DE19838559A1

DE19838559A1 - Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht und damit ausgestattete Projektionsbildschirmeinrichtung

Info

Publication number: DE19838559A1
Application number: DE19838559A
Authority: DE
Inventors: Makoto Yoshida; Akihiro Osaka; Mikio Sakamoto
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Sharp NEC Display Solutions Ltd
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 1999-03-18
Also published as: JP3335885B2; JPH1164850A

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbildschirmein richtung, die eine Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht zum gleichmäßigen Beleuchten einer rechteckigen Beleuch tungsfläche durch linear polarisierte Lichtstrahlen aufweist, deren Polarisationsrichtungen aneinander angeglichen werden, und in der das von dem Beleuchtungssystem ausgestrahlte, line ar polarisierte Licht durch ein Flüssigkristall-Lichtventil moduliert wird, um ein Bild auf einem Bildschirm darzustellen und das Bild gleichzeitig zu vergrößern.

Ein optisches Integratorsystem zum gleichmäßigen Be leuchten eines Flüssigkristall-Lichtventils, das als rechteckige Beleuchtungsfläche dient, wird in der JP-A-3-111 806 of fenbart. In dem optischen Integratorsystem werden die von ei ner Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen durch mehrere recht eckige Kondensorlinsen, die eine erste Kondensorlinsenmatrix platte bilden, in Lichtquellenbilder zerlegt, und die auf die se Weise durch die entsprechenden rechteckigen Kondensorlinsen erhaltenen Lichtquellenbilder werden durch eine zweite Konden sorlinsenmatrixplatte mit einer Gruppe von Kondensorlinsen, die den jeweiligen Lichtquellenbildern entsprechen, auf eine Beleuchtungsfläche projiziert und dabei einander überlagert. Dieses optische Integratorsystem kann eine gleichmäßige Licht intensitätsverteilung der Beleuchtung an dem Flüssigkristall- Lichtventil erzeugen.

Bei der Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrich tung mit Verwendung eines Flüssigkristall-Lichtventils zum Mo dulieren des linear polarisierten Lichts wird nur ein linear polarisiertes Licht (zum Beispiel P-polarisiertes Licht) durch eine Polarisationsplatte durchgelassen, und folglich kann nur eine Hälfte oder weniger des von der Lichtquelle emittierten Lichts mit statistisch verteilter Polarisationsrichtung ver wendet werden. Durch Umwandeln des anderen, unbrauchbaren li near polarisierten Lichts in brauchbares linear polarisiertes Licht mit einer Kombination aus einem Strahlteiler für polari siertes Licht und einer Halbwellenplatte kann jedoch der Lichtausnutzungsgrad des Lichts von der Lichtquelle erhöht werden.

Ein Beleuchtungssystem für polarisiertes Licht mit ei nem optischen Integratorsystem und einem Wandler für polari siertes Licht wird zum Beispiel in der JP-A-8-304 739 offen bart und praktisch als Beleuchtungseinrichtung für polarisier tes Licht einer Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrich tung mit Verwendung eines Flüssigkristall-Lichtventils einge setzt.

Nachstehend wird eine herkömmliche Beleuchtungseinrich tung für polarisiertes Licht beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schemazeichnung eines optischen Sy stems einer herkömmlichen Beleuchtungseinrichtung für polari siertes Licht, die in der JP-A-8-304 739 offenbart wird. Die in Fig. 1 dargestellte Beleuchtungseinrichtung für polarisier tes Licht 401 weist eine Lichtquelleneinheit 402, eine erste Kondensorlinsenmatrixplatte 403, eine zweite Kondensorlinsen matrixplatte 409 und einen Wandler für polarisiertes Licht 404 auf, die entlang einer optischen Achse 410 angeordnet sind.

Die Lichtquelleneinheit 402 weist eine Lichtquellenlam pe 501 und einen Parabolspiegel 502 auf. Das von der Licht quellenlampe 501 emittierte, statistisch polarisierte Licht wird durch den Parabolspiegel 502 in eine Richtung reflektiert und in die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 403 eingestrahlt.

Die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 403 weist mehrere winzige Kondensorlinsen mit jeweils rechteckigem Profil auf, die in Längs- und Querrichtung angeordnet sind, und teilt das einfallende Licht in Lichtstrahlen auf, deren Anzahl gleich der Zahl der rechteckigen Kondensorlinsen ist. Die zweite Kon densorlinsenmatrixplatte 409 weist mehrere Kondensorlinsen 503 auf, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 angeordnet sind und deren Anzahl gleich der Zahl der rechteckigen Kondensorlinsen ist, welche die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 403 bilden, und bündelt das Licht von der ersten Kondensorlinsenmatrix platte 403.

Der Wandler für polarisiertes Licht 404 zerlegt stati stisch polarisiertes Licht in zwei linear polarisierte Licht strahlen und kombiniert die Lichtstrahlen, indem er ihre Pola risationsrichtungen aneinander angleicht; der Wandler weist einen Zerleger bzw. Separator für polarisiertes Licht 406, ei ne Halbwellenplatte 405 und eine emissionsseitige Linse 407 auf. Der Separator für polarisiertes Licht 406 verwendet ein Paar Polarisationsstrahlteiler und einen Reflexionsspiegel als Grundeinheit und wird gebildet, indem mehrere dieser Paare in einer Ebene angeordnet werden. Jeder Polarisationsstrahlteiler besteht aus einem kissenförmigen Prismenverbundkörper mit ei ner darin angeordneten Trennschicht für polarisiertes Licht 504, und jeder Reflexionsspiegel besteht aus einem kissenför migen Prisma mit einer darin angeordneten Reflexionsschicht 505. Diese Paare sind regelmäßig angeordnet, so daß jedes Paar der Grundeinheiten je einer von den Kondensorlinsen 503 zuge ordnet ist, welche die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 409 bilden.

Die Halbwellenplatte 405 ist nur am Emissionsflächenab schnitt des Polarisationsstrahlteilers angeordnet, der den Se parator für polarisiertes Licht 406 bildet, und nicht am Emis sionsflächenabschnitt des Reflexionsspiegels. In diesem Falle bilden die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 403, die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 409 und die emissionsseitige Linse 407 das optische Integratorsystem, und der Separator für pola risiertes Licht 406 und die Halbwellenplatte 405 bilden den Wandler für polarisiertes Licht.

