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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Projektor mit einem optischen
Bilderzeugungssystem mit einem Bilderzeugungselement, das durch
einen Flüssigkristall
oder eine DMD (Digital Micromirror Device [Digitale Mikrospiegelvorrichtung]:
Warenzeichen von Texas Instrument Inc.) dargestellt wird.
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Beschreibung des verwandten
Gebiets
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In
den letzten Jahren sind Vorrichtungen für vergrößerte Projektion mittels eines
Flüssigkristallprojektors
oder einer DMD (digitale Mikrospiegelvorrichtung) anstelle eines
CRT-Projektors auf dem Projektormarkt erschienen. Unter den Projektoren,
im Falle eines Rückprojektors,
der ein Bild von einer Rückfläche des
Bildschirms projiziert, ist ein zunehmend steigender Bedarf zur
Reduzierung der Dicke und des Gewichts in der Konstruktionsbeschaffenheit
vorhanden. Andererseits wird es sogar im Fall eines Frontprojektors
in Verbindung mit einer Erweiterung auf Hausgebrauch erforderlich,
vergrößerte Projektion
sogar in einem kleinen Raum zuzulassen. Es besteht ein steigender
Bedarf an breitem Betrachtungswinkel zum Erhalt eines großen Bildschirms
sogar durch vergrößerte Projektion
bei kleinem Abstand.
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Als
ein Ansatz für
vergrößerte Projektion
bei kleinem Abstand und erweitertem Betrachtungswinkel des Projektors
ist jeweils ein Projektor in
WO 97/01787 A1 ,
EP 1139 145 A2 ,
EP 0778 483 A1 und
der japanischen nichtgeprüften
Patentveröffentlichung
JP 10-111458 A offenbart
worden, der das optische Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp
verwendet. Das optische Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp,
wie z. B. die in dem in den oben identifizierten Veröffentlichungen
offenbarten Projektor verwendeten, hat allgemein zahlreiche Vorteile,
wie z. B. (1) es weist keine Farbfehler auf, (2) kann die Dicke
und Größe für die Fähigkeit reduzieren,
einen Strahlengang zu biegen, (3), kann kleine interne Reflexion
und hohen Kontrast erhalten, und (4) ist zu hoher Auflösung in
einfachem Aufbau in der Lage. Deshalb sind zahlreiche Formen der
optischen Bilderzeugungssysteme vom Reflexionstyp vorgeschlagen
worden.
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Unter
der Anzahl von optischen Bilderzeugungssystemen vom Reflexionstyp
ist ein Beispiel des optischen Bilderzeugungssystems vom Reflexionstyp,
das die Erfinder in der Vergangenheit vorgeschlagen haben, in 10 dargestellt. 10 ist
eine allgemeine Darstellung eines Projektors, der mit einem optischen Beleuchtungssystem 1,
einem Bilderzeugungselement vom Reflexionstyp (oder Bildaufnahmeelement) 2 und einem
optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp aufgebaut ist.
Das Bilderzeugungselement 2 vom Reflexionstyp ist auf einer
Bilderzeugungsoberfläche
des optischen Bilderzeugungssystems vom Reflexionstyp angeordnet.
Das optische Bilderzeugungselement vom Reflexionstyp in 10 ist
mit einem ersten Reflexionsspiegel 3a mit einer konkaven
Oberfläche,
die zu einer Bilderzeugungsoberfläche (Bilderzeugungselement 2 vom
Reflexionstyp) gerichtet ist, und eine frei gekrümmte Oberflächenform aufweist, einem zweiten
Reflexionsspiegel 3b mit einer konvexen Oberfläche, die
zu einem Lichtstrom von dem ersten Reflexionsspiegel gerichtet ist
und eine frei gekrümmte
Oberflächenform
aufweist, einem dritten Reflexionsspiegel 3c mit einer konvexen
Oberfläche,
der zu einem Lichtstrom von dem zweiten Reflexionsspiegel gerichtet
ist und eine frei gekrümmte
Oberflächenform
aufweist, und einem vierten Reflexionsspiegel 3d mit einer
konkaven Oberfläche aufgebaut,
die zu einem Lichtstrom von dem dritten Reflexionsspiegel gerichtet
ist und eine rotationssymmetrische asphärische Form aufweist, welche
in aufeinanderfolgender Reihenfolge von der Seite des Bilderzeugungselements 2 vom
Reflexionstyp angeordnet sind.
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Wenn
das optische Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp von 10 in
dem Projektor oder dem Anzeigegerät des vergrößerten Projektionstyps verwendet
wird, gibt es eine strenge Anforderung hinsichtlich Präzision bei
der Herstellung und Präzision
bei Montage an das Anzeigegerät
vom vergrößerten Projektionstyp,
da die Formen der Reflexionsoberflächen der das optische Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp bildenden Reflexionsspiegel eine frei gekrümmte Oberflächenform
aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts der Mangel in dem oben aufgeführten Stand
der Technik erarbeitet worden. Deshalb besteht eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Projektors mit einem
optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp, der kompakt mit
einem breiten Betrachtungswinkel sowie kostengünstig ist und einheitliche
Beleuchtungsintensität
aufweist.
