der Form, Position und Bedienung der Blende die Bildqualität in hohem Ausmaß. Insbesondere verformt sich die Blende bei einem Hochtemperaturheizen aufgrund des Beleuchtungslichts thermisch, wodurch die damit einhergehende Verschlechterung der Bildqua lität nicht vernachlässigbar ist.

Da die Temperatur eines Blendenelements als solches ansteigt, ist es notwendig, dafür eine Kühlstruktur vorzusehen.

Angesichts derartiger Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungs-Optiksystem bereitzustellen, welches die Helligkeit von Beleuchtungslicht einstellen kann, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen und ohne eine besondere Kühlstruktur zu erfordern, sowie eine Projektions-Anzeigevorrichtung bereitzustellen, welche dasselbe ver wendet.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Beleuchtungs-Optiksystem vor, um fassend: eine Lichtquelleneinheit, eine Integratoreinheit, bei welcher eine Mehrzahl von Integratorplatten, von denen jede eine Anzahl von zweidimensional angeordneten Linsenfeldern umfasst, derart angeordnet ist, dass sie einen Lichtstrom von der Lichtquelleneinheit homogenisiert, und ein Lichtventil zur Modulation von Licht von der Integratoreinheit nach Maßgabe von vorbestimmter Bildinformation sowie zur Ausgabe von derart moduliertem Licht, wobei ein Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel, welches dazu ausgebildet ist, eine durch einen effektiven Lichtstrom auf das Lichtventil fallende Lichtmenge einzustellen, in oder nahe der Inte gratoreinheit angeordnet ist.

Falls ein Polarisations-Strahlteiler mit einem kammförmigen Polarisations- Trennprismenfeld und einer ½-Wellenlängenplatte an der Lichtventil-Seite der Integratoreinheit angeordnet ist, kann der Polarisations-Strahlteiler in einer Richtung bewegbar ausgeführt sein, in welcher die durch den effekti ven Lichtstrom auf das Lichtventil fallende bzw. an dem Lichtventil hervor gerufene Lichtmenge einstellbar ist.

Falls ein Polarisations-Strahlteiler mit einem kammförmigen Polarisations- Trennprismenfeld und einer ½-Wellenlängenplatte an der Lichtventil-Seite der Integratoreinheit angeordnet ist, kann eine Lichtabschirmplatte zwi schen der Integratoreinheit und dem Polarisations-Strahlteiler angeordnet sein und in einer Richtung orthogonal zu einer optischen Achse bewegbar ausgeführt sein, um eine auf den Polarisations-Strahlteiler einfallende Lichtmenge einzustellen.

Eine Lichtabschirmplatte kann an der Lichtventil-Seite der Integratoreinheit angeordnet sein und in einer Richtung orthogonal zu einer optischen Achse bewegbar ausgeführt sein, um eine von der Integratoreinheit ausgesendete Lichtmenge einzustellen.

Aus einer Mehrzahl von Integratorplatten, welche die Integratoreinheit bilden, kann wenigstens eine Integratorplatte mit einem Effektivlichtstrom mengen-Einstellmittel zum Einstellen der durch den effektiven Lichtstrom auf das Lichtventil fallende bzw. an dem Lichtventil hervorgerufenen Licht menge vorgesehen sein.

Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung ein Beleuchtungs-Optiksystem vor, umfassend: eine Lichtquelleneinheit, eine Integratoreinheit, bei welcher eine Mehrzahl von Integratorplatten, von denen jede eine Anzahl von zweidimensional angeordneten Linsenfeldern umfasst, derart angeordnet ist, dass sie einen Lichtstrom von der Lichtquelleneinheit homogenisiert, und ein Lichtventil zur Modulation von Licht von der Integratoreinheit nach Maßgabe von vorbestimmter Bildinformation sowie zur Ausgabe von derart moduliertem Licht, wobei aus einer Mehrzahl von die Integratorein heit bildenden Integratorplatten wenigstens ein Paar von in Richtung einer optischen Achse angeordneten Integratorplatten einen Abstand zwischen sich aufweist, welcher veränderbar ist, um eine durch einen effektiven Lichtstrom auf das Lichtventil fallende Lichtmenge einzustellen.

Weiterhin sieht die vorliegende Erfindung eine Projektions-Anzeigevorrich tung vor, umfassend eines der oben erwähnten Beleuchtungs-Optiksyste me, sowie eine Projektionslinse zum Projizieren eines optischen Bildes auf einen Schirm, welches Bild von von dem Lichtventil moduliertem Licht übertragen wird.

Bei dem Beleuchtungs-Optiksystem und der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Struktur, welche dazu ausgebil det ist, den Durchmesser des effektiven Beleuchtungslichtstroms einzustel len, in der Nähe einer Integratoreinheit zur Homogenisierung der Licht menge des Lichtstroms von einer Lichtquelle vorgesehen.

Da Positionen nahe der an der Lichtventil-Seite gelegenen Integratorplatte derart eingestellt sind, dass sie mit der Pupillenposition einer Projektions linse optisch konjugiert sind, kann ein Regulieren eines Lichtstroms nahe der Integratoreinheit in etwa gleiche Wirkungen ergeben wie jene, welche erhalten werden, wenn die Projektionslinse zur Regulierung des Lichtstroms mit einer Blende versehen ist.

