DE10110148A1

DE10110148A1 - Projektionsapparat

Info

Publication number: DE10110148A1
Application number: DE10110148A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Osaka
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2001-10-18
Also published as: US6481852B2; JP2001249406A; JP3347121B2; US20010019396A1

Abstract

Es ist ein Projektionsapparat beschrieben, welcher folgendes aufweist: ein optisches Lichtmodulationssystem, welches weißes Licht eine Vielzahl von Lichtkomponenten mit jeweiligen Wellenlängenbereichen trennt, die Intensität einer jeden aus der Vielzahl der Lichtkomponenten steuert, und dann die gesteuerte Vielzahl von Lichtkomponenten zusammensetzt; eine Projektionslinse zur Projektion des in dem optischen Lichtmodulationssystem gebildeten Lichts; ein optisches Lichtquellensystem, welche es ermöglicht, daß das weiße Licht aus dem System austritt, wobei das optische Lichtquellensystem so angeordnet ist, daß die optische Achse des optischen Lichtquellensystems relativ zur optischen Achse des optischen Lichtmodulationssystems verlagert ist; und eine Fokussierlinse, welche derart angeordnet ist, daß die optische Achse der Fokussierlinse mit der optischen Achse des optischen Lichtmodulationssystems zusammenfällt, zur Fokussierung des Lichtausgangsignals vom optischen Lichtquellensystem und zur Eingabe des fokussierten Lichts in das optische Lichtmodulationssystem. Mit Hilfe dieser Konstruktion kann der Projektionsapparat eine kleine Apparatgröße, eine geringe Apparatdicke und projizierte Bilder realisieren, welche eine hohe Beleuchtungsstärke und eine unbedeutende Farbschattierung aufweisen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Projektionsapparat, und insbe sondere einen Projektionsapparat, der weißes Licht in Licht komponenten der Grundfarben trennt, die separaten Lichtkom ponenten moduliert, und anschließend die modulierten Licht komponenten zusammensetzt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es existieren verschiedene herkömmliche Projektionsapparate für das Projizieren von Bildern entsprechend von Bildsignalen. Diese Projektionsapparate werden in ein System klassifiziert, in welchem weißes Licht von einer Lichtquelle durch einen alle Farben aufweisenden Lichtmodulator geleitet wird und an schließend eine Projektion erfolgt, und in ein System, in wel chem weißes Licht von einer Lichtquelle in Lichtkomponenten dreier Grundfarben getrennt wird, welche dann durch jeweilige Lichtmodulatoren geleitet und dann zusammengesetzt werden, wo bei anschließend eine Projektion erfolgt. Die vorliegende Er findung gehört dem zweiten System an.

Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung No. 171045/1998 beschreibt einen Projektionsapparat, die durch Verwendung zweier dichroitischer Spiegel Licht trennt und die getrennten Lichtkomponenten zusammensetzt, indem ein dichroitisches Quer prisma verwendet wird. Das in dieser Veröffentlichung be schriebene Verfahren wird als ein erstes Ausführungsbeispiel des Stands der Technik erklärt.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht, die den Aufbau des ersten Aus führungsbeispiels des herkömmlichen Projektionsapparats zeigt.

Der in Fig. 3 gezeigte Projektionsapparat weist ein optisches Lichtquellensystem 600, ein optisches Lichttrennungssystem 700, ein optisches Lichtleitsystem 720, ein optisches Lichtzu sammensetzungssystem 780 und eine Projektionslinse 770 auf.

Licht mit willkürlichen Polarisierungskomponenten, welches von einer Lichtquelle 611 emittiert wird, wird von einem konkaven Spiegel 612 reflektiert und gelangt dann in den ersten und zweiten Integrator 620 bzw. 630.

Der erste und zweite Integrator 620 bzw. 630 weisen jeweils eine Anzahl von kleinsten rechtwinkligen Linsen auf, welche kontinuierlich in einer planaren Matrixform angeordnet worden sind, und arbeiten so, daß sie die Beleuchtungsstärkenvertei lung des einfallenden Lichts homogenisieren und anschließend das homogenisierte Licht ausgegeben.

Der Polarisierungslicht-Konverter 640 richtet das vom ersten und zweiten Integrator ausgegebene Licht in einer spezifischen linearen Polarisierungsrichtung aus und gibt das ausgerichtete Licht aus. Das Licht von der Lichtquelle 611 wird dann durch ein Fokussierlinse 650 und einen Reflexspiegel 660 geleitet und an Bestrahlungsbereichen in der Nähe der Lichtventile 750, 752 und einer Lichtleitlinse 730 angelegt.

Ein erster dichroitischer Spiegel 710 reflektiert Rotlicht- und Grünlichtkomponenten unter den Komponenten des einfal lenden Lichts, und ermöglicht lediglich das Hindurchgelangen einer Blaulichtkomponente. Die übertragene Blaulichtkomponente gelangt durch einen Reflexspiegel 718, einen Kondensor 744 und ein Lichtventil 750 in der genannten Reihenfolge, und gelangt dann in eine dichroitisches Querprisma 760.

Der zweite dichroitische Spiegel 712 ermöglicht nur die Wei terleitung der Rotlichtkomponente unter den Rotlicht- und Grünlichtkomponenten als das einfallende Licht und reflektiert lediglich die Grünlichtkomponente. Die reflektierte Grünlicht komponente wird durch den Kondensor 742 und das Lichtventil 752 in der genannten Reihenfolge geleitet und gelangt dann in das dichroitische Querprisma 760.