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Dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge umfasst ein Projektor
die Merkmale von Anspruch 1.
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Dem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge umfasst ein Projektor
die Merkmale von Anspruch 2.
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In
einem bevorzugten Aufbau erfüllen
die Formen der Reflexionsoberflächen
der Reflexionsspiegel, die das optische Bilderzeugungssystem vom
Reflexionstyp bilden, die folgenden Formeln (1) bis (3), wobei eine
optische Achse als z-Achse, eine Ebene senkrecht zu der z-Achse
als x-y-Ebene, eine Schnittstelle zwischen der z-Achse und der x-y-Ebene als Ursprung
O, und Achsen, die sich an dem Ursprung O schneiden, sich auf der
x-y-Ebene erstrecken und einander senkrecht schneiden als x-Achse
und y-Achse genommen werden:
ρ2 = x2 + y2 (2) c = 1/r (3)wobei α
i (i
= 1, 2, ..., 8) Korrekturkoeffizienten sind, r ein Krümmungsradius
der Reflexionsoberfläche
ist und k ein konischer Koeffizient ist.
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Die
Form der Reflexionsoberfläche
des Reflexionsspiegels, der das optische Bilderzeugungssystem vom
Reflexionstyp des Projektors bildet, ist eine rotationssymmetrische
asphärische
Form, die durch die vorhergehenden Formeln (1) bis (3) ausdrückt ist.
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In
dem oben aufgeführten
Projektor kann die Tiefe des Projektors durch Vorsehen eines Strahlengangumwandlungselements
reduziert werden, das durch einen Reflexionsspiegel, ein Prisma
und dergleichen in dem optischen Beleuchtungssystem des Projektors
dargestellt sein kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständiger von der im folgenden
aufgeführten
Beschreibung und von den beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verstanden werden, die jedoch nicht als
die Erfindung begrenzend, sondern nur zur Erklärung und zum Verständnis aufgefasst
werden sollten.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Vorderansicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Draufsicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Darstellung, die ein Verhältnis
zwischen einer Form eines Reflexionsspiegels und einer Koordinatenachse
zeigt;
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6 ein
Ablaufdiagramm, das eine Verfahrensweise zum Bestimmen der Form
des Reflexionsspiegels und Anordnung zeigt;
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7A und 7B sind
Darstellungen, die Positionsverhältnisse
jedes Reflexionsspiegels und jedes Parameters der Form des Reflexionsspiegels
zeigen;
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8 eine
teilvergrößerte Darstellung
von 2;
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9 eine
allgemeine Darstellung, in der das optische Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp der vorliegenden Erfindung auf einen Rückprojektor
angewendet ist; und
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10 eine
allgemeine Darstellung, die das konventionelle optische Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung soll im folgenden ausführlich hinsichtlich der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erörtert
werden. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezielle
Details aufgeführt,
um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu schaffen. Es wird den Fachleuten in
diesem Gebiet jedoch offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung
ohne diese speziellen Details praktiziert werden kann.
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Ein
optisches Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 1 bis 4 dargestellt. 1 ist
eine perspektivische Ansicht, 2 ist eine
Seitenansicht, 3 ist eine Vorderansicht (wie
betrachtet von der rechten Seite in 2) und 4 ist
eine Draufsicht eines Projektors, der durch Kombinieren eines Bilderzeugungselements
vom Reflexionstyp und eines optischen Beleuchtungssystems zu einem
optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp aufgebaut wird.
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Bezugnehmend
auf die 1 bis 4, ist das
optische Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp mit vier Reflexionsspiegeln
aufgebaut, die einen ersten Reflexionsspiegel 3a mit einer
konkaven Reflexionsoberfläche
rotationssymmetrischer asphärischer
Form, einen zweiten Reflexionsspiegel 3b mit einer rotationssymmetrisch
asphärisch
geformten konvexen Reflexionsoberfläche, die zu einem Lichtstrom
von dem ersten Reflexionsspiegel gerichtet ist, einen dritten Reflexionsspiegel 3c mit
einer rotationssymmetrisch asphärisch geformten
konkaven Reflexionsoberfläche,
die zu einem Lichtstrom von dem zweiten Reflexionsspiegel gerichtet
ist, und einen vierten Reflexionsspiegel 3d mit einer rotationssymmetrisch
asphärisch
geformten konvexen Reflexionsoberfläche einschließen, die
zu dem Lichtstrom von dem dritten Reflexionsspiegel gerichtet ist.