Selbst wenn der Lichtstrom durch die Integratoreinheit eingestellt wird, überträgt der Lichtstrom keine Bildinformation, wodurch Fehler bei seiner Einstellung die Bildqualität sehr wenig beeinträchtigen können.

Da die Integratoreinheit weiterhin durch eine im Beleuchtungs-Optiksystem inhärent angeordnete Kühlstruktur gekühlt ist, ist es nicht notwendig, gesonderte Kühlstrukturen vorzusehen.

Im Folgenden werden optische Beleuchtungssysteme und Projektions- Anzeigevorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, welche eine Teilkonfiguration der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2A und 2B schematische Ansichten der in Fig. 1 gezeigten Projektions- Anzeigevorrichtung, bei Betrachtung in Richtung des Pfeils A,

Fig. 3 eine schematische Ansicht, welche eine Teilkonfiguration der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 4 eine schematische Ansicht, welche eine Teilkonfiguration der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 5 eine schematische Ansicht, welche eine Teilkonfiguration der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 6 eine schematische Ansicht, welche die in Fig. 5 gezeigte Projektions-Anzeigevorrichtung bei Betrachtung aus der Rich tung des Pfeils G zeigt,

Fig. 7 eine schematische Ansicht, welche eine Teilkonfiguration der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 8A und 8B schematische Ansichten der in Fig. 7 gezeigten Projektions- Anzeigevorrichtung, bei Betrachtung in Richtung des Pfeils H,

Fig. 9 eine schematische Ansicht, welche einen Mechanismus zum Bewegen einer Lichtabschirmplatte in Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 10 eine schematische Ansicht, welche ein modifiziertes Beispiel des in Fig. 9 gezeigten Mechanismus zum Bewegen einer Lichtabschirmplatte zeigt, sowie

Fig. 11 eine schematische Ansicht, welche eine Basiskonfiguration einer Projektions-Anzeigevorrichtung zeigt, auf welcher die vorliegende Erfindung basiert.

Als Erstes wird eine Basiskonfiguration einer Projektions-Anzeigevorrich tung mit Bezug auf einen in Fig. 11 gezeigten Flüssigkristallprojektor erläu tert werden, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert.

Wie dargestellt ist, umfasst dieser Flüssigkristallprojektor eine Lichtquelle mit einem Licht aussendenden Element 1 zur Aussendung von weißem Licht und einem Reflektor 2, welcher aus einem parabolischen Spiegel gebildet ist, um das weiße Licht vom Licht aussendenden Element 1 zu reflektieren, eine Integratoreinheit 3, um die Lichtmenge innerhalb eines zur optischen Achse orthogonalen Querschnitts zu homogenisieren, eine Kol lektivlinse 4, um das Ausgangslicht von der Integratoreinheit 3 zu sam meln, einen ersten und einen zweiten dichroitischen Spiegel 5, 6, um das durch die Kollektivlinse 4 gesammelte weiße Licht in Drei-Farben-Licht bestandteile blau, grün und rot zu trennen, eine erste, eine zweite und eine dritte Flüssigkristallplatte 7, 8, 9, um die jeweiligen durch den ersten und den zweiten dichroitischen Spiegel 5 und 6 getrennten Farblichtbestandteile gemäß vorbestimmter Bildinformation zu modulieren, ein Drei-Farben-Kom binationsprisma 10, um die jeweiligen durch die Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 modulierten Farblichtbestandteile zu kombinieren, sowie eine Projektions linse 11, um ein Bild des zusammengesetzten Lichts, welches durch das Drei-Farben-Kombinationsprisma 10 kombiniert ist, auf einem Bildschirm zu bilden. Die Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 sind vom Transmissionstyp. Flüs sigkristallplatten vom Transmissionstyp werden in dieser Beschreibung einfach als Flüssigkristallplatten bezeichnet.

Weiterhin ist, wie in Fig. 11 gezeigt ist, ein Totalreflexionsspiegel 12 zur Reflexion des Ausgangslichts von der Integratoreinheit 3, um es auf die Kollektivlinse 4 zu richten, am optischen Weg zwischen der Integratorein heit 3 und der Kollektivlinse 4 angeordnet.

Die Integratoreinheit 3 umfasst ein zweites Fliegenauge 3A (erste Integra torplatte), welche auf den Lichtstrom von dem Licht aussendenden Element 1 wirkt, sowie ein erstes Fliegenauge 3B, um einzelne Lichtströme vom zweiten Fliegenauge 3A (erste Integratorplatte) auf jede der Flüssigkristall platten 7, 8, 9 zu überlagern. Eine PBS-Platte 13 ist stromabwärts des ersten Fliegenauges 3B an der optischen Achse angeordnet, mit dem Ziel, den Lichtmengennutzungs-Wirkungsgrad zu verbessern, um die durch die Integratoreinheit 3 homogenisierten Lichtströme in P- und S-polarisierte Lichtbestandteile zu trennen, wobei sie bewirkt, dass beide polarisierten Lichtbestandteile einen der polarisierten Zustände aufweisen, und um dann diese als parallele Strahlen auszugeben.