In der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht wird das von der Lichtquelleneinheit 402 emittierte Licht durch die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 403 und die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 409 in mehrere gebündelte Bilder zerlegt, und jedes gebündelte Bild wird auf je eine Grundeinheit des Separators für polarisiertes Licht 406 konzentriert. Beim Durchgang des gebündelten Lichts durch den Separator für polarisiertes Licht 406 wird das statistisch polarisierte Licht von jeder Kondensorlinse, die zur zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte 409 gehört, durch den Polarisati onsstrahlteiler des Separators für polarisiertes Licht 406 in P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht zerlegt, die sich in der Polarisationsrichtung unterscheiden. Das so abge trennte P-polarisierte Licht wird direkt durch den Polarisati onsstrahlteiler durchgelassen, ohne seine Ausbreitungsrichtung zu ändern. Das S-polarisierte Licht ändert an der Trennschicht für polarisiertes Licht im Polarisationsstrahlteiler seine Ausbreitungsrichtung um 90 Grad und ändert am benachbarten Re flexionsspiegel seine Ausbreitungsrichtung um weitere 90 Grad, so daß es schließlich aus dem Separator für polarisiertes Licht 406 im wesentlichen parallel zu dem P-polarisiertem Licht emittiert wird. Danach wird das P-polarisierte Licht aus dem Polarisationsstrahlteiler durch die Halbwellenplatte 405 geschickt und in S-polarisiertes Licht umgewandelt. Anderer seits wird das S-polarisierte Licht vom benachbarten Refle xionsspiegel nicht durch die Halbwellenplatte 405 geschickt, so daß es nicht umgewandelt wird. Dementsprechend werden die statistisch polarisierten Lichtstrahlen von den jeweiligen Kondensorlinsen 503, welche die zweite Kondensorlinsenmatrix platte 409 bilden, in polarisierte Lichtstrahlen eines Typs umgewandelt, welche die gleiche Polarisationsrichtung aufwei sen. Danach werden die Lichtstrahlen, die auf einen polari sierten Lichttyp eingestellt sind, durch die emissionsseitige Linse 407 zur Beleuchtungsfläche 408 gelenkt, einander überla gert und auf die Beleuchtungsfläche 408 fokussiert.

Die oben beschriebene herkömmliche Beleuchtungseinrich tung für polarisiertes Licht weist jedoch das folgende Problem auf. Die Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht ist so konstruiert, daß ein polarisiertes Licht, das durch den Po larisationsstrahlteiler im Separator für polarisiertes Licht abgetrennt wird, durch den Reflexionsspiegel, der dem Polari sationsstrahlteiler zugeordnet ist, reflektiert wird, so daß es sich in der gleichen Richtung ausbreitet wie das andere, durch den Polarisationsstrahlteiler abgetrennte polarisierte Licht. Daher ist es schwierig, den Lichtweg des durchgelasse nen Lichts und den Lichtweg des reflektierten Lichts im Sepa rator für polarisiertes Licht auf einfache Weise einzustellen, und die Fokussierungs- bzw. Scharfeinstellungsposition, die durch das optische Integratorsystem in der Nähe der Beleuch tungsfläche eingestellt wird, stimmt im wesentlichen zwischen dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht überein. Bezüglich des optischen Integratorsystems heißt das, wenn der Beleuchtungsflächenabschnitt und der Flüssigkristall-Lichtven tilabschnitt so ausgelegt sind, daß ihre Flächen miteinander übereinstimmen, dann könnte der Lichtausnutzungsgrad erhöht werden, und der Projektionsschirm wird aufgehellt. Im obigen Fall tritt jedoch am Randabschnitt der Beleuchtungsfläche eine ungleichmäßige Helligkeit auf. Um daher einen ausreichenden Projektionsschirm zu erhalten, muß die Beleuchtungsfläche grö ßer sein als der Flüssigkristall-Lichtventilabschnitt, und da her ist der Projektionsschirm dunkler.

Außerdem ist die Größe des Separators für polarisiertes Licht von der Zellengröße der Kondensorlinsenmatrix abhängig, die das optische Integratorsystem bildet. Wegen der Bogenlänge der Lichtquelle muß das Zellenintervall der Kondensorlinsenma trix schmal sein, und die Halbwellenplatten, die jeweils streifenförmig und parallel zueinander angeordnet sind, müssen eine geringe Breite in Querrichtung aufweisen. Ferner muß auf den Emissionsflächenabschnitt des Polarisationprismas, an dem die Halbwellenplatte befestigt ist, nachträglich eine reflex mindernde Schicht aufgebracht werden. Dadurch erhöhen sich die Kosten, und besonders seine Konstruktion erreicht die Grenzen des optischen Umwandlungssystems für polarisiertes Licht.

Ferner muß jedesmal bei der Entwicklung eines Geräts das Zellenintervall der Kondensorlinsenmatrix dimensioniert werden, und dadurch wird eine Konstruktionsänderung der Pola risationsprismenmatrix erforderlich.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obige Situation realisiert worden, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht, die durch Kombination eines optischen Integratorsystems und eines optischen Umwandlungssystems für polarisiertes Licht konstru iert wird und eine hohe Lichtausbeute aufweist, und bei der Nachteile an einem Projektionsschirm vermindert werden können und der Temperaturanstieg eines Wandlers für polarisiertes Licht reduziert werden kann, sowie eine kompakte Flüssigkri stall-Projektionsbildschirmeinrichtung mit der Beleuchtungs einrichtung für polarisiertes Licht bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.

Als nächstes wird die Arbeitsweise der erfindungsgemä ßen Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht beschrie ben.

In dem Separator für polarisiertes Licht wird ein pola risiertes Licht, das durch die erste Trennschicht für polari siertes Licht abgetrennt wird, in entgegengesetzter Richtung zu dem anderen polarisierten Licht reflektiert, das durch die zweite Trennschicht für polarisiertes Licht abgetrennt wird, welche die gleiche Schicht wie die erste Trennschicht für po larisiertes Licht und dieser benachbart ist. Danach wird das eine polarisierte Licht von dem Separator für polarisiertes Licht nach außen emittiert, fällt auf die Viertelwellenplatte auf, wird nach dem Durchgang durch die Viertelwellenplatte von der Reflexionsplatte reflektiert, durchläuft nochmals die Viertelwellenplatte und kehrt dann in den Separator für pola risiertes Licht zurück. Durch den zweimaligen Durchgang des polarisierten Lichts durch die Viertelwellenplatte weist das eine polarisierte Licht die gleiche Polarisationsrichtung wie das andere polarisierte Licht auf, so daß es auf die gleiche Weise wie das andere polarisierte Licht direkt durch den Sepa rator für polarisiertes Licht hindurchgeht. Schließlich werden sowohl das eine als auch das andere polarisierte Licht, deren Polarisationsrichtungen aneinander angeglichen sind (miteinan der übereinstimmen), von dem Separator für polarisiertes Licht parallel zueinander emittiert.

