DE102004001800B4

DE102004001800B4 - Optisches Beleuchtungssystem und Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp

Info

Publication number: DE102004001800B4
Application number: DE102004001800A
Authority: DE
Inventors: Taketoshi Hibi; Shinji Okamori
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2024-01-06
Also published as: JP2004212759A; US7040766B2; US20040141161A1; CN1517785A; DE102004001800A1; CN100388119C; JP4086664B2

Abstract

Ein optisches Beleuchtungssystem zum Leiten eines von einer Lichtquelle (1) emittierten Lichts zu einem zu beleuchtenden Gegenstand (5) entlang eines optischen Pfades enthält einen ersten reflektierenden Spiegel (4), der einen Teil eines Lichts reflektiert, das sich in einer Vorwärtsrichtung entlang des optischen Pfades von der Lichtquelle weg bewegt, und einen zweiten reflektierenden Spiegel (3), der einen Teil eines Lichts reflektiert, das von dem ersten reflektierenden Spiegel reflektiert wurde und sich in einer Rückwärtsrichtung entlang des optischen Pfades zur Annäherung an die Lichtquelle bewegt. Der erste reflektierende Spiegel hat eine Öffnung (14), die einer Lichteintrittsfläche (5a) des zu beleuchtenden Gegenstands zugewandt ist, und der zweite reflektierende Spiegel hat ein Fenster (13), das dem von der Lichtquelle emittierten Licht ermöglicht, durch es hindurchzugehen, wodurch ein optischer Hohlraum (C1) durch den ersten und den zweiten reflektierenden Spiegel gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Beleuchtungssystem zum Führen des von einer Lichtquelle emittierten Lichts zu einem Lichtventil zum Erzeugen eines Bildes, und auf eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp mit einem derartigen optischen Beleuchtungssystem.
Bei der bekannten Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp wandelt das optische Beleuchtungssystem von dieser mit der Fähigkeit zum Kondensieren und Übertragen von eintreffendem Licht das von der Lichtquelle emittierte Licht in einen Lichtstrahl mit gleichförmiger Helligkeitsverteilung innerhalb seines Querschnitts, mit dem das Lichtventil hiervon beleuchtet wird, um. Die Lichtquelle kann eine Quecksilberlampe mit sehr hohem Druck sein. Das divergente Licht von der Lampe wird durch einen nahe der Lampe angeordneten konkaven Spiegel in paralleles oder konvergierendes Licht umgewandelt und tritt in das optische Beleuchtungssystem ein. Das von der Lampe emittierte Licht hat, wenn es kondensiert ist, eine rotationssymmetrische Helligkeitsverteilung, bei der die Helligkeit zu dem Mittenbereich innerhalb ihres zu der optischen Achse senkrechten Querschnitts zunimmt. Eine derartige Helligkeitsverteilung ist nicht geeignet zum Beleuchten des Lichtventils, und es wird daher in einen Lichtstrahl umgewandelt, der einen rechteckigen Querschnitt hat und innerhalb des rechteckigen Querschnitts eine gleichförmige Helligkeit aufweist.
Eines der Verfahren zum Erhalten eines derartigen Beleuchtungslichtstrahls verwendet eine säulenartige optische Vorrichtung als einen optischen Integrator. Bei diesem Verfahren wird das Licht von der Lampe kondensiert und tritt in die säulenförmige optische Vorrichtung (ein Glasprisma oder eine Hohlkörperspiegel) an einem Ende von dieser ein, in welcher es mehrere Male reflektiert wird, um gleichförmig zu werden, und tritt aus dem anderen Ende als ein gleichförmiger, im Querschnitt rechteckiger Beleuchtungslichtstrom aus (siehe z. B. Patentdokument 1).
Ein anderes Verfahren verwendet zwei Linsenanordnungen. Bei diesem Verfahren werden Bilder von Konturen von rechteckigen Linsen einer ersten Linsenanordnung auf der Eingangsseite eines Lichtventils gebildet durch Verwendung von Linsen einer zweiten Linsenanordnung. Dieses Verfahren liefert einen gleichförmigen Beleuchtungslichtstrahl mit rechteckigem Querschnitt durch Integrieren von Lichtstrahlen, die aus einer Anzahl von Linsen der ersten Linsenanordnung austreten (siehe z. B. Patentdokument 2).
Wenn das Lichtventil eine Flüssigkristallvorrichtung ist, wird in einer Richtung polarisiertes Licht als Beleuchtungslichtstrahl verwendet. Da die Lampe als die Lichtquelle polarisiertes Licht mit verschiedenen Polarisationsrichtungen emittiert, ist es erforderlich, wenn ein polarisiertes Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung zum Beleuchten des Lichtventils zu verwenden ist, ein polarisiertes Licht mit einer zweiten Polarisationsrichtung senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung in das polarisierte Licht mit der ersten Polarisationsrichtung umzuwandeln, um den Wirkungsgrad der Verwendung des Lichts zu verbessern.
Verfahren zum Durchführen einer derartigen Polarisationsumwandlung enthalten dasjenige, das die säulenförmige optische Vorrichtung verwendet (siehe z. B. Patentdokument 3), dasjenige, das die Linsenanordnungen verwendet (siehe z. B. Patentdokument 4), und dasjenige, das ein Polarisationstrennprisma, eine Phasenplatte und einen Spiegel verwendet (siehe z. B. Patentdokument 5).
Um eine kleinere und kostengünstigere Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Anzahl der verwendeten Lichtventile klein ist. Es ist eine Vorrichtung, die ein vollständiges Farbbild durch Verwendung eines einzigen Lichtventils projizieren kann, ist bekannt (siehe z. B. 2 des Nichtpatentdokuments 1). Diese Vorrichtung hat ein Farbrad zum Durchführen der Farbumschaltung zwischen drei Grundfarben. Jedoch ist der Wirkungsgrad der Verwendung des von der Lichtquelle emittierten Lichts niedrig, da zu einer Zeit ein Bild durch eine der drei Grundfarben gebildet wird und das Licht der beiden anderen der drei Grundfarben daher nicht berücksichtigt wird. Es wurde daher vorgeschlagen, ein einziges Lichtventil mit zwei oder mehr Grundfarben gleichzeitig zu beleuchten, um den Wirkungsgrad der Verwendung des Lichts zu verbessern (siehe z. B. Patentdokument 6, Patentdokument 7 und 9 des Nichtpatentdokuments 1).
Patentdokument 1: JP 07098479 A (2)
Patentdokument 2: JP 03111806 A (3)
Patentdokument 3: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr.: US2001/0008470 A1 (9)
Patentdokument 4: JP 2000284229 A (1)
Patentdokument 5: JP 63121821 A (1)
Patentdokument 6: JP 04316296 A (1)
Patentdokument 7: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr.: US2002/0135862 A1 (6)
Nichtpatentdokument 1: Serge Bierhuizen, Single Panel Color Sequential Projectors with Polarization Recovery, SID'02 Digest-55.5 (2 und 9)
Jedoch haben die vorbeschriebenen herkömmlichen optischen Beleuchtungssysteme die nachfolgend beschriebenen Probleme. In dem Fall der Verwendung einer säulenartigen optischen Vorrichtung als Lichtintegrator muss die säulenförmige optische Vorrichtung lang genug sein, da andernfalls ein ausreichend gleichförmiger Beleuchtungslichtstrahl nicht erhalten werden kann.
In dem Fall der Verwendung von zwei Linsenanordnungen als optischen Integrator muss jede der Linsenanordnungen eine große Querschnittsfläche haben und ein großer Abstand muss zwischen ihnen vorgesehen sein. Als eine Folge wird die Anzeigevorrichtung sehr groß.
In dem Fall der Verwendung der säulenförmigen optischen Vorrichtung zum Durchführen Polarisationsumwandlung muss die säulenförmige optische Vorrichtung eine in ihrer Lichteintrittsfläche ausgebildet Öffnung haben. Dies führt zu einem Verlust, wenn das von der Lampe emittierte Licht in die säulenförmige optische Vorrichtung eintritt. In dem Fall der Anordnung eines streifenartigen Umwandlungsprismas am hinteren Ende der Linsenanordnung zur Durchführung der Polarisationsumwandlung ist es schwierig, die Anzeigevorrichtung mit geringen Kosten herzustellen, da das streifenartige Umwandlungsprisma eine komplizierte Struktur hat und teuer ist. In dem Fall der Verwendung eines Polarisationstrennprismas werden eine Phasenplatte und ein Spiegel verwendet, um die Polarisationsumwandlung durchzuführen, und das Gewicht der Anzeigevorrichtung wird erhöht und sie wird in der Struktur kompliziert.
In dem Fall der Verwendung eines Farbrades für die Darstellung eines vollständig farbigen Bildes durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils ist der Wirkungsgrad der Nutzung des Lichts niedrig. In dem Fall der Verwendung eines drehbaren Prismas zur Darstellung eines vollständig farbigen Bildes durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils wird die Anzeigevorrichtung groß und wird kompliziert in der Struktur. In dem Fall der Verwendung eines BMF(Bandmodulationsfilter)-Schalters zur Darstellung eines vollständig farbigen Bildes durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils ist es schwierig, eine Anzeigevorrichtung mit einer ausreichend großen Lebensdauer zu erhalten.