Farblichtbestandteile können durch den ersten und den zweiten dichroiti schen Spiegel 5, 6 abhängig von der Lichtstrom-Einfallsrichtung und den Spiegelpositionen auf verschiedene Arten getrennt werden. In dieser Aus führungsform werden sie bspw. auf die folgende Weise getrennt:
Im ersten dichroitischen Spiegel 5 wird jeder durch die Integratoreinheit 3 homogenisierte und durch die PBS-Platte 13 polarisierte Lichtstrom in einen B-Bestandteil L_B und GR-Bestandteile L_G, L_A getrennt. Im zweiten dichroiti schen Spiegel 6 werden die durch den ersten dichroitischen Spiegel 5 isolierten GR-Bestandteile L_G, L_R in einen G-Bestandteil L_G und einen R- Bestandteil L_R getrennt.

Die so erhaltenen einzelnen Farblichtbestandteile werden auf ihre entspre chenden Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 projiziert.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, sind ein erster Spiegel 14 zur Totalreflexion der B-Komponente L_B in Richtung der ersten Flüssigkristallplatte 7, um ein 8- Komponentenbild darzustellen, und eine Feldlinse 15, um die durch den ersten Siegel 14 reflektierte B-Komponente L_B in paralleles Licht zu wan deln, am optischen Weg der durch den ersten dichroitischen Spiegel 5 reflektierten und isolierten B-Komponente L_B angeordnet, wodurch die B- Komponente L_B auf die erste Flüssigkristallplatte 7 projiziert wird.

Wie weiterhin ebenso in Fig. 11 gezeigt ist, ist eine Feldlinse 16 am opti schen Weg der durch den zweiten dichroitischen Spiegel 6 reflektierten und isolierten G-Komponente L_G angeordnet, um die G-Komponente L_G in pa ralleles Licht zu wandeln, wodurch die G-Komponente L_G auf die zweite Flüssigkristallplatte 8 projiziert wird, um ein G-Komponentenbild anzuzei gen.

Wie weiter in Fig. 11 gezeigt ist, sind ein zweiter und ein dritter Spiegel 17, 18 zur Totalreflexion der R-Komponente L_R in Richtung der dritten Flüssigkristallplatte 9 zur Anzeige eines R-Komponentenbildes sowie Feld linsen 19, 20, um die durch den zweiten dichroitischen Spiegel 6 reflek tierte R-Komponente L_R in paralleles Licht zu wandeln, am optischen Weg der R-Komponente L_R angeordnet, welche durch den zweiten dichroitischen Spiegel 6 reflektiert und isoliert wird, wodurch die R-Komponente L_R auf die dritte Flüssigkristallplatte 9 projiziert wird.

Da die optische Weglänge der R-Komponente L_R des Drei-Farben-Kom binations-Prismas 10 von der der anderen Farblichtkomponenten in diesem optischen Projektionssystem verschieden ist, ist eine Relaislinse 21 zwi schen dem zweiten und dem dritten Spiegel 17, 18 angeordnet, welcher den optischen Weg der R-Komponente L_R korrigiert, um ihn offensichtlich identisch mit dem optischen Weg der B-Komponente L_B und G-Komponente L_G zu machen.

Das Drei-Farben-Kombinations-Prisma 10 ist ein kreuzdichroitisches Prisma mit einer dichroitischen Fläche 10B zum Reflektieren der B-Komponente L_B und einer dichroitischen Fläche 10R zum Reflektieren der R-Komponente L_R.

Da die Intensität von Licht, welches Flüssigkristalle beleuchtet, Jahr für Jahr höher geworden ist, traten Probleme dahingehend auf, dass an ihren Bildschirmen dargestellte Bilder abhängig vom Ort, an welchem sie ver wendet wurden bzw. abhängig von ihrer Anwendung, zu hell werden, um gesehen zu werden, bzw. Betrachter ermüden lassen.

Daher ist ein Element, welches den effektiven Lichtstromdurchmesser von Beleuchtungslicht einstellen kann, nahe der Integratoreinheit 3 in diesem Flüssigkristallprojektor angeordnet.

Genauer, da Positionen nahe der Integratorplatte 3B, welche zu den Flüs sigkristallplatten 7, 8, 9 weist, derart eingestellt sind, dass sie optisch konjugiert zur Pupillenposition der Projektionslinse 11 sind, kann ein Regu lieren eines Lichtstroms nahe der Integratorplatte 3B ähnliche Wirkungen erzielen wie jene, die man erhält, wenn die Projektionslinse 1 mit einer Blende versehen ist, um den Lichtstrom zu regulieren.

Selbst wenn ein Lichtstrom durch die Integratoreinheit 3 eingestellt ist, trägt der Lichtstrom keine Bildinformation, was dahingehend vorteilhaft ist, dass Fehler bei seiner Einstellung die Bildqualität sehr wenig beeinträchti gen können. Weiterhin ist es, da die Integratoreinheit 3 sich aufgrund einer inhärent in dem Beleuchtungs-Optiksystem angeordneten Kühlstruktur in einem gekühlten Zustand befindet, vorteilhaft dahingehend, dass keine gesonderten Kühlstrukturen notwendig sind.

Mit Bezugnahme auf Fig. 1 und 2A und 2B wird im Folgenden das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel der Anzeigevorrichtung nach Maß gabe der Ausführungsform 1 erläutert werden.