Andererseits gelangt die durch den zweiten dichroitischen Spiegel 720 hindurchgeleitete Rotlichtkomponente durch eine Lichtleitlinse 730, einen Reflexspiegel 722, eine Lichtleit linse 732, einen Reflexspiegel 724, einen Kondensor 744 und ein Lichtventil 754 in der genannten Reihenfolge und gelangt anschließend in das dichroitische Querprisma 760.

Die in das dichroitische Querprisma 760 eingegebenen Rot licht-, Grünlicht- und Blaulichtkomponenten sind so zusammen gesetzt, daß sie ein Gesamtfarbbild bilden, das in einer ver größerten Art und Weise durch eine Projektionslinse 770 auf einen Projektionsbildschirm 800 projiziert wird.

Somit weist der Projektionsapparat als das erste Beispiel des Stands der Technik einen derartigen Aufbau auf, daß Lichtkom ponenten der drei Grundfarben in das zweite dichroitische Prisma 760 von drei Seiten um das zweite dichroitische Prisma 760 herum aus zur Bildung der eingelassenen Lichtkomponenten eingelassen werden.

Die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung No. 158167/1993 beschreibt einen Projektionsapparat, welcher unter Verwendung eines dichroitischen Querspiegels Licht trennt und dann die getrennten Lichtkomponenten zusammensetzt, indem er einen weiteren dichroitischen Querspiegel verwendet. Das in dieser Veröffentlichung beschriebene Verfahren wird als ein zweites Beispiel des Stands der Technik erklärt.

Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau des zweiten Beispiels des herkömmlichen Projektionsapparats zeigt.

Der in Fig. 4 gezeigte Projektionsapparat umfaßt eine Licht quelle 911, einen konkaven Spiegel 933, einen ersten dichroi tischen Querspiegel 931, Reflexspiegel 934, 935, 937, 938, 940, 941, Flüssigkristall-Felder 936, 939, 942, einen zweiten dichroitischen Spiegel 932 und eine Projektionslinse 943.

Licht mit willkürlichen Polarisierungskomponenten, das von der Lichtquelle 911 emittiert wird, wird vom konkaven Spiegel 933 reflektiert und gelangt anschließend in den ersten dichroiti schen Querspiegel 931.

Der erste dichroitische Querspiegel 931 weist eine Kombination aus einem Rotlicht übertragenden dichroitischen Querspiegel und einem Blaulicht übertragenden dichroitischen Querspiegel auf, wobei beide Spiegel auf der optischen Achse 911x der Lichtquelle 911 so angeordnet sind, daß sie einen Neigungs winkel von 45 Grad zur optischen Achse 911x aufweisen und orthogonal zueinander angeordnet sind, und arbeitet derart, daß er das weiße Licht von der Lichtquelle 911 in Lichtkom ponenten der drei Grundfarben, d. h. in Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulichtkomponenten trennt.

Ein Paar Reflexspiegel 934 und 935, ein Paar Reflexspiegel 937 und 938, und ein Paar Reflexspiegel 940 und 941 sind jeweils auf den Lichtwegen der Grünlicht-, Rotlicht- und Blaulicht- Komponenten zur Krümmung eines jeden Lichtwegs angeordnet, da mit diese eine "⊂"-Form bilden.

Der zweite dichroitische Spiegel 932 weist eine Kombination aus einem Rotlicht reflektierenden dichroitischen Spiegel und einem Blaulicht reflektierenden dichroitischen Spiegel auf, wobei die beiden Spiegel jeweils so angeordnet sind, daß sie einen Neigungswinkel von 45 Grad zur optischen Ausgangsachse aufweisen und orthogonal zueinander angeordnet sind. Der zwei te dichroitische Spiegel 932 ist knapp unter und angrenzend zum ersten dichroitischen Spiegel 931 angeordnet und setzt die Grünlicht-, Rotlicht- und Blaulicht-Komponenten zusammen, wel che durch die Reflexspiegel 935, 938, 941 zur Bildung eines Gesamtfarbenlichts reflektiert werden, welches dann ausgegeben wird.

Das von dem zweiten dichroitischen Querspiegel 932 zusammenge setzte Gesamtfarbenlicht wird als ein Projektionsbild mit Hilfe der Projektionslinse 943 auf den Projektionsbildschirm 944 projiziert.

Auf diese Weise macht in dem Projektionsapparat gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik die Annahme eines Aufbaus, bei dem der erste und zweite dichroitische Spiegel 931 bzw. 932 jeweils übereinander als oberer bzw. unterer dichroitischer Querspiegel derart angeordnet sind, daß sie aneinander angrenzen, die Notwendigkeit überflüssig, das optische Lichtleitsystem 720 in dem Projektionsapparat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik vorzusehen.

Die Projektionsapparate gemäß den oben beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen des Stands der Technik wiesen jedoch die fol genden Probleme auf.

In dem Projektionsapparat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik sollten die Lichtkomponenten der drei Grundfarben von den drei Seiten des zweiten dichroitischen Querprismas 760 aus eingeführt werden. Aus diesem Grund ist bei diesem Aufbau das Vorsehen des optischen Lichtleitsystems 720 unerlässlich.