In dem Fall der Verwendung eines Farbrades, das spiralförmig angeordnete Farbsegmente hat, um ein vollständig farbiges Bild durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils darzustellen, wird ein Lichtverlust bewirkt, da eine säulenartige optische Vorrichtung mit einer Öffnung in ihrer Lichteintrittsfläche verwendet werden muss zum Wiedereinfangen des von den Farbsegmenten reflektierten Lichts. Zusätzlich besteht das Problem, dass eine geringe Versetzung der Lichtquelle eine erhebliche Verringerung der Helligkeit eines projizierten Bildes bewirkt.
Weiterhin haben die herkömmlichen optischen Beleuchtungssysteme, bei denen reflektierende optische Vorrichtungen wie ein reflektierender Lichtschalter, ein dichroitischer Spiegel, eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung und ein reflektierendes Lichtventil so eingestellt sind, dass ihre Eintrittsflächen im rechten Winkel zu der optischen Achse sind, das Problem, dass das von solchen reflektierenden optischen Vorrichtungen reflektierte Licht in der entgegengesetzten Richtung zu der Lampe hin geworfen wird, und ein Teil des Lichts, das zu der Lampe zurückgekehrt ist, bewirkt, dass die Temperatur einer Lampenelektrode ansteigt, wodurch die Lebensdauer der Lampe verkürzt wird.
Die US 6 356 700 B1 zeigt ein optisches Beleuchtungssystem zum Führen eines von einer Lichtquelle emittierten Lichts zu einem zu beleuchtenden Gegenstand entlang eines optischen Pfades wobei ein erster reflektierender Spiegel einen Tel des Lichts reflektiert, das sich in Vorwärtsrichtung entlang des optischen Pfades von der Lichtquelle wegbewegt, und ein zweiter reflektierender Spiegel einen Teil des Lichts reflektiert, das von dem ersten reflektierenden Spiegel reflektiert wurde und sich in Rückwärtsrichtung entlang des optischen Pfades in Richtung zur Lichtquelle bewegt. Der erste reflektierende Spiegel hat eine Öffnung, die dem anderen Teil des sich in Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts ermöglicht, durch diese hindurchzugehen und den zu beleuchtenden Gegenstand zu erreichen, und der zweite reflektierende Spiegel hat ein Fenster, das dem von der Lichtquelle emittierten Licht ermöglicht, durch dieses hindurchzugehen, wodurch ein optischer Hohlraum durch den ersten und den zweiten reflektierenden Spiegel gebildet wird.
Schließlich offenbart die EP 0 327 499 B1 einen Messkopf für ein Gerät zur Erfassung von photometrischen Daten mit einer Lichtquelle, einer Projektionsoptik zur Beleuchtung eines Messflecks auf einer Messfläche, einem sphärischen Ringspiegel, einem auf einem Glasring aufgebrachten flachen ringförmigen Spiegel und einer Messoptik. Hierbei können zwischen dem sphärischen Ringspiegel und dem flachen ringförmigen Spiegel Mehrfachreflexionen auftreten.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um derartige Probleme zu beseitigen, mit dem Ziel, ein optisches Beleuchtungssystem mit Lichtintegrationsfähigkeit zu schaffen, das klein und einfach in der Struktur ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, ein derartiges optisches Beleuchtungssystem zu schaffen, das das von den reflektierenden optischen Vorrichtungen reflektierte Licht wieder verwenden kann, ohne es zu der Lichtquelle zurückzuführen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, eine kompakte und weniger kostenaufwendige Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zu schaffen, die ein helleres Bild projizieren kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine dieses aufweisende Anzeigevorrichtung. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems, das nicht die Merkmale der Erfindung aufweist,
2 eine perspektivische Ansicht eines optischen Hohlraums C1 des in 1 gezeigten optischen Beleuchtungssystems, der durch einen zweiten reflektierenden Spiegel 3 und einen ersten reflektierenden Spiegel 4 gebildet ist,
3a die Lichtverteilung um einen Konvergenzpunkt PF herum, wenn der optische Hohlraum C1 nicht vorgesehen ist,
3b die Lichtverteilung um den Konvergenzpunkt PF herum, wenn der optische Hohlraum C1 vorgesehen ist,
4a, 4b und 4c erläuternde Ansichten, die erklären, wie der optische Hohlraum das sich in der Vorwärtsrichtung bewegende Licht hereinnimmt,
5a und 5b erläuternde Ansichten, die erklären, wie der optische Hohlraum das sich in der umgekehrten Richtung bewegende Licht hereinnimmt und es als das sich in Vorwärtsrichtung bewegende Licht reflektiert,
6 eine Struktur eines optischen Beleuchtungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung,
7 die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems nach dem Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung,
8 eine Struktur eines Polarisationswandlers 16 des in 7 gezeigten optischen Beleuchtungssystems, und optische Pfade um den Polarisationswandler herum,
9 einen zweiten reflektierenden Spiegel 32 des in 7 gezeigten optischen Beleuchtungssystems, von einer Lampe 1 aus gesehen,
10a ein reflektierendes Flüssigkristall-Lichtventil 102 des in 7 gezeigten optischen Beleuchtungssystems, und optische Pfade um das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 herum,
10b und 10c Varianten des Farbrades 82,
11a, 11b, 11c die Struktur eines Polarisationswandlers 160 eines optischen Beleuchtungssystems nach dem Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung, und
12 die Struktur einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach dem Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung.
Die 1 bis 5 beziehen sich auf ein optisches Beleuchtungssystem 51, das nicht die Merkmale der Erfindung enthält, jedoch das Verständnis der Erfindung erleichtert.
Das optische Beleuchtungssystem 51 hat eine Lampe 1 als eine Lichtquelle und einen lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 als eine Lichtsammelvorrichtung, die sich nahe der Lampe 1 befindet. Ein zweiter reflektierender Spiegel 3, ein erster reflektierender Spiegel 4, eine säulenartige optische Vorrichtung 5, eine Viertelwellenplatte 6 als eine Phasenplatte, eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7, ein Farbrad 8, eine optische Übertragungsvorrichtung 9, ein Lichtventil 10 und eine Projektionslinse 11 sind in dieser Reihenfolge von der Lampe 1 ausgehend entlang eines optischen Pfades des von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten Lichts angeordnet.
Der Pfeil A bezeichnet eine Richtung der Bewegung des von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten Lichts L1, der Pfeil B bezeichnet eine Richtung der Bewegung des Lichts L2F innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5, und der Pfeil C bezeichnet eine Richtung der Bewegung des Lichts L2R innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 entgegengesetzt zu der Richtung der Bewegung des Lichts L2F. Der Pfeil D bezeichnet eine Richtung der Bewegung des in das Lichtventil 10 eintretenden Lichts L3, der Pfeil E bezeichnet eine Richtung der Bewegung des aus dem Lichtventil 10 austretenden Lichts L4, und der Pfeil F bezeichnet eine Richtung der Bewegung des aus der Projektionslinse 11 austretenden und sich zu einem nicht dargestellten Schirm bewegenden Lichts L5. C1 bezeichnet einen optischen Hohlraum (Resonator), der durch den ersten reflektierenden Spiegel 4 und den zweiten reflektierenden Spiegel 3, die einander gegenüberliegen, gebildet ist, und PF bezeichnet einen Konvergenzpunkt, an dem das von der Lampe 1 emittierte Licht konvergiert.
Zur Vereinfachung der Erläuterung wird, wenn das von der Lampe 1 emittierte Licht sich von dieser weg bewegt, dies als Bewegung in ”der Vorwärtsrichtung” bezeichnet, während, wenn es sich der Lampe 1 annähert, dies als Bewegung in der ”Rückwärtsrichtung” bezeichnet.
Die Gesamtarbeitsweise des optischen Beleuchtungssystems mit der vorbeschriebenen Struktur wird nachfolgend erläutert. Das von der Lampe 1 weg divergierende Licht ändert die Richtung, wenn es von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektiert wird, um das konvergierende Licht L1 zu bilden. Das konvergierende Licht L1 geht durch ein Fenster 13, das in der Mitte des zweiten reflektierenden Spiegels 3 gebildet ist, und den Konvergenzpunkt PF hindurch und erreicht den ersten reflektierenden Spiegel 4. Ein Teil des Lichts, das den ersten reflektierenden Spiegel 4 erreicht hat, tritt in die säulenartige optische Vorrichtung 5 an deren Eintrittsfläche 5a ein und bewegt sich in der Vorwärtsrichtung. Der andere Teil wird dort reflektiert und bewegt sich in der Rückwärtsrichtung zu dem zweiten reflektierenden Spiegel 3 hin. Der erste reflektierende Spiegel 4 und der zweite reflektierende Spiegel 3 reflektieren das Licht zwischen sich wiederholt, bis es in die Eintrittsfläche 5a der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 hineingeht. Demgemäß wird die Eintrittsfläche 5a der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 gleichförmiger beleuchtet als wenn sie ohne des optischen Hohlraum C1 beleuchtet würde.
Die Struktur und die Arbeitsweise des optischen Hohlraums C1 wird mit Bezug auf die 2 und 3 im Einzelnen erläutert.