Fig. 1 ist eine Draufsicht, welches dieses Effektivlichtstrommengen-Einstell mittel zeigt. Das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel ist zwischen dem ersten Fliegenauge 3B, welches zu den Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 weist, und der PBS-Platte 13 (welche gebildet ist durch ein kammförmiges Polari sations-Trennprismenfeld und einer ½-Wellenlängenplatte) angeordnet und umfasst eine erste Lichtabschirmplatte 51, welche bezüglich der PBS-Platte 13 festgelegt ist, eine zweite Lichtabschirmplatte 52, welche nahe der ersten Lichtabschirmplatte 51 angeordnet ist, so dass sie in Richtungen des Doppelpfeils B (orthogonal zur optischen Achse) bewegbar ist, sowie ein Lichtabschirmplatten-Antriebselement, welches später erläutert werden wird.

Sowohl die erste als auch die zweite Lichtabschirmplatte 51, 52 umfasst eine Mehrzahl von länglichen Schlitzen 51A, 52A, welche in einer vor bestimmten Teilung ausgebildet sind. Das die PBS-Platte 13 bildende kammförmige Polarisations-Trennprisma umfasst eine Mehrzahl von Polari sations-Prismenelementen, welche in der Richtung des Doppelpfeils B angeordnet sind. Die erste Lichtabschirmplatte 51 ist vor dem kammförmi gen Polarisations-Trennprismenfeld angeordnet, so dass man das Beleuch tungslicht von den einzelnen Linsenelementen des ersten Fliegenauges 3B auf jedes zweite Polarisations-Strahlteilerelement einfallen lässt, um die Polarisation auf einen aus einem P- und einem S-Zustand zu setzen.

Das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel der Ausführungsform 1 ver wendet die ursprünglich in Kombination mit der PBS-Platte 13 angeordnete erste Lichtabschirmplatte 51 und sieht zusätzlich die bewegbar ausgeführte zweite Lichtabschirmplatte 52 derart vor, dass sie zur ersten Lichtab schirmplatte 51 hinweist.

Falls die Beleuchtungslichtmenge von der Lichtquelle maximal genutzt werden soll, werden die zwei Lichtabschirmplatten 51, 52 derart angeord net, dass ihre jeweiligen Schlitze 51A, 52A einander vollständig überlap pen, wie in Fig. 2A gezeigt ist, wodurch die Öffnungsfläche, durch welche der Lichtstrom in der Richtung des Pfeils A hindurchtritt, maximiert ist. Falls die Beleuchtungslichtmenge von der Lichtquelle im Gegensatz dazu verringert werden soll, wird die zweite Lichtabschirmplatte 52 in der Rich tung des Doppelpfeils B relativ zur ersten Lichtabschirmplatte 51 bewegt, wie in Fig. 2B gezeigt ist, so dass deren jeweilige Schlitze 51A, 52A sich voneinander weg verschieben, wodurch die Öffnungsfläche, durch welche der Lichtstrom hindurchtritt, verringert wird.

Eine derartige Konfiguration ermöglicht es, die im Vorhinein vorgesehene erste Lichtabschirmplatte 51 zu verwenden, wodurch eine größere Effizenz hinsichtlich Kosten und Raum erreicht wird.

Obwohl die Breiten und Abstände von länglichen Schlitzen 51A, 52A, welche in der ersten und zweiten Lichtabschirmplatte 51, 52 ausgebildet sind, in der oben erwähnten Ausführungsform 1 derart eingestellt sind, dass sie vorbestimmte Teilungen ergeben, können die Schlitze 52A derart konfiguriert sein, dass sie an ihrem Mittelteil breiter werden als die Schlitze 51A. Als Folge wird der Lichtstromdämpfungsfaktor am Mittelteil niedriger als an einem Randabschnitt, so dass der gedämpfte Lichtstrom am Rand abschnitt dunkler wird, wodurch die Linsenleistung als Ganzes verbessert werden kann.

Fig. 3 zeigt das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel der Anzeigevor richtung gemäß der Ausführungsform 2. Das Effektivlichtstrommengen- Einstellmittel von Ausführungsform 2 ist dadurch gebildet, dass man eine PBS-Platte 13A und eine Lichtabschirmplatte 151 (welche der ersten Licht abschirmplatte 51 entspricht) gemeinsam in Richtung des Doppelpfeils C (entlang der optischen Achse) oder in Richtung des Doppelpfeils D (or thogonal zur optischen Achse) bewegbar ausführt.

Das erste Fliegenauge 3B ist derart konfiguriert, dass jedes seiner Linsen elemente einen Lichtstrom aussendet, um ein Bild der Lichtquelle an den Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 zu bilden, und ist derart positioniert, dass man den jeweiligen Lichtstrom in einem verengten Zustand auf seinen entspre chenden Schlitz der Lichtabschirmplatte 151 einfallen lässt. Falls die PBS- Platte 13A und die Lichtabschirmplatte 151 gemeinsam in Richtung des Doppelpfeils C aus diesem Zustand bewegt werden, wird der Lichtstrom durchmesser an der Schlitzposition der Lichtabschirmplatte 151 breiter, so dass der Lichtstrom teilweise durch Randabschnitte des Schlitzes verdun kelt bzw. abgeschirmt wird, wodurch die durch die PBS-Platte 13A hin durchtretende Lichtstrommenge abnimmt.