Da sich jedoch die Länge des Lichtweges der Rotlichtkomponen te, die durch das optische Lichtleitsystem 720 geleitet wird, von den Längen der Lichtwege der Grünlicht- und Blaulicht- Komponenten, die nicht durch das optische Lichtleitsystem 720 geleitet werden, unterscheidet, weicht die Beleuchtungsstär kenverteilung auf einem Lichtventil 733 auf dem Lichtweg der Rotlichtkomponente ungünstig von den Beleuchtungsstärkenver teilungen auf den Lichtventilen 731, 732 auf den Lichtwegen der Grünlicht- und Blaulichtkomponenten ab. Folglich tritt ein Problem von Farbschattierungen auf, wenn Weiß auf dem gesamten Projektionsbildschirm angezeigt wird, d. h. es tritt ein Farb unterschied zwischen dem Zentralabschnitt des projizierten Bildes auf dem Projektionsbildschirm 800 und dem Rand des projizierten Bildes auf.

Da sich die Menge der Rotlichtkomponente, die in die Projek tionslinse 770 einfällt, von der Menge an Grünlicht- und Blau licht-Komponenten unterscheidet, tritt ebenfalls ein Problem von Farbschattierungen im projizierten Bild auf dem Projek tionsbildschirm 800 dann auf, wenn weiß auf dem gesamten Pro jektionsbildschirm 800 angezeigt wird.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik weist der Projektionsapparat als das zweite Ausfüh rungsbeispiel des Stands der Technik kein optisches Licht leitsystem 720 auf, und es treten deshalb die obigen Probleme nicht auf. Anstatt dessen sollte jedoch, da der Aufbau, bei welchem der erste und zweite dichroitische Querspiegel 931 bzw. 932 vertikal übereinander angeordnet sind, unerlässlich für den Projektionsapparat als das zweite Ausführungsbeispiel des Stands der Technik ist, eine Lichtquelle mit einem großen Volumen angrenzend an die dichroitischen Querspiegel vorgese hen sein. Dies stellt ein Problem aufgrund der größeren Höhe des Projektionsapparats dar.

Da ferner der Projektionsapparat als das zweite Ausführungs beispiel des Stands der Technik keine optische Vorrichtung für die Homogenisierung der Beleuchtungsstärkenverteilung, wie z. B. Integratoren, im Lichtquellenabschnitt aufweist, ist die Beleuchtungsstärkenverteilung des Projektionsbildschirms 944 heterogen, d. h. der Zentralabschnitt ist hell, während der Randabschnitt dunkel ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Projektionsapparat zu schaffen, welcher klein und dünn ist und projizierte Bilder mit einer großen Beleuchtungsstärke und ohne signifikante Farbschattierung erzeugen kann.

Die oben beschriebene Aufgabe kann durch die folgenden Merk male erreicht werden. Gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung weist ein Projektionsapparat folgendes auf:
ein optisches Lichtmodulationssystem (1 in Fig. 2), welches weißes Licht in eine Vielzahl von Lichtkomponenten mit jewei ligen Wellenlängenbereichen trennt, die Intensität einer jeden aus der Vielzahl der Lichtkomponenten steuert, und dann die gesteuerte Vielzahl von Lichtkomponenten zusammensetzt;
eine Projektionslinse (460) zur Projektion des in dem opti schen Lichtmodulationssystem (1) gebildetenen Lichts;
ein optisches Lichtquellensystem (100), welches es ermöglicht, daß das weiße Licht aus dem System austritt, wobei das opti sche Lichtquellensystem (100) so angeordnet ist, daß die op tische Achse (100x) des optischen Lichtquellensystem (100) relativ zur optischen Achse (200x) des optischen Lichtmodu lationssystems (1) verlagert ist; und
eine Fokussierlinse (150), welche derart angeordnet ist, daß die optische Achse (150x) der Fokussierlinse mit der optischen Achse (200x) des optischen Lichtmodulationssytems (1) zusam menfällt, zur Fokussierung des Lichtausgangssignals vom op tischen Lichtquellensystem (100) und zur Eingabe des fokus sierten Lichts in das optische Lichtmodulationssystem (1).

Gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung weist ein Projektions apparat folgendes auf:
ein optisches Lichttrennungssystem (200 in Fig. 2), welches das weiße Licht in eine Vielzahl von Lichtkomponenten mit je weiligen Wellenlängenbereichen trennt;
ein optisches Lichtleitsystem (250) für das Krümmen der Licht wege der Vielzahl der Lichtkomponenten, die vom optischen Lichttrennsystem (200) derart ausgegeben worden sind, daß sie eine "⊂"-Form bilden;
ein optisches Lichtzusammensetzungssystem (400), welches an grenzend zum optischen Lichttrennungssystem (200) angeordnet ist und eine Vielzahl von Lichkomponenten zusammensetzt, die vom optischen Lichtleitsystem (250) ausgegeben werden;
Lichtmodulatoren (431 bis 433), welche jeweils auf den Lich twegen zwischen dem optischen Lichttrennungssystem (200) und dem optischen Lichtzusammensetzungssystem (400) zur Steuerung der Intensität der Vielzahl von Lichtkomponenten angeordnet sind;
eine Projektionslinse (460) zur Projektion des in dem optischen Lichtzusammensetzungssystem (400) gebildeten Lichts;
ein optisches Lichtquellensystem (100), welches es ermög licht, daß das weiße Licht, welches in eine spezifische Pola risierungsrichtung polarisiert worden ist, aus diesem aus tritt, wobei das optische Lichtquellensystem (100) derart an geordnet ist, daß die optische Achse (100x) des optischen Lichtquellensystems (100) zur optischen Achse (200x) des op tischen Lichttrennungssystem (200) relativ verlagert ist; und
eine Fokussierlinse (150), welche derart angeordnet ist, daß die optische Achse (150x) der Fokussierlinse mit der optischen Achse (200x) des optischen Lichttrennungssystem (200) zusam menfällt, zur Fokussierung des von dem optischen Lichtquellen systems (100) ausgegebenen Lichts und zur Eingabe des fokus sierten Lichts in das optische Lichttrennungssystem (200). Vorzugsweise kann der Projektionsapparat ferner folgendes auf weisen: eine erste Übertragungslinse (510), welche zwischen der Fokussierlinse (150) und dem optischen Lichttrennungs system (200) angeordnet ist; und eine zweite Übertragungslinse (521 bis 523), die zwischen dem optischen Lichttrennungssystem (200) und den Lichtmodulatoren (431 bis 433) angeordnet ist.