2 ist eine perspektivische Ansicht des durch den zweiten reflektierenden Spiegel 3 und den ersten reflektierenden Spiegel 4 gebildeten optischen Hohlraums C1. Wie in 2 gezeigt ist, hat der zweite reflektierende Spiegel 3 das Fenster 13, das angenähert in dem Mittenbereich von diesem gebildet ist, welches ermöglicht, dass das sich in Vorwärtsrichtung bewegende Licht hindurchgeht, und der erste reflektierende Spiegel 4 hat eine Öffnung 14, die angenähert in dem Mittenbereich von diesem gebildet ist und der Eintrittsfläche 5a der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 zugewandt ist. Das Licht, das einen Teil des ersten reflektierenden Spiegels 4, der die Öffnung 14 umgibt, erreicht hat, wird dort reflektiert und bewegt sich zu dem zweiten reflektierenden Spiegel 3 hin.
Die Wirkungsweise des optischen Hohlraums C1 wird mit Bezug auf die 3a und 3b erläutert. 3a zeigt eine Lichtverteilung um den Konvergenzpunkt PF herum in einem Fall, in welchem der optische Hohlraum C1 nicht vorgesehen ist. 3b zeigt eine Lichtverteilung um den Konvergenzpunkt PF herum in einem Fall, in welchem der optische Hohlraum C1 vorgesehen ist.
Wie in 3a gezeigt ist, treten, wenn der optische Hohlraum C1 nicht vorgesehen ist, Schatten A1 und A2 vor und hinter dem Konvergenzpunkt PF aufgrund einer Lampenelektrode (nicht dargestellt) oder dergleichen auf innerhalb einer Umhüllung LE des sich in der Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts. In 3a bezeichnen S1 und S2 Positionen, an denen der zweite reflektierende Spiegel 3 und der erste reflektierende Spiegel 4 jeweils gesetzt sind, wenn der optische Hohlraum C1 nicht vorgesehen ist, und S3 bezeichnet eine Position, die einen Abstand von der Position S2 hat, der gleich dem Abstand zwischen dem Punkt S1 und dem Punkt S2 ist. Wenn der zweite reflektierende Spiegel 3 und der erste reflektierende Spiegel 4 an diesen Positionen gesetzt sind, hat das Licht, das von dem ersten reflektierenden Spiegel 4 reflektiert wurde und dem zweiten reflektierenden Spiegel 3 erreicht, eine Ausdehnung (Durchmesser), die dieselbe ist wie die Ausdehnung des Lichts, das sich in der Vorwärtsrichtung bewegt, an der in 3a gezeigten Position S3. D1 und D3 zeigen Helligkeitsverteilungen in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse an den Positionen S1 bzw. S3.
In 3b bezeichnet S3' eine Position eines Teils des zweiten reflektierenden Spiegels 3, an der der äußerste Teil des von dem ersten reflektierenden Spiegel 4 reflektierten Lichts reflektiert wird. P1 in 3b bezeichnet einen Brennpunkt des zweiten reflektierenden Spiegels 3, der ein sphärischer Spiegel ist. P2 in 3b bezeichnet einen Punkt, der plansymmetrisch zu dem Brennpunkt P1 mit Bezug auf eine Ebene ist, die die Position S2 enthält und senkrecht zu der optischen Achse ist. Die Lampe 1 ist nicht eine ideale Punktlichtquelle, und die reflektierende Oberfläche des lampenseitigen reflektierenden Spiegels 2 hat leicht Wölbungen, Vertiefungen und Verzerrungen. Demgemäß hat die Umhüllung LE des Lichts L1 einen gewissen Durchmesser selbst an dem Konvergenzpunkt PF, und das Licht L1 hat eine glockenförmige Helligkeitsverteilung D1 selbst an der Position S1 mit einem gewölbten Teil in ihrer Mitte.
Der Querschnittsbereich des Lichts L1 nimmt ab, wenn es sich in der Vorwärtsrichtung bewegt und wird um den Konvergenzpunkt PF herum am kleinsten. Wenn sich das Licht L1 weiter zu der Position S2 hin bewegt, nimmt seine Querschnittsfläche zu, und es hat die Helligkeitsverteilung D3 mit einem eingedrückten Teil in der Mitte. Die Positionen S1, S2 und S3 haben gleiche Abstände. Wenn ein konkaver Spiegel an der Position S1 gesetzt ist und ein ebener Spiegel an der Position S2 gesetzt ist, hat das von dem ebenen Spiegel reflektierte Licht eine Helligkeitsverteilung an dem konkaven Spiegel, die dieselbe wie die Helligkeitsverteilung D3 an der Position S3 ist.
Die Verteilung D1 hat einen gewölbten Bereich in ihrer Mitte, und die Verteilung D3 hat einen eingedrückten Bereich in ihrer Mitte. Demgemäß kann durch Ausbilden des kleinen kreisförmigen Fensters 13 in der Mitte des zweiten reflektierenden Spiegels 3 um das Licht L1 durchzulassen, der zweite reflektierende Spiegel 3 den größten Teil des von dem ersten reflektierenden Spiegel 4 reflektierten Lichts zu dem ersten reflektierenden Spiegel 4 zurückreflektieren. Folglich kann der optische Hohlraum C1 das Licht L1 wirksam hereinnehmen.
Um dem optischen Hohlraum C1 zu ermöglichen, nicht das hereingenommene Licht zu verlieren, ist es erforderlich, die Gestalt und die Anordnung des ersten reflektierenden Spiegels 4 und des zweiten reflektierenden Spiegels 3 ordnungsgemäß zu bestimmen.
Gemäß dem Stabilitätsdiagramm des optischen Hohlraums, das in ”The use and hints of lasers”, Seiten 23–27, 2-2, geschrieben von Yuukichi Otake und veröffentlicht von Optronics Co., 1. Juni 2000, beschrieben ist, zeigt ein Kreuz zwischen einer parallel ebenen Anordnung und einer konfokalen Anordnung einen weiten und stabilen Arbeitsbereich. Wenn demgemäß ein derartiges Kreuz für die Anordnung des optischen Hohlraums verwendet wird, wird die Stabilität des optischen Hohlraums nicht sehr beeinträchtigt durch die Streuung der Form des lampenseitigen reflektierenden Spiegels 2 und die Divergenz des Lichts L1 entlang der Vorwärtsrichtung.
Es wird mit Bezug auf die 4a bis 4c erläutert, wie ein derartiger optischer Hohlraum das sich in Vorwärtsrichtung bewegende Licht hereinnimmt. 4a zeigt einen optischen Hohlraum, der ein Kreuz zwischen einem Hohlraum vom Parallelebenentyp und einem Hohlraum vom konfokalen Typ ist. In dieser Figur bezeichnen M1 und M2 sphärische reflektierende Spiegel, P1 und P2 bezeichnen Brennpunkte der reflektierenden Spiegel M1 und M2, und P3 bezeichnet eine Mitte der Krümmung des reflektierenden Spiegels M1. Der Brennpunkt P1 ist in der Mitte zwischen dem reflektierenden Spiegel M1 und dem Punkt P3. Das Licht LC1, das durch den Brennpunkt P2 gegangen ist, wird durch den reflektierenden Spiegel M2 reflektiert, bewegt sich entlang einer Richtung parallel zu der optischen Achse und erreicht den reflektierenden Spiegel M1, um an diesem reflektiert zu werden. Das von dem reflektierenden Spiegel M1 reflektierte Licht LC1 geht durch den Brennpunkt P1 hindurch.
Das Licht LC1 wiederholt eine derartige Reflexion zwischen den reflektierenden Spiegeln M1 und M2, wobei es stabil innerhalb des optischen Hohlraums gehalten wird. Das Licht LC2, das geringfügig über dem Brennpunkt P2 vorbeigegangen ist, geht geringfügig unterhalb des Brennpunkts P1 vorbei, nachdem es von den reflektierenden Spiegeln M2 und M1 reflektiert wurde. Demgemäß kann, indem der Konvergenzpunkt PF des Lichts L1 (3) nahe an den Brennpunkt P2 gebracht wird, ein konjugiertes Bild des Konvergenzpunktes PF nahe dem Brennpunkt P1 gebildet werden.
Der herkömmliche optische Integrator, der eine säulenartige optische Vorrichtung und Linsenanordnungen aufweist, erreicht eine gleichförmige Beleuchtung eines Lichtventils, indem mehrere Bilder einer Lichtquelle auf einer Ebene orthogonal zu der optischen Achse gebildet werden. Andererseits erzielt der als der optische Integrator verwendete optische Hohlraum eine gleichförmige Beleuchtung eines Lichtventils, indem mehrere Bilder einer Lichtquelle auf der optischen Achse gebildet werden.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, die meisten zu beleuchtenden optischen Vorrichtungen eine flache Eintrittsfläche haben, und der Tatsache, dass der optische Hohlraum ein Fenster haben muss, um das Licht von der Lampe hereinzunehmen, ist es wünschenswert, dass der reflektierende Spiegel M2 ein ebener Spiegel ist. Durch Anordnen eines ebenen reflektierenden Spiegels M3 in der Mitte zwischen den reflektierenden Spiegeln M1 und M2 des in 4a gezeigten optischen Hohlraums, und durch Ersetzen des reflektierenden Spiegels M1 durch den zweiten reflektierenden Spiegel 3 mit dem in seiner Mitte ausgebildeten Fenster kann ein in 4b gezeigter optischer Hohlraum erhalten werden.
