DE19829138A1

DE19829138A1 - Optisches Lichtsystem mit hoher Effizienz für die Be- und Durchleuchtung von Vorlagen mit linear polarisiertem Licht, insbesondere elektronisch steuerbaren Vorlagen mit rechteckigem Querschnitt für den Einsatz in Projektionsgeräten

Info

Publication number: DE19829138A1
Application number: DE1998129138
Authority: DE
Original assignee: APEL VOLKER
Current assignee: APEL VOLKER
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-05

Abstract

Es wird ein optisches Lichtsystem beschrieben, welches durch seinen Aufbau es ermöglicht, aus dem Licht einer unpolarisierten Lichtquelle mit einem divergierenden oder konvergierendem Lichtbündel eine rechteckige Vorlage mit quasi parallelem linear polarisiertem Licht extrem effizient auszuleuchten. Das System ist einfach im Aufbau und preiswert in der Herstellung.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Lichtsystem gemäß der Darstellung in Anhang 1 zur effizienten Nutzung des Lichtstromes einer unpolaristierten Lichtquelle mit einem typischer Weise kreisförmigen Lichtbündelquerschnitt (1 und 2). Das Lichtbündel wird in einen, als Lichtleitelement ausgeführten Querschnittswandler (4) mit konischem oder geraden Seitenflächen und einem kreisförmigen oder rechteckigem Querschnitt eingekoppelt. Im Lichtleitelement erfährt das Licht eine Querschnittswandlung bedingt durch die Geometrie des Elementes. Auf der Auskoppelseite hat das Lichtleitelement einen rechteckigem Querschnitt. Das austretende Lichtbündel ist divergierend und hat einen mit rechteckigem Querschnitt. Die Verluste bei dieser Quadratur sind gering. Mit Hilfe einer Feldlinse auf der Einkoppelseite (3) kann eine Anpassung der numerischen Apertur an der Einkoppelseite des Lichtleitelementes bezogen auf die Geometrie der Auskoppelseite erfolgen. Durch die Länge des Lichtleitelementes, die Steilheit der Begrenzungsflächen und dem Verhältnis von Querschnitt der Einkoppelseite zur Auskoppelseite kann die statische Energieverteilung des Lichtbündels für die Anwendung angepaßt werden.

Im Anschluß an die Querschnittswandlung erfolgt eine Parallelisierung des Lichtbündels durch eine Kondensorlinse (5) und mittels reflexiven Polarisationsfilter (6) die lineare Polarisation durch Reflexion und Transmission. Der ausgespiegelte linear polarisierte Lichtanteil wird über die Spiegel (7) auf ein prismatisches Element (8) geführt, während der andere Lichtanteil durch eine λ2-Platte (6) geleitet und in seiner Polarisationsrichtung dem anderen Lichtanteil angepaßt wird. Auch dieser Lichtstrahl trifft im gleichen Winkel auf das prismatische Element (8). Durch dieses werden beide Lichtanteile zu einem vereint und können für die Ausleuchtung von entsprechenden Vorlagen genutzt werden.

Der leitende Gedanke der Erfindung besteht in der optimalen Ausnutzung des von einer Lichtquelle erzeugten Lichtstromes für die Ausleuchtung von rechteckigen Vorlagen wie LCD's, die auch mit linear polarisiertem und quasi parallelem Licht betrieben werden müssen.

Bisherige Systeme zur effizienten Anpassung eines kreisförmigen Lichtbündelquerschnittes an rechteckige Flächen arbeiteten mit teuren und komplizierten Integratorsystemen oder schnitten einfach das Licht für die Vorlage aus.

Weiter wird bei der Polarisation des Lichtes entweder der auf direktem Wege nicht nutzbare linear polarisierte Lichtstrom absorbiert oder mittels aufwendiger und teuerer Systeme genutzt. Unerwünscht Abbildungseffekte der Lampen müssen oft auf Kosten der Effizienz gemindert werden.