Somit ist gemäß dem Projektionsapparat der Erfindung das opti sche Lichtleitsystem auf allen Lichtwegen der drei Grundfarben derart angeordnet, daß die Länge des Lichtwegs und der Aufbau des optischen Systems auf den Lichtwegen bei allen drei Grund farben identisch sind. Aus diesem Grund kann das Auftreten von Farbschattierungen sogar dann vermieden werden, wenn weiß auf dem gesamten Projektionsbildschirm angezeigt wird.

Das Vorsehen des optischen Übertragungssystems kann den Wir kungsgrad der Lichtnutzung verbessern, und somit kann die Beleuchtungsstärke der projizierten Bilder im Vergleich zum Projektionsapparat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik verbessert werden.

Die vertikale Verlagerung der optischen Achse des optischen Lichtquellensystems relativ zur optischen Achse des optischen Lichttrennungssystems ermöglicht eine Reduzierung der Höhe des Projektionsapparat auf die Summe der Höhe des optischen Licht trennungssystems und der Höhe des optischen Lichtzusammenset zungssystems, und somit kann die Stärke des Projektionsappa rats im Vergleich zum Projektionsapparat gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik erheblich reduziert werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht, welche den Aufbau des Projek tionsapparats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Teilseitenansicht, welche den Aufbau des Projek tionsapparats gemäß der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine Seitenansicht, welche den Aufbau des Projektions apparats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik zeigt; und

Fig. 4 eine Perspektivansicht, welche den Aufbau des Projek tionsapparats gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist ein Perspektivansicht, welche den Aufbau des Pro jektionsapparats gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt, und Fig. 2 ist eine Teilseitenansicht, welche den Aufbau des Projektionsapparats gemäß der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform darstellt. In Fig. 2 ist zum leichteren Verständnis der Erfindung lediglich der opti sche Weg der Grünlichtkomponente aus den Lichtkomponenten der drei Grundfarben gezeigt, und darüberhinaus sind die Reflexions prismen 171, 172 nicht gezeigt.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Projektionsapparat umfaßt ein optisches Lichtquellensystem 100 (Fig. 2), eine Fokussier linse 150, ein optisches Lichttrennungssystem 200 (Fig. 2) ein optisches Lichtleitsystem 250 (Fig. 2), Lichtventile 431 bis 433, ein optisches Lichtzusammensetzungssystem 400 (Fig. 2), eine Projektionslinse 460 und ein optisches Übertragungs system 500 (Fig. 2).

Von diesen Bauelementen bilden das optische Lichttrennungs system 200 (Fig. 2), das optische Lichtleitsystem 250 (Fig. 2), die Lichtventile 431 bis 433, das optische Lichtzusammen setzungssystem 400 (Fig. 2) und das optische Übertragungs system 500 (Fig. 2) zusammen ein optisches Lichtmodulations system 1.

Das optische Lichtquellensystem 100 umfaßt folgendes: eine Lichtquelle 111, wie z. B. eine Halogenlampe; einen konkaven Spiegel 112 für das Reflektieren des von der Lichtquelle 111 emittierten Lichts in eine spezifische Richtung; erste und zweite Integratoren 120, 130, welche eine große Anzahl von kleinsten, in einer planaren Matrixform angeordneten recht winkligen Linsen aufweist; und einen Polarisierungslicht-Kon verter 140, welcher die Polarisierungsrichtung des einfallen den Lichts in eine spezifische lineare Polarisierungsrichtung ausrichtet und das ausgerichtete Licht ausgibt.

Die Fokussierlinse 150 ist eine Linse, die derart angeordnet ist, daß ihre optische Achse 150x vertikal und nach unten um den Wert D relativ zur optischen Achse 100x des optischen Lichtquellensystems 100 verlagert ist. Die Fokussierlinse 150 überträgt das Licht vom optischen Lichtquellensystem 100 auf eine erste Übertragungslinse 511 und legt es an dieser an, wo bei die Übertragungslinse 511 im optischen Übertragungssystem 500 angeordnet ist, welches nachfolgend noch ausführlicher be schrieben wird.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Reflexionsprisma 171 zwischen dem ersten und zweiten Integrator 120, 130 angeord net, und ein Reflexionsprisma 172 ist zwischen der Fokussier linse 150 und der ersten Übertragungslinse 510 angeordnet. Die Reflexionsprismen 171, 172 arbeiten derart, daß die Lichtwege zur Reduzierung der Grundfläche des optischen System gekrümmt werden. Die Reflexionsprismen 171, 172 können durch Reflex spiegel ersetzt werden.