Falls die PBS-Platte 13A und Lichtabschirmplatte 151 aus dem Positionier zustand gemeinsam in die Richtung des Doppelpfeils D bewegt werden, schieben sich die Schlitze der Lichtabschirmplatte 151 in die Richtung des Doppelpfeils D, so dass jeder Lichtstrom vom ersten Fliegenauge 3B teil weise durch die Wandfläche zwischen Schlitzen verdunkelt bzw. abge schirmt wird, wodurch die durch die PBS-Platte 13A hindurchtretende Lichtstrommenge ebenso abnimmt. Der Bewegungsbetrag in den Richtun gen der Doppelpfeile C oder D wird nach Maßgabe des Dämpfungsfaktors bestimmt.

Fig. 4 zeigt das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel der Anzeigevor richtung gemäß Ausführungsform 3, bei welcher wenigstens eines der die Integratoreinheit 3 bildenden Fliegenaugen 3A, 3B in Richtung des Doppel pfeils E (entlang der optischen Achse) bewegt wird, um den Abstand zwischen diesen zu verändern, wodurch der Lichtstromdurchmesser an den Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 verändert wird. Falls nämlich der Lichtstrom durchmesser an der Flüssigkristallplatte 7, 8, 9 größer als die Größe einer Flüssigkristallplatte 7, 8, 9 ist, nimmt die Beleuchtungslichtmenge pro Flächeneinheit, welche die Flüssigkristallplatte 7, 8, 9 beleuchtet, ab. Als Folge kann die Lichtintensität am Bildschirm niedrig gehalten werden. In diesem Falle kann die Lichtdämpfungswirkung aufgrund einer durch eine nicht dargestellte Lichtabschirmplatte (entsprechend der Lichtabschirm platte 151 von Ausführungsform 2) verursachten Lichtstromverdunkelung bzw. -abschirmung verbessert werden.

Fig. 5 zeigt das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel der Anzeigevor richtung gemäß Ausführungsform 4, bei welcher die von der PBS-Platte 13A ausgesendeten Lichtströme teilweise durch eine Lichtabschirmplatte 251 blockiert sind, welche in Richtung des Doppelpfeils F (orthogonal zur optischen Achse) bewegbar ist, um die Gesamtlichtmenge von die Flüssig kristallplatten 7, 8, 9 beleuchtenden Lichtströmen zu reduzieren. Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen der PBS-Platte 13A und der Lichtabschirmplatte 251 gemäß Ausführungsform 4 bei Betrachtung in Richtung des Pfeils G in Fig. 5 zeigt.

Folglich ist, falls die Helligkeit von Beleuchtungslicht auf den Flüssigkristall platten 7, 8, 9 in dieser Ausführungsform maximiert werden soll, die Licht abschirmplatte 251 an einer Position angeordnet, an welcher die Licht ströme von der PBS-Platte 13A nicht blockiert sind. Falls die Helligkeit von Beleuchtungslicht an den Flüssigkristallplatten 7, 8, 9 verringert werden soll, wird die Lichtabschirmplatte 251 in Richtung der Doppelpfeile F aus dem oben erwähnten Zustand bewegt, um die Lichtströme von beiden Seitenflächen der PBS-Platten 13A gemäß einem gewünschten Dämpfungs faktor zu blockieren.

Selbst wenn Lichtströme von einem Teil der Fläche der PBS 13A blockiert werden, bildet jeder Lichtstrom von dem jeweiligen Element der PBS-Platte 13A Beleuchtungslicht, welches die gesamte Fläche einer jeden Flüssig kristallplatte 7, 8, 9 bedeckt, weshalb nicht zu befürchten ist, dass die Beleuchtungsfleckform an jeder Flüssigkristallplatte 7, 8, 9 kleiner wird.

Fig. 7 zeigt das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel der Anzeigevor richtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.

Bei diesem Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel sind vier Licht abschir mende Flächenelemente 351A bis 351D, welche zum Öffnen und Schlie ßen ausgebildet sind, an der zu dem zweiten Fliegenauge 3A weisenden Seite des ersten Fliegenauges 3B angeordnet. Jedes der vier Licht abschir menden Flächenelemente 351A bis 351D weist eine vorbestimmte Trape zoidform auf. Falls die Beleuchtungslichthelligkeit maximiert werden soll, werden die Licht abschirmenden Flächenelemente 351A bis 351D in ihrem offenen Zustand angeordnet, wie in Fig. 8A gezeigt ist (welche eine An sicht in Richtung des Pfeils H ist, ebenso Fig. 8B), so dass die Lichtströme durch die gesamte Fläche des ersten Fliegenauges 3B hindurchtreten kön nen. Falls im Gegensatz dazu die Beleuchtungslichthelligkeit reduziert werden soll, werden die Licht abschirmenden Flächenelemente 351A bis 351D in ihrem geschlossenen Zustand angeordnet, wie in Fig. 8B gezeigt ist, so dass die Lichtströme lediglich durch den zentralen Bereich des ersten Fliegenauges 3B hindurchtreten können.

Selbst wenn die Lichtströme lediglich durch den zentralen Bereich des ersten Fliegenauges 38 hindurchtreten können, wie in Fig. 5B gezeigt ist, ist nicht zu befürchten, dass die Beleuchtungsfleckform an jeder Flüssig kristallplatte 7, 8, 9 kleiner wird, da der durch jedes Linsenelement des ersten Fliegenauges 3B hindurchtretende Lichtstrom derart konfiguriert ist, dass er die gesamte Fläche einer jeden Flüssigkristallplatte 7, 8, 9 beleuch tet.