Die Reflexionsspiegel sind angeordnet, um einen Zickzackgang des
Lichtstroms durch Reflektieren des Lichtstrahls in aufeinanderfolgender
Reihenfolge der Reflexionsspiegel 3a, 3b, 3c und 3d zu
bilden. Der durch den vierten Reflexionsspiegel 3d reflektierte
Lichtstrom wird auf einen Projektionsschirm (nicht gezeigt) in vergrößerter Weise
projiziert. Auf einer Bilderzeugungsoberfläche des Bilderzeugungssystems
vom Reflexionstyp wird ein Bilderzeugungselement 2 vom
Reflexionstyp, das aus einem Flüssigkristallelement
oder einer DMD gebildet wird, zum Bilden eines telezentrischen optischen
System angeordnet.
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Die
Form der Reflexionsoberfläche
(die rotationssymmetrische asphärische
Form) der Reflexionsoberflächen
3a bis
3d ist
eine Form, die die folgenden Formeln (1) bis (3) erfüllt, wobei
die Koordinatenachsen wie in
5 gezeigt
genommen werden, und eine optische Achse als z-Achse genommen wird,
eine Ebene senkrecht zu der z-Achse als x-y-Ebene (eine durch vier Punkte A, B,
C und D definierte Ebene) genommen wird, ein Schnittstelle zwischen
der z-Achse und der x-y-Ebene als ein Ursprung O genommen wird,
und die Achsen, die sich am Ursprung O schneiden, auf der x-y-Ebene
verlaufen und einander senkrecht schneiden, werden als x-Achse und
y-Achse genommen werden.
ρ2 = x2 + y2 (2) c = 1/r (3)wobei α
i (i
= 1, 2, ..., 8) Korrekturkoeffizienten sind, r ein Krümmungsradius
der Reflexionsoberfläche
ist und k ein konischer Koeffizient ist.
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Die
Reflexionsspiegel mit die vorhergehenden Gleichungen erfüllenden
Formen der Reflexionsoberflächen
können
entweder ein Reflexionsspiegel sein, der eine gekrümmte Oberfläche α annimmt
(durch Punkte a, b, c und d definierte Oberfläche) (siehe 5),
in der die z-Achse über
die Mitte derselben verläuft,
als die Reflexionsoberfläche,
oder eine sogenannte gekrümmte
Oberfläche β vom versetzten
Typ (durch Punkte a', b', c' und d' definierte gekrümmte Oberfläche), in
der die z-Achse nicht über
die Mitte derselben verläuft,
als die Reflexionsoberfläche
annimmt. In der gezeigten Ausführungsform
werden die Reflexionsspiegel vom versetzten Typ verwendet.
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Ein
Verhältnis
der räumlichen
Position zwischen jeweiligen Reflexionsspiegeln soll Ursprünge von
Koordinatensystemen jeweiliger Reflexionsspiegel, die die Form der
Reflexionsoberfläche
definieren, auf der selben Ebene anordnen. Anders als anhand der
Form der Reflexionsoberfläche,
ist es schwierig, das Verhältnis der
räumlichen
Position durch einen einfachen Vergleichsausdruck auszudrücken. Deshalb
wird die Anordnungsposition der Reflexionsspiegel 3a bis 3d zusammen
mit der Form der Reflexionsoberfläche durch eine bekannte Strahlenverfolgungssimulation
auf der Grundlage der vorhergehenden Formeln (1) bis (3) zum Definieren
der Form der Reflexionsoberfläche,
einen Einfallswinkel θ eines
primären
Lichtstrahls auf das Bilderzeugungselement, einen Annäherungswinkel ϕ eines
von dem Bilderzeugungselement emittierten Lichtstroms, räumlicher
Begrenzung des optischen Systems, Art und Größe des Bilderzeu gungselements
(so wie Flüssigkristallanzeigeelement,
DMD oder dergleichen), das mit dem optischen Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp zu kombinierten ist, und Designspezifikationen
der Bildschirmprojizierposition und dergleichen bestimmt.
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Zu
diesem Zeitpunkt sind Winkel zwischen der optischen Achse des optischen
Bilderzeugungssystems vom Reflexionstyp (A – A-Achse von 7A,
nämlich
Z-Achse) und einem einen Bildschirm erreichenden Lichtstrahl (siehe 7), ein sogenannter Halbbetrachtungswinkel,
größer oder
gleich 40 Grad und kleiner als 90 Grad einzustellen, und der Winkel
des primären
Lichtstrahls von dem Bilderzeugungselement 2 ist größer als
oder gleich 5 Grad einzustellen. Wenn der Winkel des primären Lichtstrahls
kleiner als oder gleich 5 Grad ist, kann eine Störung zwischen dem Lichtstrahl
und dem optischen Beleuchtungssystem verursacht werden, die Verdunkelung
des Lichtstrahls bewirkt. Deshalb ist es nicht erwünscht, den
Winkel des primären
Lichtstrahls als kleiner als oder gleich 5 Grad einzustellen. Die
Obergrenze des Winkels des primären
Lichtstrahls wird durch eine Größe eines
Projektors entschieden, in dem das optische Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp installiert wird. Die Obergrenze des Winkels des
primären
Lichstrahls ist bei ungefähr
20 Grad festzulegen, um den vertikalen Abstand zwischen den Reflexionsspiegeln
zu begrenzen und die Anordnung kompakt zu gestalten und Verkleinerung
zu erreichen.