Das optische Lichttrennungssystem 200 ist derart angeordnet, daß seine Achse 200x des einfallenden Lichts mit der optischen Achse 150x des Fokussierlinse 150 zusammenfällt. Das optische Lichttrennungssystem 200 weist einen dichroitischen Querspie gel 240 auf, welcher das weiße Licht von der Fokussierlinse 150 in Lichtkomponenten der drei Grundfarben trennt, d. h. in Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulichtkomponenten. Der dichroiti sche Querspiegel 240 weist eine Kombination aus einem Rotlicht reflektierenden dichroitischen Spiegel und einem Blaulicht re flektierenden dichroitischen Spiegel auf, wobei beide Spiegel so angeordnet sind, daß sie einen Neigungswinkel von 45 Grad zur optischen Eingangsachse 200x aufweisen und orthogonal zu einander angeordnet sind.

Das optische Lichtleitsystem 250 ist auf jedem der Lichtwege der Lichtkomponenten der drei Grundfarben angeordnet und weist Reflexionsprismen 261 bis 263 auf, welche die jeweiligen Lichtkomponenten der drei Grundfarben, die vom in Querform angeordneten dichroitischen Querspiegel 240 ausgegeben werden, vollständig nach oben reflektieren. Die Reflexionsprismen 261 bis 263 weisen jeweils ein Paar Reflexspiegel 251 und 252, ein Paar Reflexspiegel 253 und 254 bzw. ein Paar Reflexspiegel 255 und 256 auf.

Entsprechend den eingegebenen Bildsignalen modulieren die Lichtventile 431 bis 433, Bildelement für Bildelement, die Übertragungsintensität des einfallenden Lichts für jede der Lichtkomponenten der drei Grundfarben, d. h. für die Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulicht-Komponenten.

Ferner sind Kondensoren 411 bis 413 auf der Einfallseite der Lichtventile 431 bis 433 für das verlustfreie Einbringen des in die Lichtventile 431 bis 433 einfallenden Lichts in eine Eingangspupille 460p der Projektionslinse 460 angeordnet.

Polarisatoren 421 bis 423 und Analysatoren 441 bis 443 sind zur Verhinderung von unnötigen polarisierten Lichtkomponenten derart angeordnet, daß die Lichtventile 431 bis 433 zwischen den Polarisatoren 421 bis 423 und den Analysatoren 441 bis 443 angeordnet sind.

Das optische Lichtzusammensetzungssystem 400 weist ein dichro itisches Querprisma 450 zur Zusammensetzung der mit Hilfe der Lichtventile 431 bis 433 modulierten Lichtkomponenten auf. Das dichroitische Querprisma 450 weist eine Kombination aus einem Prisma mit einer Rotlicht reflektierenden dichroitischen Spie gelfläche und einem Prisma mit einer Blaulicht reflektierenden dichroitischen Spiegelfläche auf, wobei die beiden Prismen so angeordnet sind, daß sie einen Neigungswinkel von 45 Grad zur einfallenden optischen Achse aufweisen und orthogonal zu einander angeordnet sind.

Das dichroitische Querprisma 450 im optischen Lichtzusammen setzungssystem 400 ist genau oberhalb und angrenzend an das dichroitische Querprisma 240 im optischen Lichttrennungssystem 200 angeordnet.

Die Projektionslinse 460 projiziert das in dem dichroitischen Querprisma 450 zusammengesetzte Licht auf einen Projektions bildschirm 470.

Das optische Übertragungssystem 500 umfaßt eine erste Übertra gungslinse 510 sowie einen zweite Übertragungslinse 521 bis 523.

Die erste Übertragungslinse 510 ist in einem ersten Bestrah lungsbereich zwischen der Fokussierlinse 150 und dem dichroi tischen Querprisma 240 angeordnet, und das von der Fokussier linse 150 ausgegebene weiße Licht wird auf die erste Übertra gungslinse 510 übertragen und an diese angelegt.

Die zweiten Übertragungslinsen 521 bis 523 (die zweite Über tragungslinse 521 ist nicht gezeigt) sind jeweils auf den Lichtwegen der Lichtkomponenten der drei Grundfarben zur Über tragung und Anlegung des in der ersten Übertragungslinse 510 als den ersten Bestrahlungsbereichen gebildeten Bildes auf bzw. an die Lichtventile 431 bis 433 als den zweiten Bestrah lungsbereich angeordnet.

Die Merkmale der bevorzugten Ausführungsform sind wie folgt.

1. Die optischen Achsen 150x, 200x der hinter der Fokussier linse 150 vorgesehenen optischen Systeme sind vertikal und nach unten um den Wert D zur optischen Achse 100x des opti schen Lichtquellensystems 100 verlagert.
2. Die erste Übertragungslinse 510 ist im ersten Bestrah lungsbereich für die Fokussierlinse 150 vorgesehen.
3. Die zweite Übertragungslinsen 521 bis 523 sind für die Übertragung und Anlegung des optischen Bildes im ersten Be strahlungsbereich in der Nähe der ersten Übertragungslinse auf bzw. an den zweiten Bestrahlungsbereich in der Nähe der Licht ventile 431 bis 433 vorgesehen.

Als nächstes wird das Prinzip des Betriebs des Projektions apparats gemäß der bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

In dem in den Fig. 1 und. 2 gezeigten Projektionsapparat wird von der Lichtquelle 111 als einer Punktlichtquelle emit tiertes Licht mit einer heterogenen Beleuchtungsstärkenver teilung und willkürlichen Polarisierungskomponenten auf den konkaven Spiegel 112 fokussiert und gelangt dann in den ersten Integrator 120.

Das in den ersten Integrator 120 einfallende Licht wird mit Hilfe einer großen Anzahl kleinster rechtwinkliger Linsen, welche den ersten Integrator 120 bilden, in Lichtkomponenten einer großen Anzahl von kleinsten rechtwinkligen Bereichen umgewandelt, welche dann ausgegeben werden.