Obwohl in Ausführungsform 5 die zum Öffnen und Schließen ausgebildeten Licht abschirmenden Flächenelemente 351A bis 351D an der zu dem zweiten Fliegenauge 3A weisenden Seite des ersten Fliegenauges 3B angeordnet sind, können derartige Licht abschirmende Elemente an der zur Kollektivlinse 4 weisenden Seite des ersten Fliegenauges 3B oder an jeder Seite des zweiten Fliegenauges 3A angeordnet sein. Nichtsdestotrotz ist ein Anordnen derselben zwischen den beiden Fliegenaugen 3A, 3B hin sichtlich des Bauraums vorteilhaft.

Wie im Vorhergehenden erklärt wurde, werden verschiedene Elemente nahe des ersten Fliegenauges 3B an Positionen bewegt, welche optisch mit der Pupillenposition der Projektionslinse 11 konjugiert sind, um die Lichtmenge eines effektiven Lichtstroms in jeder der oben erwähnten Ausführungs formen einzustellen.

Der Bewegungsmechanismus kann dabei ein beliebiges Mittel sein, solange es jedes Element mit einer vorbestimmten Präzision bewegen kann. Es können bekannte Mechanismen zur Bewegung von in verschiedenen opti schen Vorrichtungen eingesetzten Elementen verwendet werden.

Mechanismen zur Bewegung der zweiten Lichtabschirmplatte 52 in der oben erwähnten Ausführungsform 1 werden nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden.

Fig. 9 ist ein Mechanismus, durch welchen die zweite Lichtabschirmplatte 52 zwischen zwei voneinander in Richtung des Doppelpfeils B in Fig. 1 gesonderten Positionen schaltbar ausgeführt ist. Durch Ein/Ausschalten des Solenoids eines Plungers (ein Plunger vom Magnethalte-Typ) 101, ist nämlich eine Stange 102 zwischen zwei Positionen, d. h. zwischen ihrer Vorsprungs- und Rückzugsposition, schaltbar. Als Folge wird ein Drehhebel 103, welcher drehbar an einer Achse 104 angebracht ist und dessen einer Arm 105 axial durch die Stange 102 und dessen anderer Arm 106 axial durch die zweite Lichtabschirmplatte 52 gehalten ist, zwischen zwei Dreh stellungen schaltbar gemacht, so dass die zweite Lichtabschirmplatte 52 zwischen zwei Stellungen orthogonal zur Richtung der optischen Achse relativ zur ersten Lichtabschirmplatte 51 bewegbar ist. In dem Zustand nämlich, in welchem der Solenoid des Plungers 101 eingeschaltet ist (der in Fig. 9 gezeigte Zustand), wird die Stange 102 in den Plunger 101 zu rückgezogen, so dass der Drehhebel 103 nach rechts schwenkt, wodurch sich die zweite Lichtabschirmplatte 52 in dieser Zeichnung nach oben bewegt. Folglich werden die Schlitze 51A der ersten Lichtabschirmplatte 51 und die Schlitze 52A der zweiten Lichtabschirmplatte 52 derart positio niert, dass sie einander um ½ Breite eines jeden Schlitzes 51A, 52A überlappen (im Zustand von Fig. 2B), wodurch die durch die PBS-Platte 13 hindurchtretende Lichtstrommenge auf etwa die Hälfte ihres Maximalwer tes abnimmt.

In dem Zustand, in welchem der Solenoid von Plunger 101 ausgeschaltet ist, ragt die Stange 102 von dem in Fig. 9 gezeigten Zustand vor, so dass der Drehhebel 103 nach links schwenkt, wodurch sich die zweite Licht abschirmplatte 52 in Fig. 9 nach unten bewegt. Als Folge werden die jeweiligen Schlitze 51A, 52A der zwei Lichtabschirmplatten 51, 52 derart positioniert, dass sie einander vollständig überlappen (im Zustand von Fig. 2A). Somit ist die durch die PBS-Platte 13 hindurchtretende Lichtstrom menge maximiert.

Obwohl die zweite Lichtabschirmplatte 52 somit um ½ Schlitzbreite in einer Richtung orthogonal zur optischen Achse in dem in Fig. 9 gezeigten Bewegungsmechanismus bewegt wird, ist der Bewegungsbetrag nicht auf ½ Schlitzbreite begrenzt und kann beispielsweise auf ¼ oder ¾ der Schlitzbreite eingestellt sein.

In der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform ist ein Mikrofotosensor 107 vorgesehen, um die Position der zweiten Lichtabschirmplatte 52 zu erfas sen, wenn sich letztere absenkt. Wenn die zweite Lichtabschirmplatte so erfasst wird, wird ein Erfassungssignal zu einem Antriebsregelabschnitt zurückgemeldet.

Im Folgenden wird der in Fig. 10 gezeigte Bewegungsmechanismus erläu tert. Dieser Bewegungsmechanismus ist derart konfiguriert, dass eine zweite Lichtabschirmplatte 62 kontinuierlich in der Richtung des Doppel pfeils B (siehe Fig. 1) bewegt wird, so dass die Beleuchtungslichthelligkeit kontinuierlich geändert werden kann. Dabei sind eine erste und eine zweite Lichtabschirmplatte 61, 62 wie die oben erwähnte erste und die zweite Lichtabschirmplatte 51, 52 konfiguriert. Wie dargestellt ist, dreht sich ein Zahnrad 121, wenn ein Schrittmotor 111 dreht, wodurch sich ein Zahnrad 123 vermittels eines Planetenrades 122 dreht. Das Zahnrad 123 ist an dem Außenumfang einer Welle 124 angeordnet, wodurch sich die Welle 124 bei Drehung des Zahnrades 123 dreht.