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Eine
Vorgehensweise zum Ableiten des Verhältnisses der räumlichen
Position zwischen jeweiligen Reflexionsspiegeln durch die Strahlenverfolgungssimulation
ist in 6 dargestellt. Zuerst werden der Betrachtungswinkel,
die Bildschirmgröße, räumliche
Größe des optischen
Systems, Art und Größe des Bilderzeugungselements,
Designspezifikationen, wie z. B. Bildschirmprojektionsposition und
dergleichen bestimmt (Schritt S1). Als nächstes wird aufgrund der Designspezifikationen
die Art des optischen Systems (ob telezentrisches System oder nicht;
in der vorliegenden Erfindung wird das telezentrische System gewählt), Anzahl
der Reflexionsspiegel (vier in der vorliegenden Erfindung), Designkonzept,
so wie optische Achsenverschiebungsgröße und dergleichen bestimmt
(Schritt S2).
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Aufgrund
der in den Schritten S1 und S2 bestimmten Informationen werden Anfangsdaten
so wie Irisposition, ungefähre
räumliche
Anordnung der Reflexionsspiegel (Anordnung unter Vermeidung von
Teilblockierung des reflektierten Lichtstrahls aufgrund gegenseitiger
Störung
jeweiliger Reflexionsspiegel), Formbestimmungsgleichung (vorhergehende
Formeln (1) bis (3) der vorliegenden Erfindung) der Reflexionsspiegel, ein
Anfangswert des optischen Systemelements, der für Strahlenverfolgung benötigt wird,
und dergleichen erzeugt (Schritt S3). Aufgrund der Anfangsdaten
wird Strahlenverfolgungssimulation durchgeführt, um die Größe jeweiliger
Reflexionsspiegel, die räumliche
Position, die Neigungswinkel und dergleichen zu bestimmen. Es sollte
festgestellt werden, dass bei Strahlenverfolgungssimulation bekannte
Verfahren verwendet werden. Die Erfinder führten Strahlenverfolgungssimulation
unter Verwendung einer im Handel verkauften Entwurfssoftware für optische
Systeme durch.
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In
der Strahlenverfolgungssimulation werden zuerst Werte von Parameter
zum Bestimmen der Größe des jeweiligen
Reflexionsspiegels, räumlicher
Position, Neigungswinkel und dergleichen einschließlich der
Bereiche x und y in den vorhergehenden Formeln (1) bis (3) bei Strahlenverfolgung αi,
r, k bestimmt (Schritt S4). Aufgrund des Ergebnisses von Schritt
S4 wird Bewertung hinsichtlich Leistung, wie z. B. MTF, Toleranz,
Krümmung,
Aberration, effektive Lichtstromgrenze des Reflexionsspiegels durchgeführt (Schritt
5). Berechnungen der Parameter und Leistungsbewertung werden wiederholt,
bis das Bewertungsergebnis die Designspezifikation erfüllt, um
die Form des Reflexionsspiegels und die räumliche Position durch Durchführen von
Feinabstimmung zu bestimmen (Schritte S6 und S7).
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Durch
Optimieren der Formen jeweiliger vier Reflexionsoberflächen durch
die vorhergehende Vorgehensweise, kann die bevorzugte Form des Reflexionsspiegels
hinsichtlich Erweiterung des Betrachtungswinkels und Verkleinerung
in dem telezentrischen optischen System erreicht werden. Ein Beispiel
des erhaltenen Ergebnisses. ist in den 7A und 7B gezeigt.
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7A ist
eine Darstellung, die die Anordnung des Reflexionsspiegels zeigt,
und 7B ist eine Darstellung, die den besonderen Wert
jedes Parameter zeigt, welches den Reflexionsspiegel und die Anordnung desselben
angibt.
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In
den 7A und 7B wird
das Koordinatensystem (Koordinatenachse ist durch Großbuchstaben ausgedrückt), das
aus dem Bilderzeugungselement 2 und vier Reflexionsspiegeln 3a bis 3d besteht,
aufgebaut, indem die optische Achse des Bilderzeugungselements 2 als
Z-Achse, eine die Z-Achse schneidende und zu dem Blatt der Zeichnung
senkrechte Achse als X-Achse, und eine zu dem Blatt der Zeichnung
parallele und zu der Z-Achse senkrechte Achse (auf dem Blatt) als
Y-Achse genommen wurde. In der Zeichnung wird die rechte Richtung
als positive Richtung der Z-Achse genommen, und die linke Richtung
wird als negative Richtung der Z-Achse genommen, die Aufwärtsrichtung
wird als positive Richtung der Y-Achse genommen und die Abwärtsrichtung
wird als negative Richtung der Y-Achse genommen. Ferner wird die
richtungsentfernte Richtung zur Rückseite des Blatts hin als
positive Richtung genommen. Daher bildet die Blattoberfläche die Z-Ebene.