Wie oben beschrieben, wird das reflektierte Licht (das obenerwähnte eine polarisierte Licht) einmal von dem Separator für polarisiertes Licht in entgegengesetzter Richtung zum durchgelassenen Licht (dem obenerwähnten anderen polarisiertem Licht) emittiert, und dann wird es durch die Reflexionsplatte reflektiert und wieder in den Separator für polarisiertes Licht zurückgeworfen. Daher können die Lichtwege des durchge lassenen Lichts und des reflektierten Lichts, die im Separator für polarisiertes Licht geteilt sind, durch die Dicke des Se parators für polarisiertes Licht und den Abstand zwischen der Reflexionsplatte und dem Separator für polarisiertes Licht eingestellt werden. Infolgedessen können entsprechend der er findungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht zwei Fokussierungspositionen vorgesehen werden, die durch das optische Integratorsystem in der Nähe der Beleuch tungsfläche eingestellt werden. Wenn demnach das durchgelas sene Licht unter sorgfältiger Beachtung der Helligkeit zum Ausleuchten der gleichen Fläche wie der Beleuchtungsfläche verwendet wird, und wenn das reflektierte Licht zum Ausleuch ten einer größeren Fläche als der Beleuchtungsfläche verwendet wird, kann für das Flüssigkristall-Lichtventil der Flüssigkri stall-Projektionsbildschirmeinrichtung ein helles Projektions schirmbild bereitgestellt werden, ohne daß eine ungleichmäßige Helligkeit auftritt.

Ferner ist entsprechend der Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht die Reflexionsplatte mit darin ausgebilde ten Schlitzen auf der Seite der Lichteinfallsfläche des Sepa rators für polarisiertes Licht angeordnet, wodurch die Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht mit einer Funk tion zum Auffangen des größten Teils des in den Separator für polarisiertes Licht einfallenden Lichts ausgestattet wird, das nicht durch die erste Kondensorlinsenmatrixplatte gebündelt werden kann (zum Beispiel Streulicht), so daß der Tempera turanstieg des Separators für polarisiertes Licht unterdrückt werden kann.

Fig. 1 zeigt eine Schemazeichnung, die ein optisches System einer herkömmlichen Beleuchtungseinrichtung für polari siertes Licht darstellt, die entlang einer Ebene geschnitten ist;

Fig. 2 zeigt eine Schemazeichnung, die den Hauptteil einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach ei ner ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar stellt, die entlang einer Ebene geschnitten ist.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer in Fig. 2 dargestellten ersten Kondensorlinsenmatrixplatte;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht von Bestand teilen eines in Fig. 2 dargestellten Wandlers für polarisier tes Licht;

Fig. 5 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch den Wandler für polarisiertes Licht der Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 6 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch den Wandler für polarisiertes Licht einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach ei ner zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar stellt;

Fig. 7 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch eine Modifikation des Wandlers für polarisiertes Licht der Beleuchtungseinrichtung für polari siertes Licht nach der zweiten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung darstellt;

Fig. 8 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch einen Wandler für polarisiertes Licht einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 9 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch einen Wandler für polarisiertes Licht einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 10 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch einen Wandler für polarisiertes Licht einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und

Fig. 11 zeigt eine Schemazeichnung, die ein optisches System einer Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung darstellt, in der die in Fig. 1 gezeigte Beleuchtungseinrich tung für polarisiertes Licht installiert ist.

Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen be schrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 2 zeigt eine entlang einer Ebene geschnittene schematische Darstellung des Hauptteils einer Beleuchtungsein richtung für polarisiertes Licht nach einer ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 2 darge stellte Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 weist eine Lichtquelleneinheit 2, eine erste Kondensorlinsen matrixplatte 3, eine zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 9 und einen Wandler für polarisiertes Licht 10 auf, die entlang ei ner optischen Achse 11 des Systems angeordnet sind.

Die Lichtquelleneinheit 2 weist eine Lichtquellenlampe 101 und einen Parabolspiegel 102 auf, und statistisch polari siertes Licht, das von der Lichtquellenlampe 101 emittiert wird, wird durch den Parabolspiegel 102 in eine Richtung re flektiert und fällt dann auf die erste Kondensorlinsenmatrix platte 3 auf. Anstelle des parabolischen Reflektors kann ein elliptischer Reflektor oder ein kugelförmiger Reflektor ver wendet werden.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten Kondensorlinsenmatrixplatte 3. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 3 mehrere rechteckige Kondensorlinsen 103 mit dem gleichen Rechteckprofil auf, die in Längs- und Querrichtung angeordnet sind. Auf die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 3 auffallendes Licht wird der bün delnden Wirkung der Rechtecklinsen 103 ausgesetzt, um in einer zur optischen Achse 11 des Systems senkrechten Ebene gebündel te Bilder zu erzeugen, deren Anzahl die gleiche ist wie die der rechteckigen Kondensorlinsen 103. Die mehreren gebündelten Bilder werden nachstehend als "Sekundärlichtquellenbilder" be zeichnet, da diese Bilder lediglich die Projektionsbilder der Lichtquellenlampe sind.

Die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 9 ist im wesent lichen ebenso konstruiert wie die erste Kondensorlinsenmatrix platte 3. Die Kondensorlinsen 104, welche die zweite Konden sorlinsenmatrixplatte 9 bilden, und die rechteckigen Konden sorlinsen 103, welche die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 3 bilden, brauchen jedoch nicht völlig die gleiche Abmessung, Form und Linsencharakteristik aufzuweisen.