Auf der anderen Seite ist ein Lichtabschirmplatten-Halteelement 126, welches einen Seitenrandabschnitt der zweiten Lichtabschirmplatte 62 hält, mit einem Passteil 125 versehen, welches mit der Welle 124 zusammen passt. Obwohl es nicht dargestellt ist, sind die Innenwand des Passteils 125 und die Außenwand der Weile 124 mit jeweiligen Verzahnungen versehen, welche miteinander kämmen (etwa in der Art eines Spindel triebs). Daher bewegt sich das mit der Welle 124 kämmende Lichtab schirmplatten-Halteelement 126 in der Richtung des Doppelpfeils B (siehe Fig. 1), wenn sich die Welle 124 bei Drehung des Motors 111 dreht. Folg lich wird die Überlappungsfläche zwischen den jeweiligen Schlitzen der ersten und der zweiten Lichtabschirmplatte 61, 62, wie in der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform, verändert, wodurch die Beleuchtungslichthel ligkeit variabel gemacht ist, und das einzustellende Helligkeitsniveau im Gegensatz zu dem von Fig. 9 kontinuierlich verändert werden kann.

Wie bei dem in Fig. 9 gezeigten Bewegungsmechanismus ist der in Fig. 10 gezeigte Bewegungsmechanismus mit einem Mikrofotosensor 117 zur Erfassung der Position der zweiten Lichtabschirmplatte 62 versehen, wenn sich Letztere bewegt. Weiter ist der in Fig. 10 gezeigte Bewegungsmecha nismus mit einem Mikrofotosensor 118 zur Erfassung der Motordrehstel lung versehen. Durch Erfassen des Drehwinkels einer perforierten Scheibe 127 (mit einem Drehwinkel-Erfassungsloch bei jedem vorbestimmten Win kel), welche sich bei Drehung des Motors 111 dreht, erfasst der Mikrofoto sensor 118 den Drehbetrag des Motors 111.

Ohne auf die oben erwähnten Ausführungsformen eingeschränkt zu sein, können das Beleuchtungs-Optiksystem und die Projektions-Anzeigevor richtung der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten modifiziert sein. Beispielsweise können, obwohl ein Polarisations-Prismenfeld in den oben erwähnten Ausführungsformen als die PBS-Platte verwendet ist, ebenso andere Polarisations-Strahlteiler verwendet sein.

Das Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel in der Vorrichtung der vor liegenden Erfindung ist nicht auf jene beschränkt, welche die Lichtmenge durch Bewegen von Elementen physisch einstellen. Beispiele dafür um fassen jene, welche dazu ausgebildet sind, den Lichtabschirmbetrag elek trisch einzustellen (z. B. Flüssigkristallschließen), jene, welche dazu ausge bildet sind, den Lichtabschirmbetrag gemäß der Lichtwellenlänge einzustel len, usw., mit welchen eine physische Bewegung von Elementen nicht einhergeht.

Obwohl ein Paar von Fliegenaugen in den oben erwähnten Ausführungs formen angeordnet ist, ist die vorliegende Erfindung auch auf Ausführungs formen anwendbar, bei welchen eine Mehrzahl von Fliegenaugenpaaren rotationssymmetrisch um die optische Achse herum vorgesehen ist.

Die vorliegende Erfindung ist ebenso auf andere Lichtventile als Flüssig kristallplatten anwendbar, z. B. auf eine Anzeigevorrichtung, welche ein DMD verwendet.

Bei dem Beleuchtungs-Optiksystem und der Projektions-Anzeigevorrichtung der wie vorstehend erläuterten vorliegenden Erfindung ist nahe einer Inte gratoreinheit zur Homogenisierung eines Lichtstroms von einer Lichtquelle eine Struktur vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, den effektiven Lichtstromdurchmesser von Beleuchtungslicht an einem Lichtventil ein zustellen.

Da Positionen nahe der auf der Lichtventil-Seite gelegenen Integratorplatte derart eingestellt sind, dass sie optisch konjugiert mit der Pupillenposition einer Projektionslinse sind, kann ein Regulieren eines Lichtstroms nahe dieser Integratorplatte die Beleuchtungslichthelligkeit ziemlich effektiv steuern, wie in dem Falle, in welchem die Projektionslinse mit einer Blende versehen ist, um den Lichtstrom zu regulieren.

Wenn der Lichtstrom durch die Integratoreinheit eingestellt ist, befindet sich der Lichtstrom in einem Zustand, in welchem er keine Bildinformation überträgt, wodurch Fehler bei seiner Einstellung die Bildqualität sehr gering fügig beeinträchtigen können.

Da die Integratoreinheit weiterhin durch eine inhärent im Beleuchtungs- Optiksystem angeordnete Kühlstruktur gekühlt ist, ist es nicht notwendig, gesonderte Kühlstrukturen vorzusehen, wodurch hinsichtlich von Kosten und Bauraum eine höhere Effizienz erreicht werden kann.