Der Ursprung der Koordinaten kann an einer jeglichen Position festgelegt
werden. Zum Zweck der Offenbarung wird eine Schnittstelle zwischen
der Z-Achse und dem Bilderzeugungselement als Ursprung der Koordinaten
genommen.
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In 7B stellt ”Nr.” die Zahl
zum Identifizieren der Reflexionsspiegel 3a bis 3d und
des Bilderzeugungselements 2 dar, wobei ”0” das Bilderzeugungselement 2 identifiziert, ”1” den ersten
Reflexionsspiegel 3a identifiziert, ”2” den zweiten Reflexionsspiegel 3b identifiziert, ”3” den dritten
Reflexionsspiegel identifiziert und ”4” den vierten Reflexionsspiegel
identifiziert. ”dj” stellt
einen Abstand zwischen den Reflexionsspiegeln dar. ”dj” in der
Spalte des Bilderzeugungselements, nämlich in der Spalte von Nr.
0, d0 gezeigt in 7A, zeigt einen Abstand von
dem Bilderzeugungselement 2 zu dem ersten Reflexionsspiegel 3a an.
In ähnlicher
Weise stellt in der Spalte von Nr. 1, nämlich in der Spalte des ersten
Reflexionsspiegels, dj d1 in 7A dar
und zeigt den Abstand von dem ersten Reflexionsspiegel 3a zu
dem zweiten Reflexionsspiegel 3b an. In ähnlicher
Weise stellt in der Spalte von Nr. 4, nämlich in der Spalte des vierten
Reflexionsspie gels, dj d4 in 7A dar
und zeigt den Abstand von dem vierten Reflexionsspiegel 3a.
zum Bildschirm 5 an.
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In
den 7A und 7B sind
Einheiten jeweiliger Parameter, nämlich der Krümmungsradius
r der Reflexionsspiegel 3a bis 3d, der Abstand
d0 zwischen dem Bilderzeugungselement 2 und dem ersten
Reflexionsspiegel 3a, die Abstände d1 bis d3 zwischen Reflexionsspiegeln,
der Abstand d4 von dem vierten Reflexionsspiegel 3d zum
Bildschirm 5, die Abstände
X und Y von der Z-Achse (optische Achse A-A des Bilderzeugungselements)
zu den Ursprüngen
der Koordinaten der Reflexionsspiegel 3a bis 3d (Ursprünge der
die Form des Reflexionsspiegel definierenden Koordinaten, nämlich Koordinatenursprung
bei Berechnung der Form des Reflexionsspiegels) in ”mm” ausgedrückt.
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Ein
Rotationswinkel der Reflexionsspiegel 3a bis 3d ist
in ”Grad” ausgedrückt. Wenn
eine Position, wo die Koordinatenachsen x, y, z des Koordinatensystems
(Koordinatenachsen werden durch Kleinbuchstaben dargestellt), die
die Form der Reflexionsoberfläche
der Reflexionsspiegel definieren, parallel zu den jeweiligen Koordinatenachsen
X, Y, Z ist (in einem Zustand, wo die y-Achse senkrecht zur Z-Achse
(optische Achse A-A), als
Bezugspunkt genommen wird, ist der Rotationswinkel, wenn er nach
rechts (im Uhrzeigersinn) um die x-Achse, vorwärts oder positiv, und nach
links (gegen den Uhrzeigersinn) um die x-Achse gedreht wird, rückwärts oder
negativ. Andere Parameter als die oben aufgeführten (konischer Koeffizient
k, Korrekturkoeffizienten α1
bis α7)
sind Absolutzahlen.
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Der
Abstand dj (j = 1 bis 4, nämlich
in der Zeichnung d0, d1, d2, d3, d4) sind Abstände, die parallel zu der optischen
Achse A-A (Z-Achse) zwischen den Koordinatenursprüngen gemessen
werden, die die Formen der jeweiligen Reflexionsoberflächen definieren,
nämlich
die Abstände
zwischen Koordinatenursprüngen,
die die Formen der jeweiligen Reflexionsoberflächen auf der Z-Achse definieren.
X ist der Abstand von der optischen Achse A-A (Z-Achse) zu den Koordinatenursprüngen, die
die Form jeder Reflexionsoberfläche
definieren, senkrecht zu der optischen Achse A-A (Z-Achse) in X-Achsen Richtung.