Durch Ersetzen des reflektierenden Spiegels M3 des in 4b gezeigten Hohlraums durch den ersten reflektierenden Spiegel 4 mit der Öffnung 14 in der Form einer Kontur eines zu beleuchtenden Gegenstands in seiner Mitte kann der in 4c gezeigte optische Hohlraum C1 erhalten werden. In dieser Figur bezeichnet D1 eine Lichteintrittsfläche eines zu beleuchtenden Gegenstands wie die säulenartige optische Vorrichtung 5 nach 1. In dem in 4c gezeigten optischen Hohlraum ist es möglich, dass das Licht LC1 die Eintrittsfläche D1 des zu beleuchtenden Gegenstands direkt beleuchtet, und dass das Licht L2 die Eintrittsfläche D1 beleuchtet, nachdem es viermal innerhalb des optischen Hohlraums C1 reflektiert wurde, wenn das Licht von der Lampe nahe dem Brennpunkt P2 mit einer angemessenen F-Zahl (Durchmesser) konvergiert ist.
Wenn der zu beleuchtende Gegenstand eine lichtbrechende optische Vorrichtung oder eine Vorrichtung, die das sich in der Rückwärtsrichtung bewegende Licht einbezieht, ist, leuchtet ein Teil des Lichts LC1, das von der Eintrittsfläche D1 des Gegenstands weg reflektiert wurde, wieder die Eintrittsfläche D1, nachdem es mehrere Male innerhalb des optischen Hohlraums C1 reflektiert wurde. Bei dem in 1 gezeigten optischen Beleuchtungssystem 51 entspricht die Eintrittsfläche 5a der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 der vorbeschriebenen Eintrittsfläche D1, und die Ausgangsfläche der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 ist der Viertelwellenplatte 6 der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 7 versehen. Demgemäß bewegt sich das von der Polarisationstrennvorrichtung 7 reflektierte Licht L2R in der Rückwärtsrichtung innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5.
Es wird mit Bezug auf die 5a und 5b erläutert, wie der optische Hohlraum C1 das sich in der Rückwärtsrichtung bewegende Licht hereinnimmt und so reflektiert, dass es sich in der Vorwärtsrichtung bewegt. 5a zeigt einen Teil des optischen Beleuchtungssystems 51, bei dem der optische Hohlraum C1 mit der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 verbunden ist. 5b zeigt diesen Teil von der Lampe 1 aus betrachtet.
In 5a bezeichnen LC3 und LC4 das durch den Brennpunkt P1 hindurchgehende Licht, und P11 bezeichnet einen Reflexionspunkt auf der Oberfläche des zweiten reflektierenden Spiegels 3, an dem das Licht LC3 reflektiert wird. In 5b bezeichnet A3 eine Reflexionszone auf der Oberfläche des zweiten reflektierenden Spiegels 3, an der das sich in der Rückwärtsrichtung bewegende Licht reflektiert wird.
Wie in 5a gezeigt ist, reflektiert, wenn das Licht LC3, welches den größten Winkel mit der optischen Achse von allen Lichtstrahlen, die sich in der Rückwärtsrichtung bewegen und durch den Brennpunkt P1 hindurchgehen, bildet, durch den Brennpunkt P1 hindurchgeht, der zweite reflektierende Spiegel 3 das Licht LC3 an dem Reflexionspunkt P11 zu dem ersten reflektierenden Spiegel 4 hin, der das Licht LC3 nahezu senkrecht reflektiert. Folglich wird das Licht LC3 wieder von dem Reflexionspunkt P11 weg reflektiert, um ein Licht zu erzeugen, das durch den Brennpunkt P1 hindurchgeht und sich in der Vorwärtsrichtung bewegt. Das Licht LC4, das einen kleineren Winkel mit der optischen Achse als das Licht LC3 bildet, erzeugt auch ein Licht, das durch Brennpunkt P1 hindurchgeht und sich in der Vorwärtsrichtung wie das Licht LC3 bewegt.
Da die säulenartig optische Vorrichtung 5 als ein optischer Integrator dient, das sich in der Rückwärtsrichtung innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 bewegende Licht eine gleichförmige Heiligkeitsverteilung an der Öffnung 14. Da die Reflexionszone A3 des zweiten reflektierenden Spiegels 3 das sich in der Rückwärtsrichtung bewegende Licht reflektiert, wenn das Verhältnis der Fläche des Fensters 13 zu der Fläche der Zone A3 als R definiert ist, kann die Intensität des zu der Lampe zurückkehrenden Lichts auf R × 100% reduziert werden, indem der Wert von R reduziert wird. Um das Licht von der Lampe 1 ohne Verlust hereinzunehmen, ist es wünschenswert, das Fenster 13 in enger Nähe zu dem Konvergenzpunkt PF anzuordnen, an dem das Licht der Lampe 1 konvergiert, und die Abmessungen des Fensters geringfügig größer als die Abmessungen des Lichtpunktes an dem Konvergenzpunkt PF zu machen.
Wie vorstehend erläutert ist, nimmt der optische Hohlraum C1 das von der Lampe 1 emittierte Licht herein, vergleichmäßigt dieses Licht, indem es mehrere Male darin reflektiert wird, und beleuchtet dann die Eintrittsfläche 5a der säulenartigen optischen Vorrichtung 5, die ein mit dem vergleichmäßigten Licht zu beleuchtender Gegenstand ist. Die säulenartige optische Vorrichtung 5 wandelt das sich in der Vorwärtsrichtung bewegende Licht L2F, das an der Eintrittsfläche 5a eingetreten ist, in das Licht um, das in der Intensität gleichförmiger ist und einen rechteckigen Querschnitt hat, indem es mehrere Male reflektiert wird. Die Anzahl der Male, die das Licht L2F innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 reflektiert wird, kann so klein wie 3 oder weniger sein aufgrund der Wirkung der Vergleichmäßigung durch den optischen Hohlraum C1. Demgemäß kann die Länge der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 kürzer sein als es vorher möglich war.
Das Licht L2F geht durch die Viertelwellenplatte 6 hindurch. Die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7, die auf der Rückseite der Viertelwellenplatte 6 angeordnet ist, ermöglicht bei Empfang des Lichts L2F, dass ein polarisiertes Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung hindurchgeht, und reflektiert ein polarisiertes Licht mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung ist, als Licht L2R. Das von der Polarisationstrennvorrichtung 7 reflektierte Licht L2R geht durch die Viertelwellenplatte 6 hindurch und bewegt sich in der Rückwärtsrichtung oder der durch den Pfeil C gezeigten Richtung innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5. Angenähert (1 – R) × 100% des Lichts L2R wird reflektiert, um ein polarisiertes Licht L2Fp zu bilden, sich in der Vorwärtsrichtung oder der durch den Pfeil B angezeigten Richtung bewegt. Das Licht L2Fp geht durch die Viertelwellenplatte 6 hindurch. Somit geht das von der Polarisationstrennvorrichtung 7 reflektierte polarisierte Licht zweimal durch Viertelwellenplatte 6 hindurch. Demgemäß wird die Polarisationsrichtung des Lichts L2Fp gegenüber der des Lichts L2R um 90° verschoben, so dass das Licht L2Fp durch die Polarisationstrennvorrichtung 7 hindurchgehen kann.
Das Licht, das durch die Polarisationstrennvorrichtung 7 hindurchgegangen ist, erreicht ein Farbrad 8, das durch einen Motor 12 mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht wird. Das Farbrad 8 hat Sektorsegmente, von denen jeder ein dichroitisches Filter bildet, das jeweils eines von rotem, grünem und blauem Licht durchlässt. Ein optisches Übertragungssystem 9 führt das aus dem Farbrad 8 austretende Licht, das in der Farbe zwischen rot, grün und blau wechselt, in einer vorbestimmten Folge zu dem Lichtventil 10. Somit wird das Lichtventil 10 mit einem polarisierten Licht L3, das aus dem optischen Übertragungssystem 9 austritt und sich in der durch den Pfeil D in 1 angezeigten Richtung bewegt, bestrahlt.
Das Lichtventil 10 ist eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung mit einer Anzahl von Zellen, von denen jede einen entsprechenden Teil des polarisierten Lichts L3 reflektiert, dessen Polarisationsrichtung um einen Wert entsprechend einem Wert eines zugeführten Signals verschoben wird. Das von dem Lichtventil 10 reflektierte Licht tritt in eine Analysevorrichtung (nicht gezeigt) oder ein Polarisationstrennprisma (nicht gezeigt) ein, um zu bewirken, dass ein Licht L4 sich in der durch den Pfeil E angezeigten Richtung bewegt. Das Licht L4, das ein Bild als helle und dunkle Muster darstellt, tritt in die Projektionslinse 11 ein, um einen Schirm (nicht gezeigt) als ein Projektionslicht L5 geworfen zu werden. Wie vorstehend erläutert ist, ist es möglich, ein vollständig farbiges Bild zu projizieren auf der Farbumschaltbasis durch Verwendung von einem Lichtventil 10.
Das Farbsegment des Farbrades 8 muss nicht notwendigerweise sektormäßig sein. Die Segment können spiralförmig so angeordnet sein, dass dasselbe Lichtventil gleichzeitig mit Licht von zwei oder drei unterschiedlichen Farben bestrahlt werden kann. Weiterhin ist es möglich, ein Farbrad 8 mit Dichtesegmenten zusätzlich zu den Farbsegmenten zu versehen. Wenn durchlässige, halbdurchlässige oder total reflektierende Segmente vorgesehen sind, wird es möglich, ein helleres Bild zu projizieren, die Anzahl der Gradationspegel zu erhöhen oder ein Bild während einer bestimmten Periode für jedes Videovollbild heller zu machen, wodurch das Verschwimmen eines Bildes eines sich bewegenden Gegenstands verringert werden kann.