Als nächstes wird der Wandler für polarisiertes Licht 10 der Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach der vorliegenden Ausführungsform wiederum unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Der Wandler für polarisiertes Licht 10 weist eine Re flexionsplatte 4 mit darin ausgebildeten Schlitzen, eine Vier telwellenplatte 5, einen Separator für polarisiertes Licht 6 und eine emissionsseitige Linse 7 auf. Er ist in der Nähe der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte 9 angeordnet, welche die von der ersten Kondensorlinsenmatrixplatte 3 erzeugten Sekun därlichtquellenbilder weiter bündelt, und ist gleichfalls in der zur optischen Achse 11 des Systems senkrechten Ebene ange ordnet. Der Wandler für polarisiertes Licht 10 weist sowohl eine Funktion zum Zerlegen des statistisch polarisierten Lichts in zwei Typen von polarisierten Lichtstrahlen als auch eine Funktion zum Angleichen der Polarisationsrichtungen der auf diese Weise getrennten beiden Typen von polarisierten Lichtstrahlen auf, um, die beiden Typen der polarisierten Lichtstrahlen miteinander zu kombinieren.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht der Bestandteile des Wandlers für polarisiertes Licht 10. Die emissionsseitige Linse 7 ist in der Darstellung von Fig. 4 weggelassen. In dem in Fig. 4 dargestellten Wandler für polarisiertes Licht 10 passiert das Licht, das durch die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 9 hin durchgeht, den Schlitz der Reflexionsplatte 4, der eine Schlitzbreite 153 von X aufweist, und fällt auf den Separator für polarisiertes Licht 6 auf, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Separator für polarisiertes Licht 6 verwendet ein rechtwink lig-gleichseitiges Dreikantprisma als Grundeinheit und besteht aus einer plattenförmigen Polarisationsstrahlteilermatrix mit mehreren Dreikantprismen, die jeweils als Grundeinheit dienen, wobei die Dreikantprismen so in der Ebene angeordnet sind (sie sind in der Ebene angeordnet, in welcher die Sekundärlicht quellenbilder erzeugt werden), daß die gleichseitigen Flächen der Dreikantprismen miteinander verbunden sind und den plat tenförmigen Polarisationsstrahlteiler bilden, wie in Fig. 4 dargestellt, und wobei auf den aneinandergrenzenden Flächen der jeweils benachbarten Dreikantprismen Trennschichten für polarisiertes Licht 105, 106 ausgebildet sind. Die Trenn schichten für polarisiertes Licht sind die gleichen, und sie sind in dem Separator für polarisiertes Licht 6 so ausgebil det, daß sie einen sägezahnförmigen Querschnitt haben.

In dieser Ausführungsform ist die Querbreite P1 der Grundeinheit des Separators für polarisiertes Licht 6 gleich der Querbreite S1 jeder Kondensorlinse 104. Die Schlitze der geschlitzten Reflexionsplatte 4 sind offene Abschnitte, und dieses offenen Abschnitte sind regelmäßig angeordnet, um sie den in den Spalten angeordneten Kondensorlinsen 104 der zwei ten Kondensorlinsenmatrixplatte 9 zuzuordnen. Jede Viertelwel lenplatte 5 ist an dem Abschnitt auf der Seite der Emissions fläche zwischen den Schlitzen der Reflexionsplatte 4 angeord net. Jede Grundeinheit des Separators für polarisiertes Licht 6 ist in Verbindung mit dem jeweils angrenzenden Reflexions- und Schlitzabschnittspaar der geschlitzten Reflexionsplatte 4 angeordnet. Ferner werden etwa eine halbe Breite 155 X_p der Querbreite der Grundeinheit des Separators für polarisiertes Licht 6, die Querbreite 154 X jeder Viertelwellenplatte 5 und die Querbreite 153 X jedes Schlitzes der geschlitzten Refle xionsplatte 4 so eingestellt, daß sie einander gleich sind.

Im folgenden wird die Funktion des Wandlers für polari siertes Licht 10 unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 4 und 5 beschrieben.

Fig. 5 zeigt schematisch den Lichtzustand beim Durch gang des Lichts durch den Wandler für polarisiertes Licht 10. Wie in Fig. 2, 4 und 5 gezeigt, geht das statistisch polari sierte Licht von der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte 9 durch die Schlitzabschnitte der Reflexionsplatte 4 hindurch, passiert die Spalte zwischen den entsprechenden Viertelwellen platten 5 und wird dann durch den Separator für polarisiertes Licht 6 in zwei Typen linear polarisierter Lichtstrahlen (P-po larisiertes Licht und S-polarisiertes Licht) mit verschiede nen Polarisationsrichtungen zerlegt. Das heißt, das P-po larisierte Licht geht durch den Separator für polarisiertes Licht 6 hindurch, ohne seine Ausbreitungsrichtung zu ändern. Andererseits wird das S-polarisierte Licht durch die Trenn schicht für polarisiertes Licht 105 des Separators für polari siertes Licht 6 und dann durch die Trennschicht für polari siertes Licht 106 reflektiert (dabei wird die optische Achse etwa um X_p verschoben) und tritt in die Viertelwellenplatten 5 ein. Hier wird das S-polarisierte Licht nach Drehung der Pola risationsebene durch die Viertelwellenplatten in elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt und durch die geschlitzte Re flexionsplatte 4 reflektiert.

Das so reflektierte elliptisch polarisierte Licht durchläuft nochmals die Viertelwellenplatten 5 und wird nach Drehung der Polarisationsebene in P-polarisiertes Licht umge wandelt und durchläuft dann direkt den Separator für polari siertes Licht 6. Schließlich werden die beiden P-polarisierten Lichtstrahlen mit voneinander verschiedenem Lichtweg von dem Separator für polarisiertes Licht 6 im wesentlichen parallel zueinander emittiert. Wenn man den obigen Prozeß zusammenfaßt, wird das durch die Lichtquelleneinheit 2 emittierte, stati stisch polarisierte Licht in einen linear polarisierten Licht typ (in diesem Falle in P-polarisiertes Licht) umgewandelt.

Die auf P-polarisiertes Licht eingestellten Lichtstrah len werden durch die emissionsseitige Linse 7 zur Beleuch tungsfläche 8 gelenkt und auf die Beleuchtungsfläche 8 fokus siert, wobei sie einander überlagert werden. Das durch die Lichtquelleneinheit 2 emittierte statistisch polarisierte Licht wird in einen linear polarisierten Lichttyp umgewandelt, und fast das gesamte Licht erreicht die Beleuchtungsfläche 8. Daher wird die Beleuchtungsfläche 8 im wesentlichen gleichmä ßig mit polarisiertem Licht eines Typs ausgeleuchtet, und es tritt ein geringer optischer Verlust auf. Daher ist der Licht ausnutzungsgrad bemerkenswert hoch.