Y ist ein Abstand von der optischen Achse A-A (Z-Achse) zu den Koordinatenursprüngen, die
die Form jeder Reflexionsoberfläche
definieren, senkrecht zu der optischen Achse A-A (Z-Achse) in Y-Achsenrichtung.
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Da
in dem in den 7A und 7B gezeigten
Beispiel der Reflexionsspiegel vom versetzten Typ ist, ist der Koordinatenursprung
des Reflexionsspiegels von der Mitte des Reflexionsspiegels versetzt
angeordnet. Da der Abstand dj (j = 0 bis 4) nur in Bezug zur Z-Ursprungskoordinate
der jeweiligen die Form der jeweiligen Reflexionsoberflächen definierenden
Koordinaten benötigt
werden kann, sind die Positionen der X-Koordinate und Y-Koordinate
nicht deutlich gezeigt, während
die Position des Z-Koordinatenursprungs jeweiliger die Formen der
jeweiligen Reflexionsoberflächen
definierenden Koordinaten gezeigt ist.
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Wenn
der Reflexionsspiegel 3d nach links gedreht wird, in bezug
zu der Form der Reflexionsoberfläche
des versetzten Typs, wird er nominal als nach rechts gedreht dargestellt.
Die Größe des Reflexionsspiegels
ist beliebig und kann bei einer Größe festgelegt werden, die nicht
den Lichtstrahl im Verhältnis
zur Position des vorhergehenden Reflexionsspiegels blockiert.
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Das
optische Beleuchtungssystem 1 ist mit einer Lichtquelle,
die aus einer Bogenlampe 1a und einem elliptischen Spiegel 1j besteht,
in dem ein lichtemittierender Teil der Bogenlampe 1a an
einem ersten Brennpunkt angeordnet ist, einer Stablinse 1c mit
einer Einfallsseitenblende, die an dem zweiten Brennpunkt des elliptischen
Spiegels 1j angeordnet ist, einem Farbfilter 1b,
der zwischen der Lichtquelle und der Stablinse 1c angeordnet
ist, Linsen 1d, 1f, 1g und 1h,
die in Ausrichtung mit der Mitte der lichtemittierenden Seite der
Stablinse 1c angeordnet sind, und einem ebenen Reflexionsspiegel
(ein sogenanntes Strahlengangumwandlungselement) 1i zum
Reflektieren des Lichtstroms aufgebaut, um es zu der Bilderzeugungsoberfläche zu führen. In
bezug zu dem optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp ist
die Bilderzeugungsoberfläche des
optischen Beleuchtungssystems 1 passend zu der Bilderzeugungsoberfläche des
optischen Bilderzeugungssystems vom Reflexionstyp angeordnet. Auf
der Bilderzeugungs oberfläche
des optischen Beleuchtungssystems 1 wird das Bilderzeugungselement 2 vom
Reflexionstyp installiert, um ein telezentrisches optisches Beleuchtungssystem
zu bilden. Das Bilderzeugungselement 2 vom Reflexionstyp
wird mit einer Flüssigkristallglühbirne vom
Reflexionstyp oder einer DMD gebildet, und wird an der Bilderzeugungsposition
angeordnet, die dem optischen Beleuchtungssystem 1 und
dem optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp gemeinsam ist.
In der gezeigten Ausführungsform
wird eine DMD verwendet.
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Der
von der Bodenlampe 1a emittierte Lichtstrom wird auf die
Einfallseitenblende der Stablinse 1c durch den elliptischen
Spiegel 1j gebündelt,
um auf die Stablinse 1c einzufallen. Dann wird der Lichtstrom
ein vergrößerter Lichtstrom,
wobei die Beleuchtungsintensitätsverteilung
am emittierenden Ende der Stablinse 1c durch die Linsen 1d, 1f, 1g, 1h aufrechterhalten
wird. Der vergrößerte Lichtstrom
wird durch den ebenen Reflexionsspiegel 1i reflektiert
und fällt
auf das Bilderzeugungselement 2 vom Reflexionstyp, das
auf der Bilderzeugungsoberfläche
des optischen Beleuchtungssystems (auch der Bilderzeugungsoberfläche des
optischen Bilderzeugungssystems vom Reflexionstyp) angeordnet ist,
unter Ablenkung der Fortpflanzungsrichtung ein.
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Der
Lichtstrom, der durch das optische Beleuchtungssystem zu dem Bilderzeugungselement 2 vom Reflexionstyp
geführt
wird, wird durch das Bilderzeugungselement vom Reflexionstyp als
räumlich
in Lichtintensitätsverteilung
moduliert abhängig
von dem Bild reflektiert, das auf das optische Bilderzeugungssystem vom
Reflexionstyp einfallen soll. Der auf das optische Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp einfallende Lichtstrom wird aufeinanderfolgend
durch den ersten Reflexionsspiegel 3a, den zweiten Reflexionsspiegel 3b, den
dritten Reflexionsspiegel 3c und den vierten Reflexionsspiegel 3d reflektiert
und vergrößert. Der
durch den vierten Reflexionsspiegel 3d reflektierte Lichtstrom
wird auf den Projektionsschirm (nicht gezeigt) in vergrößerter Weise
projiziert. Zu diesem Zeitpunkt ist der projizierte Betrachtungswinkel
des projizierten Bilds so breit wie 140 Grad oder größer.