Das vom ersten Integrator 120 ausgegebene Licht wird in den zweiten Integrator 130 eingegeben, welcher das Licht an dem ersten Bestrahlungsbereich in der Nähe der ersten Übertra gungslinse 510 verwendet.

Das Licht, welches eine willkürliche Polarisierungsrichtung aufweist und vom zweiten Integrator 130 ausgegeben wird, ge langt in den Polarisierungslicht-Konverter 140, in welchem das Licht in einer spezifischen linearen Polarisierungsrichtung ausgerichtet wird, und wird anschließend ausgegeben.

Die Fokussierlinse 150 legt die Beleuchtungsstärkenverteilung der kleinsten vom ersten Integrator 120 abgeschnittenen Be reiche auf den ersten Bestrahlungsbereich in der Nähe der ersten Übertragungslinse 510.

Auf diese Weise wird das von der Lichtquelle 111 ausgegebene Licht am ersten Bestrahlungsbereich in der Nähe der ersten Übertragungslinse 510 durch den ersten und zweiten Integrator 120, 130 und die Fokussierlinse 150 homogen angelegt.

Hier ist die Fokussierlinse 150 derart angeordnet, daß die optische Achse 150x der Fokussierlinse 150 vertikal und nach unten um den Wert D relativ zur optischen Achse 100x des op tischen Lichtquellensystems 100 verlagert ist. Genauer gesagt ist ein ausreichender Verlagerungsgrad D vorgesehen, welcher eine durch die Formel D ≧ T dargestellte Beziehung erfüllt, wobei D den Grad der Verlagerung der optischen Achse 150x der Fokussierlinse 150 relativ zur optischen Achse 100x des opti schen Lichtquellensystems 100 ist; und wobei T die Stärke des Polarisierungslicht-Konverters 140 darstellt.

Auf diese Weise wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, in der Fokussierlinse 150, welche eine Außenform aufweist, von der ein Kreisabschnitt abgeschnitten worden ist, der Lichtweg des Lichts von der Lichtquelle 111 nach unten gebrochen, wenn es durch die Fokussierlinse 150 in deren oberes Ende geleitet wird, während der Lichtweg, der durch die Fokussierlinse in deren unteres Ende gelangt, nicht gebrochen wird. Aus diesem Grund kann der gesamte Lichtstrom verlustfrei an der Einfall seite des dichroitischen Querprismas 240, welches eine klei nere Fläche als die Ausgangsfläche des konkaven Spiegels 112 aufweist, angelegt werden.

Gemäß diesem Aufbau kann die Außenabmessung der ersten und zweiten Übertragungslinsen 510 bzw. 521 bis 523 im Vergleich zur Außenabmessung der Fokussierlinse 150 um mindestens 50% reduziert werden.

Das weiße Licht von der ersten Übertragungslinse 510 gelangt in den ersten dichroitischen Querspiegel 240 und wird in Lichtkomponenten der drei Grundfarben, d. h. in Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulicht-Komponenten getrennt.

Die getrennten Lichtkomponenten der drei Grundfarben werden durch die Reflexionsprismen 261 bis 263 reflektiert und mit Hilfe der zweiten Übertragungslinsen 521 bis 523 an den Lichtventilen 431 bis 433 im zweiten Bestrahlungsbereich an gelegt.

Für die in die Lichtventile 431 bis 433 einfallenden Licht komponenten, d. h. die Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulicht- Komponenten, wird die Übertragungsintensität entsprechend den Bildsignalen Bildelement für Bildelement moduliert und an schließend erfolgt die Lichtzusammensetzung im dichroitischen Querprisma 450.

Das zusammengesetzte Licht wird durch die Projektionslinse 400 als Gesamtfarbbild auf den Projektionsbildschirm 470 proji ziert.

Hier fokussieren die Kondensoren 411 bis 413, welche auf der Einfallseite der Lichtventile 431 bis 433 für die jeweiligen Farben angeordnet sind, das einfallende Licht ohne Verlust auf die Eingangspupille 460p der Projektionslinse 460, wodurch die Beleuchtungsstärke des projizierten Bilds auf dem Projektions bildschirm 470 verbessert wird.

Ferner sind die Polarisatoren 421 bis 423 und die Analysatoren 441 bis 443 so angeordnet, daß die Lichtventile 431 bis 433 für die jeweiligen Farben zwischen den Polarisatoren 421 bis 423 und den Analysatoren 441 bis 444 angeordnet sind, wobei der Zusammenfall der Polarisierungsrichtung des einfallenden Lichts mit der Polarisierungsrichtung der Lichtventile 431 bis 433 die Beleuchtungsstärke des projizierten Bilds auf dem Pro jektionsbildschirm 470 verbessern kann.

Auf diese Weise kann in dem Projektionsapparat der Erfindung die vertikale Höhe des Projektionsapparats auf die Summe der Höhe des optischen Lichttrennungssystems und der Höhe des op tischen Lichtzusammensetzungssystem reduziert werden.

Ferner ist in den Ausführungsbeispielen des Stands der Technik der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Integrator zwin gend durch die Abmessung der winzigen rechtwinkligen Linsen des ersten und zweiten Integrators festgelegt. Aus diesem Grund geht in diesem Fall der kleine Aufbau des ersten und zweiten Integrators auf Kosten des Lichtnutzungswirkungsgrads. Im Gegensatz dazu ist erfindungsgemäß der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Integrator dank dem Vorsehen der ersten und zweiten Übertragungslinsen zur Ausführung der Übertragung und Anlegung von Licht nicht eingeschränkt. Somit kann sowohl der kleine Aufbau als auch der hohe Wirkungsgrad bei der Lichtnut zung realisiert werden.