Bei einem Beleuchtungs-Optiksystem, umfassend eine Lichtquelleneinheit (1, 2), eine Integratoreinheit (3) zur Homogenisierung eines Lichtstroms von der Lichtquelleneinheit (1, 2), sowie ein Lichtventil (7, 8, 9) zur Modu lation von Licht von der Integratoreinheit (3) gemäß vorbestimmter Bild information sowie zur Ausgabe von derart moduliertem Licht, ist ein Effek tivlichtstrommengen-Einstellmittel (51, 52; 61, 62; 151; 3A, 3B; 251; 351A-351D), welches dazu ausgebildet ist, eine von einem effektiven Lichtstrom an dem Lichtventil (7, 8, 9) hervorgerufene Lichtmenge ein zustellen, in oder nahe der Integratoreinheit (3) angeordnet.

Claims

1. Beleuchtungs-Optiksystem, umfassend:
eine Lichtquelleneinheit (1, 2),
eine Integratoreinheit (3), bei welcher eine Mehrzahl von Integratorplatten (3A, 3B), von denen jede eine Anzahl von zweidi mensional angeordneten Linsenfeldern umfasst, derart angeordnet ist, dass sie einen Lichtstrom von der Lichtquelleneinheit (1, 2) homogenisiert, und
ein Lichtventil (7, 8, 9) zur Modulation von Licht von der Integratoreinheit (3) nach Maßgabe von vorbestimmter Bildinforma tion sowie zur Ausgabe von derart moduliertem Licht,
wobei ein Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel (51, 52; 61, 62; 151; 3A, 3B; 251; 351A-351D), welches dazu ausgebildet ist, eine durch einen effektiven Lichtstrom an dem Lichtventil (7, 8, 9) hervorgerufene Lichtmenge einzustellen, in oder nahe der Integrator einheit (3) angeordnet ist.

2. Beleuchtungs-Optiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass ein Polarisations-Strahlteiler (13; 13A) mit einem kamm förmigen Polarisations-Trennprismenfeld und einer ½-Wellenlängen platte auf der Lichtventil-Seite der Integratoreinheit (3) angeordnet ist, und dass der Polarisations-Strahlteiler (13A) in einer Richtung (C, D) derart bewegbar ist, dass die durch den effektiven Lichtstrom an dem Lichtventil (7, 8, 9) hervorgerufene Lichtmenge einstellbar ist.

3. Ein Beleuchtungs-Optiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Polarisations-Strahlteiler (13; 13A) mit einem kammförmigen Polarisations-Trennprismenfeld und einer ½-Wellen längenplatte auf der Lichtventil-Seite der Integratoreinheit (3) an geordnet ist, und dass eine Lichtabschirmplatte (51, 52; 61, 62; 151) zwischen der Integratoreinheit (3) und dem Polarisations-Strahlteiler (13; 13A) angeordnet ist und in einer Richtung (B; D) orthogonal zu einer opti schen Achse bewegbar ist, um eine Lichtmenge einzustellen, welche auf den Polarisations-Strahlteiler (13; 13A) einfällt.

4. Beleuchtungs-Optiksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Lichtabschirmplatte (51, 52; 61, 62; 151) auf der Lichtventil-Seite der Integratoreinheit (3) angeordnet ist und in einer Richtung (B, D) orthogonal zu einer optischen Achse beweg bar ist, um eine von der Integratoreinheit (3) ausgesendete Licht menge einzustellen.

5. Beleuchtungs-Optiksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass aus einer Mehrzahl von die Integratoreinheit (3) bildenden Integratorplatten (3A, 3B) wenigstens eine Integratorplatte (3B) mit einem Effektivlichtstrommengen-Einstellmittel(351A-351D)versehen ist, um die durch den effektiven Lichtstrom an dem Lichtventil (7, 8, 9) hervorgerufene Lichtmenge einzustellen.

6. Beleuchtungs-Optiksystem, umfassend:
eine Lichtquelleneinheit (1, 2),
eine Integratoreinheit (3), bei welcher eine Mehrzahl von Integratorplatten (3A, 3B), von denen jede eine Anzahl von zweidi mensional angeordneten Linsenfeldern umfasst, derart angeordnet ist, dass sie einen Lichtstrom von der Lichtquelleneinheit (1, 2) homogenisiert, und
ein Lichtventil (7, 8, 9) zur Modulation von Licht von der Integratoreinheit (3) nach Maßgabe von vorbestimmter Bildinforma tion sowie zur Ausgabe von derart moduliertem Licht,
wobei aus einer Mehrzahl von die Integratoreinheit (3) bilden den Integratorplatten (3A, 3B) wenigstens ein Paar von in Richtung einer optischen Achse angeordneten Integratorplatten (3A, 3B) einen Abstand zwischen sich aufweist, welcher veränderbar ist, um eine durch einen effektiven Lichtstrom an dem Lichtventil (7, 8, 9) her vorgerufene Lichtmenge einzustellen.

7. Projektions-Anzeigevorrichtung, umfassend das Beleuchtungs-Optik system nach einem der Ansprüche 1 bis 6, sowie eine Projektions linse (11) zum Projizieren eines optischen Bildes auf einen Schirm, welches Bild von von dem Lichtventil (7, 8, 9) moduliertem Licht übertragen wird.