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Das
optische Beleuchtungssystem weist einen Aufbau eines telezentrischen
optischen. Systems auf, und das optische Bilderzeugungssystem vom
Reflexionstyp stellt auch das telezentrische optische System dar. Der
telezentrische Lichtstrom hat einen vorbestimmten Winkel θ in bezug
zur Senkrechten des Bilderzeugungselements 2 vom Reflexionstyp,
wie in 8 gezeigt ist. Der Lichtstrom mit einem Annäherungswinkel ψ des Lichtstroms
in bezug zu dem Lichtfluss des primären Lichtstrahls (der normalerweise
NA und FNO entspricht) fällt
auf das Bilderzeugungselement 2 vom Reflexionstyp ein.
Bei Reflexion kann durch Vorsehen des Winkels θ für den primären Lichtstrahl in bezug zur
Senkrechten des Bilderzeugungselements 2 vom Reflexionstyp,
Störung
mit dem optischen Teil des Beleuchtungsabschnitts verhindert werden,
um Bildung des optischen Systems ohne Verursachung von Verdunkelung
oder dergleichen zu erlauben. Andererseits kann durch Beseitigung
der Leuchtdichteschwankung in dem Projektionsschirm durch Ausbilden
des optischen Beleuchtungssystems 1 mit dem telemetrischen
System die Beleuchtungseffizienz verbessert werden. Außerdem kann das
Anzeigegerät,
wie z. B. ein Projektor oder dergleichen, mit dem gleichen optischen
Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp entweder im Übertragungstyp
oder Reflektionstyp gebildet werden.
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Da
in dem optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp der Lichtstrom
den primären
Lichtstrahlwinkel θ aufweist,
kann allgemein inhärent
verursacht werden, dass Sektorverzerrungsaberration in der unteren
Seite des Projektionsschirms schmaler und in der oberen Seite breiter
wird. Außerdem
ist diese Tendenz bedeutsamer beim Erweitern des Betrachtungswinkels.
Die vorliegende Erfindung verbessert Verzerrungsaberration mit einem
Aufbau von vier Reflexionsspiegeln jeweils mit rotationssymmetrischer
asphärischer
Form, um dadurch die Anforderung von Präzision beim Herstellern jeweiliger
Reflexionsspiegel durch Verwendung der Reflexionsspiegel rotationssymmetrischer
asphärischer
Form zum Verbessern von Mängeln des
telezentrischen optischen Systems zu reduzieren, die jeweilige optische
Teile relativ sperrig und teuer gestalten würden. Selbst mit einem relativ
großen
Reflexionsspiegel wird es möglich,
den Reflexionsspiegel aus Harzmaterial zu niedrigeren Produktionskosten
herzustellen. Da andererseits die Reflexionsoberfläche in der rotationssymmetrischen
asphärischen
Form ausgebildet wird, können
Abstände
zwischen jeweiligen Reflexionsspiegeln so klein wie weniger als
oder gleich 150 mm gestaltet werden, um zur kompakten Auslegung
des Geräts
beizutragen.
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Bei
Anwendung auf den Projektor, wird es erforderlich, den Einfluss
von der Lichtquelle zu berücksichtigen.
Deshalb kann, insbesondere bei dem Reflexionsspiegel 3b in 1,
da er in der Nähe
des Bilderzeugungselements 2 vom Reflexionstyp angeordnet
ist, derselbe leicht durch Wärme
beeinflusst werden. Daher ist es zum Begrenzen der Verzerrung des
Bilds bevorzugt, dass ein linearer Expansionskoeffizient α des Materials
begrenzt ist, um zu erfüllen: α < 6 × 10–5
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Ein
Beispiel eines Anzeigegeräts
vom Rückprojektionstyp,
das das optische Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet, ist in 9 gezeigt.
Das Anzeigegerät
vom Rückprojektionstyp
von 9 ist mit dem optischen Beleuchtungssystem 1,
einem Bilderzeugungselement 2a vom Übertragungstyp, einem optischen
Bilderzeugungssystem 3 vom Reflexionstyp, ebenen Reflexionsspiegeln 4a und 4b und
einem Bildschirm 5 vom Übertragungstyp
aufgebaut. Das optische Beleuchtungssystem 1, das Bilderzeugungselement 2a vom Übertragungstyp
und der erste Reflexionsspiegel 3a des optischen Bilderzeugungssystems 3 vom
Reflexionstyp sind in Ausrichtung angeordnet. Ferner ist das Bilderzeugungselement 2a vom Übertragungstyp
auf der Bilderzeugungsoberfläche
des optischen Bilderzeugungssystems vom Reflexionstyp angeordnet.