Weiterhin muss das Lichtventil nicht notwendigerweise eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung sein. Beispielsweise kann sie eine Mikrospiegelvorrichtung sein. In diesem Fall können die Viertelwellenplatte 6 und die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7 eliminiert werden, da das Beleuchtungslicht L3 ein natürliches Licht sein kann.
Es wurde durch Computersimulation über die Wirkung des optischen Hohlraums gefunden, dass der Lichtkondensations-Wirkungsgrad um 10% oder mehr verbessert wird, wenn die F-Zahl größer als 1 ist, und ein zu beleuchtender Gegenstand kann gleichförmig mit geringem Lichtverlust in einem optischen Beleuchtungssystem beleuchtet werden, wenn das von einer Philips-Lampe vom UHP-Typ emittierte Licht mit einer Bogenlänge von 1,3 mm gesammelt und in eine säulenartige optische Vorrichtung eingegeben wird, dessen Eintrittsfläche eine Größe von 6 mm × 3 mm hat, wenn der optische Hohlraum mit der vorstehend beschriebenen Struktur verwendet wird. Weiterhin kann aufgrund der Wirkung des optischen Hohlraums die säulenartige optische Vorrichtung 5 kürzer gemacht werden als dies vorher möglich war, wodurch die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp kleiner gemacht werden kann.
Ausführungsbeispiel 1
6 zeigt die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 52 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Das optische Beleuchtungssystem 52 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 unterscheidet sich von dem optischen Beleuchtungssystem 51 nach 1 dadurch, dass die säulenartige optische Vorrichtung 5 entfernt ist, und die Viertelwellenplatte 6 und die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7 sind ersetzt durch eine Viertelwellenplatte 62 und eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 72. In 6 haben die Vorrichtungen, die dieselben wie oder äquivalent den in 1 gezeigten sind, dieselben Bezugszeichen, und ihre Erläuterung wird hier weggelassen.
Wie in 6 gezeigt ist, erzeugt das in einer Richtung polarisierte Licht, das durch Anordnen der Viertelwellenplatte 62 und der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 72 in der Mitte des ersten reflektierenden Spiegels 4 erhalten wird, ein Licht mit einem rechteckigen Querschnitt und einer spezifischen Farbe zum Beleuchten des Lichtventils, nachdem es durch Farbrad 8 hindurchgegangen ist und durch die optische Übertragungsvorrichtung 9 geführt wurde.
Es können mehr als eine Lampe 1 vorgesehen sein, wenn es erforderlich ist, hellere Bilder zu projizieren. In diesem Fall braucht das Fenster 13 des zweiten reflektierenden Spiegels 3 nicht kreisförmig zu sein, soweit wie der optische Hohlraum C1 das Licht mit geringen Verlusten hereinnehmen kann. Z. B. kann das Fenster oval sein. Weiterhin kann der zweite reflektierende Spiegel 3 mehr als ein Fenster haben.
Der erste reflektierende Spiegel 4 braucht keine reflektierende Oberfläche haben, die flach ist, sondern sie kann leicht konvex oder konkav sein, und der zweite reflektierende Spiegel 3 braucht kein sphärischer Spiegel zu sein, sondern kann ein parabolischer Spiegel sein in Abhängigkeit von der Richtfähigkeit der Lampe, soweit wie der optische Hohlraum C1 als ein optischer Integrator arbeiten kann.
Weiterhin kann jeder des ersten reflektierenden Spiegels 4 und des zweiten reflektierenden Spiegels 3 aus mehr als einem Spiegel bestehen. Es gibt einige Fälle, in denen das optische Beleuchtungssystem mit geringen Kosten hergestellt werden kann, indem ein derartiger reflektierender Spiegel durch mehrere Spiegel gebildet wird, die leicht herzustellen sind in Abhängigkeit von der Form des Fensters, das dem Licht von der Lampe ermöglicht, hindurchzugehen, und der Anzahl solcher Fenster.
Wie vorstehend erläutert ist, hat das optische Beleuchtungssystem 52 nach dem Ausführungsbeispiel 1 den Vorteil, dass die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp sogar kleiner als das optische Beleuchtungssystem 51 nach 1 gemacht werden kann, da das optische Beleuchtungssystem 52 nicht die säulenartig optische Vorrichtung enthält.
Ausführungsbeispiel 2
7 zeigt die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 53 nach dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
Das optische Beleuchtungssystem 53 hat eine Lampe 1 als ein Lichtquelle und einen lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2, der nahe der Lampe 1 angeordnet ist. Eine Linse 15, ein Polarisationswandler 16, ein zweiter reflektierender Spiegel 32, eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17, ein erster reflektierender Spiegel 42, ein Farbrad 82, ein reflektierendes Flüssigkristall-Lichtventil 102, eine Analysevorrichtung 18 und eine Projektionslinse 112 befinden sich in dieser Reihenfolge von der Lampe 1 aus entlang eines optischen Pfades des von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten Lichts.
Die Gesamtarbeitsweise des optischen Beleuchtungssystems 53 mit der vorbeschriebenen Struktur wird nachfolgend erläutert. Der Pfeil A bezeichnet eine Richtung der Bewegung des von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten Lichts L1. Die Linse 15 empfängt das Licht L1 und emittiert es als ein Licht L12, das sich in der durch den Pfeil H angezeigten Richtung zu dem Polarisationswandler 16 bewegt. Der Polarisationswandler 16, der eine Ausgabevorrichtung für in einer Richtung polarisiertes Licht bildet, empfängt das Licht L1, das ein natürliches Licht ist, und gibt zwei Lichtstrahlen L1A und L1B, die dieselbe Polarisationsrichtung haben, zu einem Fenster 132 des zweiten reflektierenden Spiegels 32 aus.
8 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Struktur des Polarisationswandlers 16 und der optischen Pfade in seiner Nähe zeigt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, befindet sich eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 161 auf der Vorderseite eines optischen Pfades innerhalb des Polarisationswandlers 16. Ein durch eine Kondensorlinse 164 gehender Pfad, ein durch eine Halbwellenplatte 162 gehender Pfad, ein Spiegel 163 und eine Kondensorlinse 165 sind auf der Rückseite der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 161 vorgesehen.
132 bezeichnet ein in der Mitte des zweiten reflektierenden Spiegels 32 ausgebildetes Fenster, PF2 bezeichnet einen Konvergenzpunkt, an dem der Lichtstrahl L1A und der Lichtstrahl L1B konvergieren, PA bezeichnet einen Punkt auf der Eintrittsfläche des reflektierenden Flüssigkristallventils 102, an dem die Mitte des Lichtstrahls L1A eintritt, PB bezeichnet einen Punkt auf der Oberfläche des reflektierenden Flüssigkristallventils 102, an dem die Mitte des Lichtstrahls L1B eintritt, und C2 bezeichnet einen optischen Hohlraum, der durch den ersten reflektierenden Spiegel 42 und den zweiten reflektierenden Spiegel 32 gebildet ist.
Das Licht L12, das die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 161 erreicht hat, wird in ein linear polarisiertes Licht L13, das durch diese Vorrichtung hindurchgeht, und ein linear polarisiertes Licht L14, das von dieser Vorrichtung reflektiert wird, geteilt. Das Licht L13, das durch die Polarisationstrennvorrichtung 161 hindurchgegangen ist, wird die durch die Kondensorlinse 164 kondensiert, geht durch das Fenster 132 und den Konvergenzpunkt PF2 hindurch und erreicht das reflektierende Flüssigkristallventil 102, wobei seine Mitte mit dem Punkt PA als Lichtstrahl L1A übereinstimmt. Andererseits verschiebt das Licht L14 seine Polarisationsrichtung um 90°, wenn es durch die Halbwellenplatte 162 hindurchgeht, und ändert die Richtung, wenn es durch den Spiegel 163 reflektiert wird. Dann wird es durch die Kondensorlinse 165 kondensiert, geht durch das Fenster 132 und den Konvergenzpunkt PF2 hindurch und erreicht das reflektierende Flüssigkristallventil 102, wobei seine Mitte mit dem Punkt PB übereinstimmt, als der Lichtstrahl L1B.
Der Teil von jedem der Lichtstrahlen L1A und L1B, der durch den ersten reflektierenden Spiegel 42 nach dem Eintritt in den optischen Hohlraum C2 reflektiert wird, wird mehrere Male innerhalb des optischen Hohlraums C2 reflektiert, bis er in das reflektierende Flüssigkristallventil 102 eintritt.
9 zeigt den zweiten reflektierenden Spiegel 32 von der Lampenseite aus betrachtet.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, befindet sich die Eintrittsfläche oder Lichtempfangsfläche des reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventils 102 auf der Rückseite des ovalen Fensters 132.
Die Lichtempfangsfläche des reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventils 102 ist recheckig und hat ein Seitenverhältnis von 16:9 oder 4:3. Durch Anordnen der Punkt A und B, die Mittelpunkte der Lichtstrahlen L1A und L1B sind, auf einer Linie parallel zu den langen Seiten der Lichtempfangsfläche des reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventils 102 wird es möglich, die Helligkeitsdifferenz eines projizierten Bildes in seiner horizontalen Richtung zu verringern.