Ferner werden in dieser Ausführungsform die winzigen rechteckigen Kondensorlinsen 103, welche die erste Kondensor linsenmatrixplatte 3 bilden, in seitlich gestreckter Rechteck form (länglicher Form) gestaltet, so daß die Form der rechteckigen Kondensorlinsen 103 der Form der Beleuchtungsfläche 8 entspricht, die eine seitlich gestreckte Rechteckform auf weist, und die beiden Typen linear polarisierter Lichtstrah len, von denen in dem Separator für polarisiertes Licht 6 ein Typ durchgelassen und der andere Typ reflektiert wird, werden in seitlicher (horizontaler) Richtung getrennt. Daher kann selbst beim Beleuchten der Beleuchtungsfläche 8 mit seitlich gestreckter Form eine Lichtvergeudung vermieden und die Licht ausbeute erhöht werden.

Im allgemeinen ist bei einer einfachen Zerlegung des statistisch polarisierten Lichts in P-polarisiertes Licht und S-polarisiertes Licht unter Verwendung des Polarisations strahlteilers die Breite des vom Polarisationsstrahlteiler emittierten Lichts auf das Doppelte vergrößert (dispergiert), und dadurch vergrößert sich die Abmessung des optischen Sy stems. Nach dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem für pola risiertes Licht wird das Licht jedoch durch hocheffiziente An wendung des Verfahrens zur Erzeugung winziger Sekundärlicht quellenbilder zerlegt, welches das Merkmal des optischen Inte gratorsystems ist. Daher wird das Licht nicht verbreitert, und es kann ein kompaktes optisches System realisiert werden.

Zweite Ausführungsform

In der obigen Ausführungsform wird das Anordnungsra stermaß S1 in Querrichtung (horizontaler Richtung) der Konden sorlinsen der zweiten Kondensorlinsenmatrix so eingestellt, daß es gleich dem Anordnungsrastermaß P1 der Grundeinheiten (Dreikantprismen) an der einfallseitigen Oberfläche des Sepa rators für polarisiertes Licht ist.

In einer zweiten Ausführungsform wird angenommen, daß P1 = S1/2 ist. Fig. 6 zeigt einen Lichtzustand beim Durchgang des Lichts durch Wandler für polarisiertes Licht einer Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform läßt sich auch dann erzielen, wenn das Anordnungsrastermaß P1 der Grundeinheiten an der einfallseitigen Oberfläche des in Fig. 6 dargestellten Separators für polarisiertes Licht 6 gleich dem halben Anordnungsrastermaß S1 der Kondensorlinsen der zweiten Kondensorlinsenmatrix ist. In der in Fig. 6 darge stellten Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht sind die Schlitzbreite der geschlitzten Reflexionsplatte 4 und die Querbreite der Grundeinheit (Dreikantprisma) des Separators für polarisiertes Licht 6 so eingestellt, daß sie einander gleich sind, und der Schlitz und die Grundeinheit sind so an geordnet, daß sie um den Abstand, welcher der halben Querbrei te des Schlitzes entspricht, gegeneinander versetzt sind. Die optischen Achsen des direkt durchgelassenen Lichts und des re flektierten Lichts im Separator für polarisiertes Licht 6 sind um die Hälfte des Wertes X_p verschoben, der in Fig. 5 bezüg lich der ersten Ausführungsform dargestellt ist. Im übrigen ist die Konstruktion die gleiche wie in der ersten Ausfüh rungsform.

Ferner läßt sich in dem Falle mit P1 = 3S1/2, wie in Fig. 7 dargestellt, die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erzielen. In der in Fig. 7 dargestellten Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht ist die Schlitz breite der geschlitzten Reflexionsplatte 4 so eingestellt, daß sie etwa gleich einem Drittel der Querbreite der Grundeinheit des Separators für polarisiertes Licht 6 ist, und die Mitte der Querbreite der Grundeinheit des Separators für polarisier tes Licht 6 befindet sich an der Grenze zwischen dem Refle xionsabschnitt und dem Schlitzabschnitt der geschlitzten Re flexionsplatte, die aneinander angrenzen. Die optischen Achsen des direkt durchgelassenen Lichts und des reflektierten Lichts im Separator für polarisiertes Licht 6 sind um 3/2 des Wertes X_p verschoben, der in Fig. 5 für die erste Ausführungsform dargestellt ist. Im übrigen ist die Konstruktion die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.

Wie oben beschrieben, läßt sich grundsätzlich die glei che Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erzielen, wenn P1 = nS1/2 ist (n = natürliche Zahl).

Dritte Ausführungsform

Fig. 8 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch einen Wandler für polarisiertes Licht einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In Fig. 8 sind die gleichen Elemente wie bei der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen darge stellt. In der folgenden Beschreibung wird nur die von der er sten Ausführungsform abweichende Konstruktion beschrieben.

Die in der ersten und zweiten Ausführungsform darge stellten Viertelwellenplatten können durch eine Viertelwel lenplatte 51 ersetzt werden, die eine einzige ebene Platte aufweist, wie in Fig. 8 dargestellt. Die Größe der Viertelwel lenplatte 51 wird vorzugsweise so eingestellt, daß sie gleich der Größe einer Nutzfläche der zweiten Kondensorlinsenmatrix platte 9 ist. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform durch läuft das Licht die Viertelwellenplatte jedoch mit einer höhe ren Frequenz, und daher ist der optische Verlust im allgemei nen größer als bei der ersten Ausführungsform. Die dritte Aus führungsform kann jedoch eine Beleuchtungseinrichtung für po larisiertes Licht mit niedrigeren Herstellungskosten liefern.

In Fig. 8 wird die gleiche Bedingung P1 = S1 wie in der ersten Ausführungsform übernommen. Die Viertelwellenplatte kann jedoch auf eine beliebige Konstruktion angewandt werden, sofern P1 = nS1/2 (n: natürliche Zahl) in der Konstruktion er füllt ist.