Das optische Beleuchtungssystem 1 ist ein typisches telezentrisches
optisches Flüssigkristallbeleuchtungssystem,
das eine Flugblendenlinse (nicht gezeigt) verwendet.
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Ein
von der Lichtquellenlampe des optischen Beleuchtungssystems 1 emittierter
Lichtstrom hält
telezentrische Charakteristiken aufrecht, um auf das Bilderzeugungselement
vom Übertragungstyp 2a einzufallen, das
durch die Flüssigkristallglühbirne vom Übertragungstyp
dargestellt wird. Der durch das Bilderzeugungselement 2a vom Übertra gungstyp
geführte
Lichtstrom fällt
auf das optische Bilderzeugungssystem 3 vom Reflexionstyp
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein, wobei ein Annäherungswinkel
in bezug zu dem primären Lichtstrahl
beibehalten wird. Das optische Bilderzeugungssystem 3 vom
Reflexionstyp ist mit den vier Reflexionsspiegeln 3a bis 3d aufgebaut,
die jeweils die in 1 gezeigte rotationssymmetrische
asphärische
Form aufweisen. Der von dem optischen Bilderzeugungssystem 3 vom
Reflexionstyp emittierte Lichtstrom hat einen breiten Betrachtungswinkel
mit einheitlicher Beleuchtungsintensität. Der von dem optischen Bilderzeugungssystem 3 vom
Reflexionstyp emittierte Lichtstrom wird durch den ebenen Reflexionsspiegel 4a,
dessen Reflexionsoberfläche
senkrecht zu dem Reflexionsspiegels 3d auf der Emissionsseite
des optischen Bilderzeugungssystems 3 vom Reflexionstyp
angeordnet ist und demselben gegenüberliegt, und den ebenen Reflexionsspiegel 4b,
der horizontal über
dem ebenen Reflexionsspiegel 4a angeordnet ist und die
Reflexionsoberfläche
nach unten richtet (die senkrecht zu dem ebenen Reflexionsspiegel 4a angeordnet
ist), in aufeinanderfolgender Reihenfolge reflektiert, um auf den
parallel zu dem ebenen Reflexionsspiegel 4a angeordneten
Bildschirm 5 vom Übertragungstyp
in vergrößerter Form
projiziert zu werden.
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Wie
in 9 gezeigt ist, kann, wenn der Bildschirm 5 vom Übertragungstyp
und die ebenen Reflexionsspiegel 4a und 4b in
bezug zu dem optischen Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet sind, vergrößerte Projektion
auf dem Bildschirm 5 vom Übertragungstyp mit räumlich kleinem
Platz durchgeführt
werden. Insbesondere kann durch Anordnen und Aufbauen des ebenen Reflexionsspiegels 4b parallel
zu der Senkrechten des Bilderzeugungselements 2a das gesamte
Gerät von einem
Betrachtungsfeld des den Bildschirm 5 vom Übertragungstyp
beobachtenden Betrachter verborgen werden. Andererseits ist eine
Verwendung des optischen Beleuchtungssystems 1 mit dem
wie in 1 gezeigten ebenen Reflexionsspiegel vorteilhaft,
da es kleinere Tiefe erfordert.
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Während die
vorhergehenden Ausführungsformen
den konkaven Spiegel rotationssymmetrischer asphärischer Form als den dritten
Reflexionsspiegel 3c verwenden, kann ein ähnlicher
Effekt sogar in dem Fall erhalten werden, wenn der konvexe Spiegel
rotati onssymmetrischer asphärischer
Form als der dritte Reflexionsspiegel 3c verwendet wird.
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Das
optische Bilderzeugungssystem vom Reflexionstyp gemäß der vorliegenden
Erfindung kann breite Betrachtungswinkel mit einfachem Aufbau von
vier Reflexionsspiegeln realisieren, wobei nur Reflexionsspiegel
von rotationssymmetrischer asphärischer
Form verwendet werden. Andererseits können die Abstände zwischen
jeweiligen Reflexionsspiegeln zum Erzielen von Verkleinerung klein
gestaltet werden. Außerdem können durch
Verwendung der rotationssymmetrischen asphärischen Form in den vier einfach
herzustellenden Reflexionsspiegeln, diese Reflexionsspiegel aus
einem Harz erzeugt werden, um ein kostengünstiges optisches Bilderzeugungssystem
vom Reflexionstyp zu erzeugen.
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Da
außerdem
das telezentrische optische System verwendet wird, kann eine Reduktion
von Beleuchtungsintensitätsschwankung
und eine Verbesserung von Beleuchtungseffizienz erzielt werden,
um das kompakte und kostengünstige
Anzeigegerät
aufzubauen, das einheitliche Beleuchtungsintensität beleuchten
kann.