Mit der Erfindung des optischen Lichtsystemes gemäß Patentanspruch 1 wird diesen Mängeln Abhilfe geschaffen. Das hier benannte System ist einfach im Aufbau. Die Anpassung an spezielle Vorlagenformate ist gut realisierbar. Es kann aus einfachen preiswerten Komponenten aufgebaut werden. Eventuelle Ungleichmäßigkeiten der Licht- oder Farbverteilung der Lichtquelle werden durch die Lichtmischung stark gemindert. Das hier vorgestellte optische Lichtsystem weist die Nachteile des Standes der Technik nicht auf. Es ist preiswert und einfach herstellbar. Es benötigt keine speziellen optischen Komponenten. Die Zahl der Elemente ist gering, aber die Effizienz ist hoch, da die auftretenden Verluste rein technisch bedingt sind.

Claims

1. Optisches Lichtsystem mit hoher Effizienz für die Be- und Durchleuchtung von Vorlagen mit linear polarisiertem Licht, insbesondere elektronisch steuerbaren Vorlagen mit rechteckigem Querschnitt für den Einsatz in Projektionsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem konvergierendem oder divergierendem Lichtbündel an der Einspeisungsseite eines Lichtleitelementes ein Lichtbündel mit rechteckigem Querschnitt auf der Austrittsseite erzeugt wird und dabei nur geringe Lichtverluste auftreten, die im wesentlichen durch die Transmissionsverluste im Lichtleitelement bestimmt werden.

2. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement aus einem hochtransmitiven Material besteht und einen höheren Brechungsindex besitzt als seine nächste Umgebung.

3. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement auf der Einspeisungsseite einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt hat.

4. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement auf der Auskoppelseite einen rechteckigen Querschnitt besitzt.

5. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement gegenüber seinem Durchmesser ein Vielfaches länger ist.

6. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steigung der Seitenflächen und dem Verhältnis von Einkoppelfläche zur Auskoppelfläche die statistische Winkelverteilung des Lichtstromes beeinflußt wird.

7. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine hohe Effizienz die einkoppelseitigen Aperturverhältnisse des Lichtbündels durch eine Feldlinse auf die Aperturverhältnisse an der Auskoppelseite des Lichtleitelementes angepaßt werden können.

8. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Lichtaustrittsfläche des Lichtleitelementes so anpaßt wird, daß der Lichtaustrittswinkel in beiden Ebenen gleich ist.

9. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Lichtaustrittsseite durch eine Kondensorlinse ein quasi paralleles Lichtbündel erzeugt wird.

10. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quasi parallele Lichtbündel auf einen linear polarisierenden Filter trifft, welcher einen Anteil des auftreffenden Lichtes als in eine Richtung linear polarisierte Komponenten durch seine Winkelstellung aus dem bisherigen Strahlengang ausspiegelt.

11. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die zweite Komponente des auf den Polarisationsfilter auftreffenden Lichtes passiert. Die Polarisationsrichtung dieser Komponente ist senkrecht zu der ausgespiegelten Komponente.

12. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transmittierte Komponenten eine λ2-Verzögerungsplatte als Element zur Drehung der Polarisationsebene um 90° passiert und somit die Polarisationsebenen beider linear polarisierten Lichtkomponenten gleich sind.

13. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgespiegelte Lichtanteil über Umlenkspiegel auf ein prismatisches Element reflektiert wird.

14. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Polarisationsebene gedrehte und der ausgespiegelte Lichtanteil im gleichen Winkel auf die selbe Fläche des prismatischen Elementes auftreffen.

15. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das prismatische Element beide Strahlengänge vereinigt werden, womit ein Lichtbündel hoher Leuchtdichte aus fast vollständig linear polarisiertem Licht entsteht.

16. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vereinigte Lichtbündel einen rechteckigen Querschnitt entsprechend der Geometrie der Projektionsvorlage hat.

17. Optisches Lichtsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quasi parallele und linear polarisierte Lichtbündel zum Be- oder Durchleuchten von Projektionsvorlagen wie LCD's genutzt werden kann.