Vierte Ausführungsform

Fig. 9 zeigt eine Schemazeichnung, die einen Zustand des Lichtdurchgangs durch einen Wandler für polarisiertes Licht einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach einer vierten Ausführungsform darstellt. In Fig. 9 sind die gleichen Elemente wie in der ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen dargestellt. In der folgenden Be schreibung wird nur die von der ersten Ausführungsform abwei chende Konstruktion beschrieben.

Die in der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform dargestellte Reflexionsplatte kann durch eine einfache ebene Reflexionsplatte 41 ersetzt werden, die keine eigentliche Öff nung aufweist. Die Größe der ebenen Reflexionsplatte 41 wird vorzugsweise so eingestellt, daß sie gleich derjenigen der Nutzfläche der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte 9 ist. Der Reflexionsabschnitt 42 an der Oberfläche der Reflexionsplatte 41 wird durch Bereitstellen eines einzigen lichtdurchlässigen Elements (z. B. Flachglas) mit einer reflektierenden Schicht, einem reflektierenden Film oder dergleichen ausgebildet, und der nicht zu diesem Reflexionsabschnitt 42 gehörende Teil wirkt als lichtdurchlässiger Abschnitt 43 wie ein Schlitzab schnitt. Der Lichtdurchlässigkeitsgrad kann durch Anbringen einer reflexmindernden Schicht an dem lichtdurchlässigen Ab schnitt 43 erhöht werden. Die Beleuchtungseinrichtung für po larisiertes Licht nach dieser Ausführungsform ist jedoch so konstruiert, daß Licht durch den lichtdurchlässigen Abschnitt der Reflexionsplatte 41 durchgelassen wird, so daß der opti sche Verlust im allgemeinen höher ist als bei der ersten und der zweiten Ausführungsform. Die Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach dieser Ausführungsform kann jedoch die Herstellungskosten verringern.

Fig. 9 zeigt die Konstruktion, wenn P1 = S1 erfüllt ist, wie im Falle der ersten Ausführungsform; die Reflexions platte 41 nach dieser Ausführungsform kann jedoch auf eine be liebige Konstruktion angewandt werden, sofern P1 = nS1/2 (n: natürliche Zahl) erfüllt ist.

Fünfte Ausführungsform

Fig. 10 zeigt eine Schemazeichnung, die den Hauptteil einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach ei ner fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar stellt. In Fig. 10 sind die gleichen Elemente wie in der er sten bis vierten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszei chen dargestellt.

Der Wandler für polarisiertes Licht 10 jeder der in den Fig. 2 bis 9 dargestellten ersten bis fünften Ausführungs formen ist mit den Kondensorlinsen 104 und der emissionsseiti gen Linse 7 ausgestattet. Die Kondensorlinsen 104 sind gewöhn lich aus den gleichen Linsen aufgebaut wie die rechteckigen Kondensorlinsen 103, welche die erste Kondensorlinsenmatrix platte 3 bilden, da es ideal ist, wenn die Richtung des Sy stemhauptstrahls 152 des in den Separator für polarisiertes Licht 6 einfallenden Lichts parallel zur optischen Achse 11 des Systems ist. Ferner wird die emissionsseitige Linse 7 zum Fokussieren der durch die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 9 hindurchgehenden Lichtstrahlen auf eine vorgegebene Beleuch tungsfläche 8 benötigt, wobei die Lichtstrahlen gleichzeitig einander überlagert werden.

In dieser fünften Ausführungsform wird jedoch eine zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 111 verwendet, die man durch Ersetzen der Kondensorlinsen 104 der zweiten Kondensor linsenmatrixplatte 9 durch dezentrierte Kondensorlinsen 112 bis 114 erhält, die in Fig. 10 dargestellt sind, und die Ein bauwinkel der Trennschichten für polarisiertes Licht 105, 106 werden eingestellt, wodurch die emissionsseitige Linse 7 weg gelassen und daher die Kosten des optischen Systems verringert werden können.

Ferner ist in der Konstruktion ohne Verwendung einer emissionsseitigen Linse, wie in dieser Ausführungsform, die Einbauposition der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte 111 nicht auf die Lichtquellenseite des Separators für polarisier tes Licht 6 beschränkt, und die zweite Kondensorlinsenmatrix platte 111 kann entsprechend der Linsencharakteristik der de zentrierten Kondensorlinsen 112, 113 und 114, welche die zwei te Kondensorlinsenmatrixplatte 111 bilden, und entsprechend den Einbauwinkeln der Trennschichten für polarisiertes Licht 105, 106 des Separators für polarisiertes Licht 6 näher an der Beleuchtungsfläche 8 als der Separator für polarisiertes Licht 6 angeordnet werden.

Wie oben beschrieben, werden die Abmessungen und die Form der dezentrierten Kondensorlinsen 112, 113 und 114, wel che die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte 9 bilden, und das Anordnungsmaß der Trennschichten für polarisiertes Licht 105, 106 des Separators für polarisiertes Licht 6 entsprechend der Position und Größe der Sekundärlichtquellenbilder optimiert, die durch die erste Kondensorlinsenmatrixplatte 3 erzeugt wer den, wodurch der Ausnutzungsgrad des von der Lichtquelle emit tierten Lichts weiter erhöht werden kann, und außerdem können ein Kostensenkungseffekt und ein Miniaturisierungseffekt er zielt werden.

Sechste Ausführungsform

Als nächstes wird eine Flüssigkristall-Projektionsbild schirmeinrichtung mit Verwendung der erfindungsgemäßen Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht beschrieben.

Fig. 11 zeigt eine Schemazeichnung, die ein optisches System einer Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Ausführungsform wird eine Flüssigkri stall-Projektionsbildschirmeinrichtung mit Verwendung der Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform repräsentativ beschrie ben.