Übertragungs-Flüssigkristall-Lichtventile wurden in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform als der Lichtmodula tor verwendet. Anstelle des Übertragungs-Flüssigkristall- Lichtventils ist es auch möglich, Flüssigkristall-Lichtventile anderer Art als den Übertragungstyp oder Übertragungs-Licht ventile von gegenüber dem Flüssigkristall-Typ anderer Art zu verwenden.

Ferner wurde in der oben beschriebenen bevorzugten Ausfüh rungsform ein dichroitischer Querspiegel zu Lichttrennungs zwecken verwendet, während ein dichroitisches Querprisma für Lichtzusammensetzungszwecke eingesetzt wurde. Im Gegensatz hierzu kann der dichroitische Querspiegel jedoch auch zu Lichtzusammensetzungszwecken verwendet werden und das dichroitische Querprisma zu Lichttrennungszwecken. Darüber hinaus kann sowohl eine Vielzahl von dichroitischen Querspie geln als auch eine Vielzahl von dichroitischen Querprismen verwendet werden.

Wie es aus der vorherigen Beschreibung ersichtlich ist, hat der erfindungsgemäße Projektionsapparat die folgenden Aus wirkungen.

Als erstes kann die Größe und Dicke des Projektionsapparats vorteilhaft reduziert werden.

Dies ist möglich, da durch die Annahme eines Aufbaus, bei dem das optische Lichttrennungssystem und das optische Lichtzusam mensetzungssysem vertikal angrenzend übereinander angeordnet werden, sowohl die Grundfläche des gesamten optischen Systems reduziert werden kann, als auch die für die Installation des Projektionsapparats an sich benötige Fläche, und darüberhinaus die Höhe, beispielsweise auf zwei Drittel des Flüssigkristall- Projektionsapparats gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des Stands der Technik.

Der zweite Vorteil liegt darin, daß die Beleuchtungsstärke des projizierten Bildes verbessert werden kann.

Insbesondere ermöglicht das Vorsehen von ersten und zweiten Übertragungslinsen das Übertragen des auf der ersten Ubertra gungslinse gebildeten Bilds auf die Lichtventile und das Anle gen des Bilds an diesen durch die zweiten Übertragungslinsen. Aus diesem Grund kann der Abstand zwischen der Fokussierlinse und der ersten Übertragungslinse unabhängig von der Außenab messung der Lichtventile je nach Wunsch eingestellt werden. Somit können der erste und der zweite Integrator an jeder be liebigen Position angeordnet sein, und der Umwandlungswir kungsgrad des Polarisierungslicht-Konverters kann verbessert werden.

Der dritte Vorteil ist die Beseitigung der Farbschattierung bei den projizierten Bildern.

Dieser Vorteil ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Längen der Lichtwege für die drei Grundfarben identisch zueinander sind, und darüberhinaus der Aufbau der auf den jeweiligen Lichtwegen vorgesehenen optischen Systeme identisch ist.

Die Erfindung wurde ausführlich mit besonderem Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, es versteht sich jedoch, daß Veränderungen und Modifikationen innerhalb des in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Gebiets der Erfindung durchgeführt werden können.

Claims

1. Projektionsapparat, welcher folgendes aufweist:
ein optisches Lichtmodulationssystem, welches weißes Licht in eine Vielzahl von Lichtkomponenten mit jeweiligen Wel lenlängenbereichen trennt, die Intensität einer jeden aus der Vielzahl der Lichtkomponenten steuert, und dann die gesteuerte Vielzahl von Lichtkomponenten zusammensetzt;
eine Projektionslinse zur Projektion des in dem optischen Lichtmodulationssystem gebildetenen Lichts;
ein optisches Lichtquellensystem, welches es ermöglicht, daß das weiße Licht aus dem System austritt, wobei das op tische Lichtquellensystem so angeordnet ist, daß die opti sche Achse des optischen Lichtquellensystem relativ zur op tischen Achse des optischen Lichtmodulationssystems verla gert ist; und
eine Fokussierlinse, welche derart angeordnet ist, daß die optische Achse der Fokussierlinse mit der optischen Achse des optischen Lichtmodulationssystems zusammenfällt, zur Fokussierung des vom optischen Lichtquellensystem ausge gebenen Lichts und zur Eingabe des fokussierten Lichts in das optische Lichtmodulationssystem.

2. Projektionsapparat, welcher folgendes aufweist:
ein optisches Lichttrennungssystem, welches das weiße Licht in eine Vielzahl von Lichtkomponenten mit jeweiligen Wel lenlängenbereichen trennt;
ein optisches Lichtleitsystem für das Krümmen der Lichtwege der Vielzahl der Lichtkomponenten, die vom optischen Licht trennsystem derart ausgegeben worden sind, daß sie eine "⊂"-Form bilden;
ein optisches Lichtzusammensetzungssystem, welches angren zend zum optischen Lichttrennungssystem angeordnet ist, und eine Vielzahl von Lichkomponenten zusammensetzt, die vom optischen Lichtleitsystem ausgegeben werden;
Lichtmodulatoren, welche jeweils auf den Lichtwegen zwi schen dem optischen Lichttrennungssystem und dem optischen Lichtzusammensetzungssystem zur Steuerung der Intensität der Vielzahl von Lichtkomponenten angeordnet sind;
eine Projektionslinse zur Projektion des in dem optischen Lichtzusammensetzungssystem gebildeten Lichts;
ein optisches Lichtquellensystem, welches es ermöglicht, daß das weiße Licht, weiches in eine spezifische Polarisie rungsrichtung polarisiert worden ist, aus diesem entweicht, wobei das optische Lichtquellensystem derart angeordnet ist, daß die optische Achse des optischen Lichtquellensy stems zur optischen Achse des optischen Lichttrennungs system relativ verlagert ist; und
eine Fokussierlinse, welche derart angeordnet ist, daß die optische Achse der Fokussierlinse mit der optischen Achse des optischen Lichttrennungssystem zusammenfällt, zur Fo kussierung des von dem optischen Lichtquellensystem aus gegebenen Lichts und zur Eingabe des fokussierten Lichts in das optische Lichttrennungssystem.