Das Farbrad 82, das spiralförmig angeordnete Segmente enthält, die jeweils ein eine Grundfarbe hindurchlassendes dichroitisches Filter bilden, befindet sich vor dem reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventil 102 in einem Abstand von mehreren Millimetern von diesen. Das Farbrad 82 wird drehbar durch einen Motor 12 mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben, die von einer Periode eines zu projizierenden Vollbildes abhängt.
10a ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102, das Farbrad 82, den ersten reflektierenden Spiegel 42 und die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 zusammen mit den optischen Pfaden in ihrer Nähe zeigt.
In dieser Figur bezeichnet 82R, 82G und 82B Segmente, die dichroitische Filter bilden und jeweils rotes, grünes oder blaues Licht durchlassen. LCW bezeichnet weißes Licht, das sich innerhalb des optischen Hohlraums C2 bewegt, LCR bezeichnet rotes Licht, das sich innerhalb des optischen Hohlraums C2 bewegt, LCR2 bezeichnet rotes Licht, das durch das rote Segment 82R hindurchgegangen ist, LCR3 bezeichnet rotes Licht, das von der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 17 reflektiert wurde, und LCR4 und LCR5 bezeichnen rotes Licht, das durch die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 hindurchgegangen ist.
Der optische Hohlraum C2 (8) empfängt die Lichtstrahlen L1A, L1B als das weiße Licht LCW. Die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 ist so eingestellt, dass sie ein Licht durchlässt, das dieselbe Polarisationsrichtung wie das Licht LCW hat und einen Winkel von etwa 45° mit der optischen Achse hat. Das in dem weißen Licht LCW enthaltene rote Licht LCR geht in alle Segmente 82R, 82G, 825 ein. Das rote Licht LCR geht nur durch das Segment 82R als das Licht LCR2 hindurch, das in das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 eintritt.
Das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 verschiebt die Polarisationsrichtung des Lichts LCR2 auf einer Pixel-für-Pixel-Basis, um ein rotes Licht zu bilden, wenn das Licht LCR2 reflektiert wird. Das reflektierte rote Licht erreicht die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17, an der es reflektiert wird und die Richtung ändert, um das Licht LCR3 zu bilden, wenn seine Polarisationsrichtung durch das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 verschoben wurde. Andererseits geht es durch die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 hindurch und bewegt sich rückwärts und vorwärts innerhalb des optischen Hohlraums C2, wenn seine Polarisationsrichtung nicht durch das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 verschoben wurde.
Dasselbe gilt für das grüne Licht und das blaue Licht. Somit wird die Richtung des zu werfenden Lichts an der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 17 zu dem Schirm hin geändert, während das nicht zu werfende Licht wiederholt innerhalb des optischen Hohlraums C2 so reflektiert wird, dass es als ein Beleuchtungslicht verwendet wird. Als eine Folge kann der Verlust des Lichts verringert werden.
10b und 10c zeigten Strukturen von Varianten des Farbrads 82.
Bei der in 10b gezeigten Struktur bezeichnet 82W ein transparentes Segment, und 82S bezeichnet ein Segment, das einen reflektierenden Strahlenteiler als eine Helligkeitsmodulationsvorrichtung einer Durchlässigkeit, die 1/16 (6,7%) von der des transparenten Segments beträgt, bildet. Durch Projizieren von Pixeln mit einem niedrigen Grad von Farbsättigung und hohen Helligkeitspegeln mit dem weißen Licht, das durch das transparente Segment 82W hindurchgeht, ist es möglich, die Farbverschiebung und das Verschwimmen eines Bildes eines sich bewegenden Gegenstands zu verringern.
Durch Vorsehen des Segments 82S mit niedriger Durchlässigkeit angrenzend an das transparente Segment 82W wird es möglich, das Beleuchtungslicht zu verwenden, das aus dem Segment 82S austritt und eine Intensität hat, die 1/16 von der des aus dem transparenten Segment 82W austretenden Lichts beträgt. Demgemäß wird es möglich, die Anzahl von Gradationspegeln zu erhöhen, da vier Extrabits für die Darstellung des dunklen Teils eines Bildes verwendet werden können. Die in 10b gezeigte Struktur ist geeignet für eine Anzeigevorrichtung, die eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung als Lichtventil verwendet.
Bei der in 10c gezeigten Struktur ist das Segment 82S mit einer Durchlässigkeit, die 1/16 (6,7%) von der des transparenten Segments beträgt, über einer Glasplatte (nicht gezeigt) von den Segmenten 82R, 82G, 82B vorgesehen. Demgemäß wird das Beleuchtungslicht mit einer Intensität, die um einen Faktor 16 reduziert ist, für jede Farbe erzeugt, so dass die Tonwiedergabe für einen dunklen Bereich eines zu projizierenden Bildes verbessert werden kann.
Gemäß den menschlichen Seheigenschaften ist es wünschenswert, dass die Anzahl von Projektionen eines Bildes pro Fernseh-Vollbild zwischen 1 und 3 für jede Grundfarbe ist, jedoch in dem Fall des Projizierens eines stehenden Bildes oder von Computergrafiken ist dies nicht auf derartige Werte begrenzt. So sollte die Drehgeschwindigkeit des Farbrades bestimmt werden in Abhängigkeit von der Ansprechgeschwindigkeit des Lichtventils und des Typs eines zu projizierenden Bildes.
Das optische Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 ist geeignet für eine Anzeigevorrichtung, die eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung als ein Lichtventil verwendet, da die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 unter einem Winkel zu der optischen Achse innerhalb des optischen Hohlraums C2 eingestellt ist. Bei dem optischen Beleuchtungssystem 53 ist es möglich, eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp vorzusehen, die klein ist, da das zu werfende Licht und das nicht zu werfende Licht innerhalb des optischen Hohlraums getrennt werden können.
Weiterhin ist das optische Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 geeignet zum Beleuchten eines Lichtventils großer Breite, mit einem Seitenverhältnis von beispielsweise 16:9, da das Lichtventil von zwei Lichtstrahlen bestrahlt wird, dessen Mitten gegeneinander in der Richtung parallel zu den Längsseiten der Eintrittsfläche des Lichtventils versetzt sind, wodurch die Helligkeitsdifferenz eines projizierten Bildes in seiner horizontalen Richtung verringert wird.
Ausführungsbeispiel 3
11 zeigt eine Struktur eines Polarisationswandlers 160, der in einem optischen Beleuchtungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung enthalten ist.
Dieser Polarisationswandler 160, der eine Ausgabevorrichtung für in einer Richtung polarisiertes Licht bildet, kann in dem optischen Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 anstelle des Polarisationswandlers 16 verwendet werden. Da die Teile vor und hinter dem Polarisationswandler 160 des optischen Beleuchtungssystems nach dem Ausführungsbeispiel 3 dieselben wie diejenigen des optischen Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 sind, wird das Ausführungsbeispiel 3 mit Bezug auf 7 erläutert.
Da jedoch der von dem Polarisationswandler 160 ausgegebene Lichtstrahl sich in der Richtung senkrecht zu der Ebene nach 7 bewegt, wird angenommen, dass der zweite reflektierende Spiegel 32 und die nachfolgenden Vorrichtungen, die sich hinter dem Polarisationswandler 160 befinden, entlang dieser Richtung angeordnet sind und ihre körperliche Beziehung beibehalten.
11a zeigt den Polarisationswandler 160 betrachtet von oben wie in 7, 11b zeigt den Polarisationswandler 160 entlang der durch den Pfeil M angezeigten Richtung betrachtet, und 11c zeigt den Polarisationswandler 160 von der Lampe 1 aus betrachtet.
Wie in 11a und 11b gezeigt ist, sind ein durch einen Spiegel 167 gehender Pfad und ein durch einen Spiegel 168 gehender Pfad Seite an Seite hinter der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 166 angeordnet, welche durch feine Metalldrähte (Drahtgitter) innerhalb des Polarisationswandlers 160 gebildet ist.
PT, PT1 und PT2 bezeichnen Punkte, an denen die optische Achse die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166, den Spiegel 167 bzw. den Spiegel 168 schneidet. L1C bezeichnet einen ersten Lichtstrahl, der dem Lichtstrahl L1A in 7 äquivalent ist, und L1D bezeichnet einen zweiten Lichtstrahl, der dem Lichtstrahl L1B in 7 äquivalent ist. Jedes der Liniensegmente auf der optischen Achse zeigt an, dass die Richtung der Vibration eines betroffenen Lichtstrahls parallel zu der Ebene der 11a, 11b oder 11c ist, und jeder der weißen Kreise auf der optischen Achse zeigt an, dass die Richtung der Vibration eines betroffenen Lichtstrahls senkrecht zu der Ebene der 11a, 11b oder 11c ist.
Wie in 11a gezeigt ist, geht nahezu parallel gerichtetes natürliches Licht, das in den Polarisationswandler 160 als das Licht L12 eintritt, in die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166, wobei seine Mitte mit dem Punkt PT übereinstimmt. Eine Komponente des Lichts L12 mit einer Polarisationsrichtung (Richtung der Vibration des elektrischen Feldes) parallel zu der Ebene von 11a an dem Punkt PT geht durch die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166 hindurch und erreicht den Spiegel 168. Andererseits wird die andere Komponente mit der Polarisationsrichtung senkrecht zu der Ebene von 11a an dem Punkt PT durch die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166 reflektiert und macht angenähert eine Drehung im rechten Winkel, um den Spiegel 167 zu erreichen. An jedem der Punkte PT1 und PT2 ändert das hierin eingegebene Licht die Richtung, um sich senkrecht zu der Ebene von 11a zu bewegen.