3. Projektionsapparat nach Anspruch 2, welcher ferner folgen des aufweist:
eine erste Übertragungslinse, welche zwischen der Fokus sierlinse und dem optischen Lichttrennungssystem angeordnet ist; und
eine zweite Übertragungslinse, welche zwischen dem opti schen Lichttrennungssystem und den Lichtmodulatoren ange ordnet ist.

4. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtquellensystem folgendes aufweist:
eine Lichtquelle zur Ausgabe des weißen Lichts;
einen Integrator zur Homogenisierung der Beleuchtungsstär kenverteilung des von der Lichtquelle ausgegebenen weißen Lichts;
einen Polarisierungslicht-Konverter, welcher das vom Inte grator ausgegebene Licht als das in die spezifische Pola risierungsrichtung polarisierte weiße Licht ausgibt.

5. Projektionsapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator folgendes aufweist:
einen ersten Integrator für das Abschneiden des weißen Lichts, welches von der Lichtquelle ausgegeben worden ist, als Lichtkomponenten einer großen Anzahl von kleinsten Be reichen; und
einen zweiten Integrator für das Übertragen und Projizieren des Lichts, das vom ersten Integrator ausgegeben worden ist.

6. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wel cher ferner ein Reflexionsprisma aufweist, das zwischen der Lichtquelle und dem optischen Übertragungssystem angeordnet ist und das von der Lichtquelle ausgegebene Licht in Rich tung zum optischen Übertragungssystem hin reflektiert.

7. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wel cher ferner einen Reflexspiegel aufweist, der zwischen der Lichtquelle und dem optischen Übertragungssystem angeordnet ist und das von der Lichtquelle ausgegebene Licht in Rich tung zum optischen Übertragungssystem hin reflektiert.

8. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichttrennungssystem derart angordnet ist, daß eine durch die Formel D ≧ T dar gestellte Beziehung erfüllt ist, wobei D den Grad der Ver lagerung der optischen Achse der Fokussierlinse relativ zur optischen Achse des optischen Lichtquellensystems dar stellt; und wobei T die Dicke des Polarisierungslicht- Konverters darstellt.

9. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichttrennungssystem einen dichroitischen Querspiegel aufweist.

10. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichttrennungs system ein dichroitisches Querprisma aufweist.

11. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtleitsystem folgendes aufweist:
ein Reflexionsprisma, das auf den Lichtwegen der Vielzahl der vom optischen Lichttrennungssystem ausgegebenen Licht komponenten angeordnet ist, und so arbeitet, daß die Lichtwege der Vielzahl der von dem optischen Lichttren nungssystem ausgegebenen Lichtkomponenten eine "⊂"-Form bilden.

12. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtleitsystem folgendes aufweist:
einen ersten Reflexspiegel, der auf den Lichtwegen der Vielzahl der von dem optischen Lichttrennungssystem aus gegebenen Lichtkomponenten angeordnet ist, und so arbei tet, daß die Vielzahl der von dem optischen Lichttren nungssystem ausgegebenen Lichtkomponenten parallel zu einander reflektiert werden; und
einen zweiten Reflexspiegel, der auf den Lichtwegen der Vielzahl der von dem ersten Reflexspiegel reflektierten Lichtkomponenten angeordnet ist, und so arbeitet, daß er die Vielzahl der vom ersten Reflexspiegel reflektierten Lichtkomponenten in Richtung zum optischen Lichtzusammen setzungssystem hin reflektiert.

13. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die Lichtmodulatoren jeweils ein Übertragungs-Lichtventil bilden.

14. Projektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmodulatoren jeweils ein Flüssigkristall-Lichtventil bilden.

15. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die Lichtmodulatoren jeweils ein Übertragungs-Flüssigkristall-Lichtventil bilden.

16. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtzusammenset zungssystem einen dichroitischen Querspiegel aufweist.

17. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtzusammenset zungssystem ein dichroitisches Querprisma aufweist.

18. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 17, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtzusammenset zungssystem ferner einen auf der Lichteinfallseite der Lichtmodulatoren angeordneten Kondensor aufweist.

19. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 2 bis 18, da durch gekennzeichnet, daß das optische Lichtzusammenset zungssystem ferner einen Polarisator und einen Analysator aufweist, welche derart angeordnet sind, daß der Lichtmo dulator zwischen dem Polarisator und dem Analysator ange ordnet ist.

20. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 3 bis 19, da durch gekennzeichnet, daß die Fokussierlinse so arbeitet, daß das vom optischen Lichtquellensystem ausgegebene Licht auf die erste Übertragungslinse übertragen und an dieser angelegt wird.

21. Projektionsapparat nach einem der Ansprüche 3 bis 19, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Übertragungslinse so arbeitet, daß das von der ersten Übertragungslinse ausge gebene Licht auf den Lichtmodulator übertragen und an die sem angelegt wird.