Wie in 11b gezeigt ist, sind die Polarisationsrichtungen des von dem Spiegel 167 bzw. dem Spiegel 168 reflektierten Lichts dieselben und senkrecht zu der Ebene von 11b. Dieses Licht geht durch die Linse 169 hindurch, um Lichtstrahlen L1C und L1D zu erzeugen, die sich zu dem Fenster 132 des optischen Hohlraums C2 hin bewegen.
Die Richtung der Bewegung der Lichtstrahlen L1C und L1D unterscheidet sich von denjenigen der Lichtstrahlen L1A und L1D. Demgemäß sollte die Anordnung der Lampe 1, des lampenseitigen reflektierenden Spiegels 2 und des Polarisationswandlers 160 und die Einstellung der Vorrichtungen, die sich hinter dem Polarisationswandler 160 befinden, unterschiedlich gemacht werden, so dass die beiden Lichtstrahlen in den optischen Hohlraum C2 eintreten. In gleicher Weise sollten die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 und das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 in eine zweckmäßige Orientierung gebracht werden, um den zu werfenden Lichtstrahl von dem nicht zu werfenden Lichtstrahl innerhalb des optischen Hohlraums C2 unter Berücksichtigung der Richtung der Bewegung der Lichtstrahlen L1C und L1D zu trennen.
Wie vorstehend erläutert ist, kann das optische Beleuchtungssystem 53 nach dem Ausführungsbeispiel 3 die Polarisationsumwandlung mit hoher Stabilität ungeachtet seiner einfachen Struktur durchführen, da der Polarisationswandler 160 von diesem kein Glasprisma und keine Viertelwellen- oder Halbwellenplatte verwendet.
Ausführungsbeispiel 4
12 zeigt die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 55 gemäß dem Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung.
Das optische Beleuchtungssystem 55 hat eine Lampe 1 als Lichtquelle und einen lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2, der sich nahe der Lampe 1 befindet. Eine Linse 15, eine Lichtblende 201, ein Polarisationswandler 16, ein zweiter reflektierender Spiegel 33, eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17, ein Kreuzprisma 20, erste reflektierende Spiegel 43R, 43G, 43B, reflektierende Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G, 103B zum Bilden von jeweils roten, grünen und blauen Lichtbildern, eine Analysevorrichtung 18 und eine Projektionslinse 113 sind in dieser Reihenfolge von der Lampe 1 aus entlang eines optischen Pfades des von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten Lichts angeordnet.
Eine Lichtblenden-Treiberschaltung 202 zum Treiben der Lichtblende 201, die als eine Lichtintensitäts-Änderungsvorrichtung dient, wird durch eine Steuerschaltung 207 gesteuert. Ein Lichtsensor 203 erfasst die Lichtintensität und gibt Lichtinformationen zu der Steuerschaltung 207 aus. Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G, 204B zum Treiben der reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G, 103B empfangen Bildinformationen von einer Signalverarbeitungsschaltung 205, die ein zu einem Bildempfangsabschnitt 206 eingegebenes Bildsignal unter der Steuerung der Steuerschaltung 207 verarbeitet. Die Signalverarbeitungsschaltung 205 und die Steuerschaltung 207 bilden eine Lichtmodulationsvorrichtung. Die Lichtblenden-Treiberschaltung 202 und die Steuerschaltung 207 bilden eine Lichtintensitäts-Steuervorrichtung.
Ein Brennpunkt (nicht gezeigt) des zweiten reflektierenden Spiegels 33 der ein sphärischer reflektierender Spiegel ist, existiert virtuell auf der Rückseite der reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G, 103B. Der zweite reflektierende Spiegel 33 hat ein Fenster, das in dessen Mitte gebildet ist, um ein weißes, in einer Richtung polarisiertes Licht hindurchzulassen.
Das Kreuzprisma 20 hat ein dichroitisches Filter als eine Schnittstelle, an der das rote Licht und das blaue Licht eine Drehung im rechten Winkel machen, und durch die das grüne Licht hindurchgeht. Hinsichtlich des grünen Lichts bilden der erste reflektierende Spiegel 43G und der zweite reflektierende Spiegel 33 einen optischen Hohlrau, um das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 103 zu beleuchten. Das durch das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 103 modulierte Licht geht durch das Kreuzprisma 20 hindurch, ändert die Richtung an der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 17, geht durch die Analysevorrichtung 18 hindurch und tritt in die Projektionslinse 113 ein.
Das blaue Licht und das rote Licht werden ebenfalls gemäß einem zu projizierenden Bild wie das grüne Licht moduliert, obgleich ihre Richtungen nicht durch das Kreuzprisma 20 geändert werden. Somit wird ein vollständiges Farbbild projiziert durch Kombinieren der drei unterschiedlichen Farbbilder.
In 12 stellen die Bezugszeichen, die identisch mit denjenigen in 7 sind, das das optische Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 zeigt, dieselben Elemente dar.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der optische Hohlraum durch eine Kombination des zweiten reflektierenden Spiegels 33 und des ersten reflektierenden Spiegels 43R für rotes Licht, durch eine Kombination des zweiten reflektierenden Spiegels 33 und des ersten reflektierenden Spiegels 43G für grünes Licht, und durch eine Kombination des zweiten reflektierenden Spiegels 33 und des ersten reflektierenden Spiegels 43B für blaues Licht gebildet.
Die Arbeitsweise der Anzeigevorrichtung 55 vom Projektionstyp mit der vorbeschriebenen Struktur wird nachfolgend im Einzelnen erläutert. Ein Bildsignal wie ein Fernsehsignal wird über den Signalempfangsabschnitt 206 in die Signalverarbeitungsschaltung 205 eingegeben. Die Signalverarbeitungsschaltung 205 führt eine Helligkeitskorrektur, Farbtonkorrektur usw. an dem Bildsignal durch, wandelt das korrigierte Bildsignal in ein Vollbild-Schaltsignal um, das geeignet für die Verwendung in dem Lichtventil für jede Farbe ist, und gibt es dann zu den Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G und 204B aus. Die Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G und 204B reiben die reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G und 103B, die jeweils das empfangende rote, grüne und blaue Licht modulieren.
Die Volumen des roten, grünen und blauen Lichts können voneinander differieren in Abhängigkeit von dem zu projizierenden Bild. Folglich können die Intensitäten des roten, grünen und blauen Lichts, die die roten, grünen und blauen Lichtventile beleuchten, voneinander differieren, wenn das nicht zu werfende Licht wieder verwendet wird. Demgemäß erfasst der innerhalb des optischen Hohlraums angeordnete Lichtsensor 203 die Intensitäten des roten, grünen und blauen Lichts und gibt die erfassten Intensitäten anzeigende Signale zu der Steuerschaltung 207 aus. Wenn z. B. erfasst wird, dass die Intensität des blauen Lichts größer als die der anderen Farben ist, weist die Steuerschaltung 207 die Signalverarbeitungsschaltung 205 an, den Intensitätspegel des blauen Lichts zu reduzieren, indem sie ein Steuersignal zu der Signalverarbeitungsschaltung 205 ausgibt. Die Signalverarbeitungsschaltung 205 gibt korrigierte Signale zu den Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G und 204B aus, wodurch das Lichtventil 103B weniger Licht als die anderen Lichtventile reflektiert.
Wenn ein zu projizierendes Bild insgesamt dunkel ist, wird das Volumen des innerhalb des optischen Hohlraums wiedergefangenen Lichts für jede Farbe groß. Wenn das Volumen des innerhalb des optischen Hohlraums wiedergefangenen Lichts groß wird und die Intensität des das Lichtventil beleuchtenden Lichts daher zunimmt, kann ein Schwarzpegel eines Bildes unerwünscht ansteigen, da das Lichtventil das Licht nicht vollständig blockieren kann.
Bei Empfang eines Signal von dem Sensor 23, das anzeigt, dass die Intensität des Lichts innerhalb des optischen Hohlraums höher als ein vorbestimmter Pegel für jede der Grundfarben ist, weist die Steuerschaltung 207 die Blendentreiberschaltung 202 an, die Intensität des Lichts zu verringern, indem ein Steuersignal zu der Blendentreiberschaltung 202 ausgegeben wird, wodurch die Blende 201 ihren Öffnungsgrad verringert. Die Blende 201 kann eine mechanische Blende oder eine elektronische Blende sein, die eine Flüssigkristallvorrichtung oder dergleichen verwendet.
Die Struktur der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach der Erfindung ist nicht auf die Struktur des Ausführungsbeispiels 4 beschränkt. Z. B. kann die Blende 201 an einer anderen Position angeordnet sein. Es ist zulässig, die Blende 201 zwischen der Lampe 1 und der Linse 15, zwischen dem Polarisationswandler 16 und dem optischen Hohlraum oder innerhalb des optischen Hohlraums anzuordnen.
Obgleich der Sensor 203 sich bei dem Ausführungsbeispiel 4 innerhalb des optischen Hohlraums befindet, ist es zulässig, den Sensor 203 in der Nähe von jedem der Lichtventile 103R, 103G und 103B anzuordnen.
Obgleich bei dem Ausführungsbeispiel 4 eine Anordnung verwendet wird, bei der eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 und ein Kreuzprisma zwischen drei ersten reflektierenden Spiegeln 43R, 43G und 43B und einem zweiten reflektierenden Spiegel 33 angeordnet sind, ist es selbstverständlich, dass eine unterschiedliche Anordnung möglich ist. Z. B. ist es möglich, drei optische Hohlräume hinter einem Kreuzprisma anzuordnen, wobei die Polarisationstrennvorrichtung sich zwischen dem Kreuzprisma und den optischen Hohlräumen befindet. Weiterhin braucht das Lichtventil nicht notwendigerweise ein Flüssigkristallventil zu sein. Z. B. kann es eine Mikrospiegelvorrichtung sein. In diesem Fall wird der Polarisationswandler 16 entfernt und die Polarisationstrennvorrichtung 17 wird durch ein Prisma mit totaler innerer Reflexion ersetzt.
Wie vorstehend erläutert ist, können bei der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach dem Ausführungsbeispiel 4 der Farbausgleich und die Tonkontinuität in einem dunklen Teil eines projizierten Bildes in gutem Zustand gehalten werden. Weiterhin kann die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach dem Ausführungsbeispiel 5 verhindern, dass der Schwarzpegel ansteigt, selbst wenn ein dunkles Bild projiziert wird, so dass ein Bild hoher Qualität ohne Künstlichkeit erhalten werden kann.

Claims

Optisches Beleuchtungssystem zum Führen eines von einer Lichtquelle emittierten Lichts zu einem zu beleuchtenden Gegenstand entlang eines optischen Pfades, welches aufweist: einen ersten reflektierenden Spiegel (4, 42), der einen Teil eines Lichts reflektiert, das sich in einer Vorwärtsrichtung entlang des optischen Pfades bewegt, um sich von der Lichtquelle weg zu bewegen, und einen zweiten reflektierenden Spiegel (3, 32), der zwischen der Lichtquelle (1) und dem ersten reflektierenden Spiegel (4, 42) angeordnet ist und der einen Teil eines Lichts reflektiert, das von dem ersten reflektierenden Spiegel reflektiert wurde und sich in einer Rückwärtsrichtung entlang des optischen Pfades bewegt, um sich der Lichtquelle (1) anzunähern, wobei der erste reflektierende Spiegel eine Öffnung (14) hat, die dem anderen Teil des sich in der Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts ermöglicht, durch diese hindurchzugehen und den zu beleuchtenden Gegenstand (5, 6, 7, 10, 17, 62, 72, 82, 102, 103, 161, 166) zu erreichen, und der zweite reflektierende Spiegel ein Fenster (13, 132, 133) hat, das dem von der Lichtquelle emittierten Licht ermöglicht, durch dieses hindurchzugehen, wodurch ein optischer Hohlraum (C1, C2) durch den ersten und den zweiten reflektierenden Spiegel gebildet ist, der erste reflektierende Spiegel (4, 42) und der zweite reflektierende Spiegel (3, 32) so ausgebildet sind, dass sie wiederholt das von dem ersten reflektierenden Spiegel (4, 42) reflektierte Licht reflektieren, bis das Licht durch die Öffnung (14) hindurchgeht, um auf den Gegenstand zu treffen, gekennzeichnet durch eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung (17, 72) die innerhalb des optischen Hohlraums (C1) angeordnet ist.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine innerhalb des optischen Hohlraums (61) angeordnete Viertelwellenplatte (62).
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste reflektierende Spiegel ein ebener Spiegel ist, der zweite reflektierende Spiegel ein sphärischer Spiegel ist, dessen reflektierende Oberfläche der reflektierenden Oberfläche des ersten reflektierenden Spiegels zugewandt ist, die Öffnung des ersten reflektierenden Spiegels angenähert in der Mitte des ersten reflektierenden Spiegels ausgebildet ist und das Fenster des zweiten reflektierenden Spiegels angenähert in der Mitte des zweiten reflektierenden Spiegels ausgebildet ist, wodurch dem optischen Hohlraum ermöglicht wird, ein Beleuchtungslicht darin zu beschränken, mit dem der Gegenstand beleuchtet wird.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, bei dem ein Brennpunkt (P1) des zweiten reflektierenden Spiegels sich hinter einer Lichteintrittsfläche des zu beleuchtenden Gegenstands von dem zweiten reflektierenden Spiegel aus betrachtet befindet.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend eine Lichtquelle (1) zum Emittieren eines divergenten Lichts und eine Lichtsammelvorrichtung (2, 15) zum Sammeln des divergenten Lichts durch das Fenster in dem optischen Hohlraum.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zu beleuchtende Gegenstand eine reflektierende optische Vorrichtung (5, 6, 7, 10, 17, 62, 72, 82, 102, 103, 161, 166) enthält.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zu beleuchtende Gegenstand (5) ermöglicht, dass sich ein Licht in der Rückwärtsrichtung entlang des optischen Pfades innerhalb des Gegenstands bewegt und in dem optischen Hohlraum (C1) von einer Lichteintrittsfläche (5a) von diesem eintritt.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine in dem optischen Pfad angeordnete Phasenplatte (6, 62, 162).
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem das reflektierende Polarisationstrennglied (17) innerhalb des optischen Hohlraums (C2) unter einem Winkel zu der Achse des optischen Pfades angeordnet ist.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 9, bei dem eine dichroitische Filteranordnung (20) innerhalb des optischen Hohlraums unter einem Winkel zu der Achse des optischen Pfades angeordnet ist.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 10, weiterhin aufweisend eine Erzeugungsvorrichtung für in einer Richtung polarisiertes Licht (16, 160), die das von der Lichtquelle emittierte Licht empfängt und in einer Richtung polarisiertes Licht erzeugt, das durch das Fenster in den optischen Hohlraum einzugeben ist.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 11, bei dem die Erzeugungsvorrichtung für in einer Richtung polarisiertes Licht (16) enthält: eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung (161) zum Trenn des von der Lichtquelle emittierten Lichts in ein erstes polarisiertes Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung und ein zweites polarisiertes Licht mit einer zweiten Polarisationsrichtung senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung, eine Polarisationsrichtungs-Schiebevorrichtung (162) zum Verschieben der Polarisationsrichtung des zweiten polarisierten Lichts um 90 Grad, um ein drittes polarisiertes Licht mit der ersten Polarisationsrichtung zu erzeugen, und eine Kondensorvorrichtung (164, 165) zum Leiten des ersten und des dritten polarisierten Lichts zu dem optischen Hohlraum (C2).
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Erzeugungsvorrichtung für in einer Richtung polarisiertes Licht (160) enthält: eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung (166) zum Trennen des von der Lichtquelle emittierten Lichts in ein erstes polarisiertes Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung und ein zweites polarisiertes Licht mit einer zweiten Polarisationsrichtung senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung, einen Spiegel (167, 168) der bewirkt, dass das erste polarisierte Licht und das zweite polarisierte Licht angenähert eine Drehung im rechten Winkel machen, um ein drittes polarisiertes Licht und ein viertes polarisiertes Licht zu erzeugen, von denen sich jedes in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung der Bewegung des ersten polarisierten Lichts und einer Richtung der Bewegung des zweiten polarisierten Lichts bewegt, und eine Kondensorvorrichtung (169), die das dritte und das vierte polarisierte Licht zu dem optischen Hohlraum leitet.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, bei dem der zu beleuchtende Gegenstand ein Lichtventil (102) ist, dessen Lichteintrittsfläche rechteckig ist, wobei die Lichteintrittsfläche mit dem ersten und dem dritten polarisierten Licht bestrahlt wird und die Mitten des ersten und des dritten polarisierten Lichts in einer Richtung parallel zu den Längsseiten der Lichteintrittsfläche gegeneinander versetzt sind.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 13, bei dem der zu beleuchtende Gegenstand ein Lichtventil (102) ist, dessen Lichteintrittsfläche rechteckig ist, wobei die Lichteintrittsfläche mit dem dritten und vierten polarisierten Licht bestrahlt wird, deren Mitten in einer Richtung parallel zu den Längsseiten der Lichteintrittsfläche gegeneinander versetzt sind.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zu beleuchtende Gegenstand ein Lichtventil (103) ist und das optische Beleuchtungssystem weiterhin einen Lichtsensor (203) zum Erfassen der Intensität eines Lichts in dem optischen Pfad oder dem optischen Hohlraum und eine Steuervorrichtung (207) zum Steuern des Grads der Lichtmodulation in der Polarisationsrichtung in dem Lichtventil gemäß der durch den Lichtsensor erfassten Intensität aufweist.
Optisches Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend einen Lichtsensor (203) zum Erfassen der Intensität eines Lichts in dem optischen Pfad oder dem optischen Hohlraum, eine Lichtblende (201) mit einer variablen Öffnung, durch die das von der Lichtquelle emittierte Licht hindurchgeht, und eine Lichtintensitäts-Steuervorrichtung (202), die die Öffnung der Lichtblende gemäß der von dem Lichtsensor erfassten Intensität steuert.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Führen eines von einer Lichtquelle emittierten Lichts zu einem zu beleuchtenden Gegenstand entlang eines optischen Pfades und einer Projektionslinse zum Projizieren eines von dem Gegenstand austretenden Lichts auf einen Schirm, wobei der Gegen stand eine Lichtmodulationsfunktion hat, wobei das optische Beleuchtungssystem eines der in den Ansprüchen 1 bis 17 beschriebenen optischen Beleuchtungssysteme ist.