Die in Fig. 11 gezeigte Flüssigkristall-Projektions bildschirmeinrichtung weist die in Fig. 2 dargestellte Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 auf. In der Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 durchläuft statistisch polarisiertes Licht, das durch den Lichtquellenab schnitt 2 emittiert wird, die erste und die zweite Kondensor linsenmatrixplatte 3, 9, um dadurch gebündelt zu werden, und wird durch den Separator für polarisiertes Licht 6 im Wandler für polarisiertes Licht 10 in zwei Typen von linear polari sierten Lichtstrahlen zerlegt. Einer der so abgetrennten line ar polarisierten Lichtstrahlen (P-polarisiertes Licht) wird direkt durchgelassen, aber der andere linear polarisierte Lichtstrahl (S-polarisiertes Licht) wird durchgelassen oder durch die Trennschichten für polarisiertes Licht 105, 106, die Viertelwellenplatten 5 und die geschlitzte Reflexionsplatte 4 reflektiert, und der größte Teil des S-polarisierten Lichts wird in P-polarisiertes Licht umgewandelt und durchläuft den Separator für polarisiertes Licht 6, wie oben beschrieben. Da nach werden die Lichtstrahlen, deren Polarisationsrichtungen aneinander angeglichen sind, durch die emissionsseitige Linse 7 auf die vorgegebene Beleuchtungsfläche fokussiert und dabei einander überlagert. In einem derartigen Beleuchtungssystem kann der Ausnutzungsgrad des Lichts von der Lichtquellenein heit auf etwa den zweifachen Wert des herkömmlichen Beleuch tungssystems erhöht werden, ohne die Abmessungen (den Maßstab) der Beleuchtungseinrichtung zu vergrößern.

Zunächst wird die Ausbreitungsrichtung der von der Be leuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 emittierten Lichtstrahlen durch einen Totalreflexionsspiegel 210 um 90 Grad geändert. In einem dichroitischen Spiegel 220 mit Blau- Grün-Reflexion wird rotes Licht durchgelassen, aber blaues und grünes Licht werden reflektiert. Das rote Licht wird durch ei nen Reflexionsspiegel 230 reflektiert und erreicht ein erstes Flüssigkristall-Lichtventil 310. Andererseits wird das grüne Licht durch einen dichroitischen Spiegel 240 mit Grün- Reflexion reflektiert und erreicht ein zweites Flüssigkri stall-Lichtventil 320.

Hierbei hat das blaue Licht den längsten Lichtweg von den drei farbigen Lichtstrahlen, und folglich ist für das blaue Licht eine Lichtleiteinrichtung 280 vorgesehen, die aus einem Relaislinsensystem mit einer einfallseitigen Linse 250, einer Relaislinse 260 und einer emissionsseitigen Linse 270 aufgebaut ist. Das heißt, nach dem Durchgang durch den dichroitischen Grün-Reflexionsspiegel 240 passiert das blaue Licht zunächst die einfallseitige Linse 250 und den Refle xionsspiegel 290 und wird dann zu der Relaislinse gelenkt und an dieser gebündelt. Danach wird das gebündelte blaue Licht durch einen Reflexionsspiegel 300 zur emissionsseitigen Linse 270 gelenkt und erreicht ein viertes Flüssigkristall- Lichtventil 330. Hierbei moduliert jedes der ersten drei Lichtventile das entsprechende farbige Licht so, daß es der jeweiligen Farbe entsprechende Bildinformationen enthält, und strahlt das modulierte farbige Licht in ein dichroitisches Prisma 340 (Farbüberlagerungseinrichtung) ein. Eine mehrlagige dielektrische Schicht für Rot-Reflexion und eine mehrlagige dielektrische Schicht für Blau-Reflexion werden kreuzförmig (senkrecht zueinander) in dem dichroitischen Prisma 340 ausge bildet, um die modulierten Lichtstrahlen zu kombinieren. Hier wird das kombinierte Licht durch eine Projektionslinse 350 (Projektionseinrichtung) geschickt, um eine Abbildung auf ei nem Bildschirm 360 zu erzeugen.

In der so konstruierten Flüssigkristall-Projektions bildschirmeinrichtung 100 wird ein Flüssigkristall-Lichtventil verwendet, das einen polarisierten Lichttyp moduliert. Wenn dementsprechend das statistisch polarisierte Licht mit Hilfe der herkömmlichen Beleuchtungseinrichtung zu dem Flüssigkri stall-Lichtventil gelenkt wird, dann wird eine Hälfte des sta tistisch polarisierten Lichts durch eine Polarisationsplatte (nicht dargestellt) des Flüssigkristall-Lichtventils absor biert und in Wärme umgewandelt. Daher treten die Nachteile auf, daß der Lichtausnutzungsgrad niedrig ist und daß eine große Kühleinrichtung mit hohem Rauschpegel verwendet werden muß, um die Wärmeerzeugung in der Polarisationsplatte zu un terdrücken. Die obigen Nachteile können jedoch durch die Flüs sigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung 100 in der vor liegenden Ausführungsform weitgehend überwunden werden.

Das heißt, bei der Flüssigkristall-Projektionsbild schirmeinrichtung 100 in der vorliegenden Ausführungsform wird in der in Fig. 2 dargestellten Beleuchtungseinrichtung für po larisiertes Licht 1 der eine linear polarisierte Lichttyp, zum Beispiel S-polarisiertes Licht, durch die Viertelwellenplatten 5 in elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt, durch den ge schlitzten Reflexionsspiegel 4 reflektiert, durchläuft noch mals die Viertelwellenplatten 5 und wird in P-polarisiertes Licht umgewandelt, wiederum in den Separator für polarisiertes Licht 6 eingestrahlt und dann durch den Separator für polari siertes Licht 6 als P-polarisiertes Licht durchgelassen, so daß die Lichtstrahlen schließlich von dem Separator für pola risiertes Licht 6 emittiert werden, wobei ihre Polarisations richtungen miteinander übereinstimmen.

Daher werden die Lichtstrahlen, deren Polarisations richtungen aneinander angeglichen sind, zum ersten bis dritten Flüssigkristall-Lichtventil 310, 320 und 330 gelenkt, so daß die Lichtabsorption durch die Polarisationsplatte äußerst ge ring ist, der Lichtausnutzungsgrad erhöht wird und folglich ein helles Projektionsbild erzielt werden kann. Da ferner der Lichtabsorptionsbetrag durch die Polarisationsplatte verrin gert wird, kann der Temperaturanstieg der Polarisationsplatte unterdrückt werden. Dementsprechend kann die Kühlvorrichtung in kompaktem Maßstab und rauscharm konstruiert werden, und die Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung mit hoher Leistung kann realisiert werden.

Ferner werden entsprechend der Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 die zwei Typen linear polarisierter Lichtstrahlen in Verbindung mit der Form der Kondensorlinsen 104 der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte 9 im Wandler für polarisiertes Licht 10 in Querrichtung zerlegt. Dementspre chend kann eine seitlich gestreckte, rechteckige Beleuchtungs fläche ausgebildet werden, ohne die Lichtmenge zu vergeuden. Daher wird die Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 geeigneterweise zum Beleuchten des seitlich gestreckten (länglichen) Flüssigkristall-Lichtventils verwendet.

Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, enthält zwar die Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht 1 das optische Wandlerelement für polarisiertes Licht, aber die Dis persion des Lichts vom Separator für polarisiertes Licht 6 wird unterdrückt. Dies bedeutet, daß bei Beleuchtung des Flüs sigkristall-Lichtventils wenig Licht unter einem großen Winkel in das Flüssigkristall-Lichtventil einfällt. Dementsprechend kann ein helles Projektionsbild erzielt werden, ohne eine Pro jektionslinse mit kleiner Blendenzahl zu verwenden, die eine extrem große Apertur aufweist.

Ferner wird in dieser Ausführungsform das dichroitische Prisma 340 als Farbüberlagerungseinrichtung benutzt, und es kann eine Miniaturisierung erreicht werden. Da außerdem der Lichtweg zwischen den Flüssigkristall-Lichtventilen 310, 320 und 330 und der Projektionslinse 350 kurz ist, kann auch dann ein helles Projektionsbild erzielt werden, wenn eine Projekti onslinse mit relativ kleiner Apertur verwendet wird. Da ferner die Lichtwege für die jeweiligen Farblichtstrahlen so einge stellt sind, daß nur einer der drei Lichtwege sich von den an deren unterscheidet, ist die Leiteinrichtung 280, die aus dem Relaislinsensystem mit der einfallseitigen Linse 250, der Re laislinse 260 und der emissionsseitigen Linse 270 aufgebaut ist, für das blaue Licht mit dem längsten Lichtweg vorgesehen, um das Auftreten einer Farbungleichmäßigkeit zu verhindern.

Die Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung kann durch ein optisches System mit Verwendung zweier dichroi tischer Spiegel als Farbüberlagerungseinrichtung aufgebaut werden. In diesem Falle kann die Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht in dem optischen System installiert wer den, und ebenso wie im Falle der vorliegenden Ausführungsform läßt sich ein helles Projektionsbild mit hohem Lichtausnut zungsgrad erzeugen.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Polarisationsrichtung des S-polarisierten Lichts an die des P-po larisierten Lichts angepaßt; die Polarisationsrichtungen können jedoch an jede von diesen Polarisationsrichtungen ange paßt werden.

Wie oben beschrieben, kann gemäß der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht das linear po larisierte Licht auf die Beleuchtungsfläche gestrahlt werden, zum Beispiel auf die Flüssigkristall-Lichtventile, wodurch der Lichtausnutzungsgrad erhöht und die Helligkeit der Projekti onsbilder verbessert werden kann.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Beleuchtungsein richtung für polarisiertes Licht wird das reflektierte Licht einmal von dem Separator für polarisiertes Licht in entgegen gesetzter Richtung zum durchgelassenen Licht nach außen emit tiert, und dann wird es durch die Reflexionsplatte reflektiert und kehrt wieder in den Separator für polarisiertes Licht zu rück. Daher kann die Lichtwegdifferenz zwischen dem durchge lassenen Licht und dem reflektierten Licht im Separator für polarisiertes Licht durch die Dicke des Separators für polari siertes Licht und den Abschnitt zwischen der Reflexionsplatte und dem Separator für polarisiertes Licht eingestellt werden. Infolgedessen können bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungs einrichtung für polarisiertes Licht zwei Fokussierungspositio nen vorgesehen werden, die in der Nähe der Beleuchtungsfläche des optischen Integratorsystems eingestellt werden. Wenn dem nach das durchgelassene Licht unter sorgfältiger Beachtung der Helligkeit zum Beleuchten der gleichen Fläche wie der Beleuch tungsfläche verwendet wird, und wenn das reflektierte Licht zum Beleuchten einer größeren Fläche als der Beleuchtungsflä che verwendet wird, kann für das Flüssigkristall-Lichtventil der Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung ein hel les Projektionsbild bereitgestellt werden, ohne daß eine Un gleichmäßigkeit der Helligkeit auftritt.

Ferner ist die geschlitzte Reflexionsplatte auf der Seite der Lichteinfallsfläche des Separators für polarisiertes Licht angeordnet, wodurch die Beleuchtungseinrichtung für po larisiertes Licht mit einer Funktion zum Auffangen des größten Teils des in den Separator für polarisiertes Licht einfallen den Lichts ausgestattet wird, das nicht durch die erste Kon densorlinsenmatrixplatte gebündelt werden kann (z. B. Streu licht), wodurch die Wärmebelastung im Separator für polari siertes Licht vermindert wird.

Ferner werden die statistisch polarisierten Lichtstrah len in das Flüssigkristall-Lichtventil eingestrahlt, wobei ih re Polarisationsrichtung an einen linear polarisierten Licht typ angeglichen ist, so daß der Lichtabsorptionsbetrag durch die Polarisationsplatte des Flüssigkristall-Lichtventils ver ringert und der Temperaturanstieg der Polarisationsplatte un terdrückt werden kann. Daher kann die Größe der Kühleinrich tung verringert werden, und ihr Rauschen kann unterdrückt wer den.

Überdies ist der Wandler für polarisiertes Licht so konstruiert, daß die Beziehung P1 = n × S1/2 (n: natürliche Zahl, zum Beispiel 1 bis 3) zwischen dem Anordnungsrastermaß S1 der entsprechenden Kondensorlinsen der zweiten Kondensor linsenmatrixplatte und dem Anordnungsrastermaß P1 der Grund einheiten an der einfallseitigen Oberfläche des Separators für polarisiertes Licht erfüllt ist. Daher kann die Größe der Grundeinheit der Polarisationsstrahlteilermatrix (Separator für polarisiertes Licht) entsprechend der obigen Beziehungs gleichung unabhängig von der Zellengröße der Kondensorlinsen matrixplatte frei eingestellt werden.

Außerdem wird nach der vorliegenden Erfindung die räum liche Dispersion des Lichts infolge Zerlegung des Lichts durch Anwendung des Verfahrens vermieden, bei dem winzige Sekundär lichtquellenbilder erzeugt werden, was das Merkmal des opti schen Integratorsystems ist. Dementsprechend kann die Abmes sung der Vorrichtung mit Verwendung des optischen Systems mit dem Wandlerelement für polarisiertes Licht auf den gleichen Wert verringert werden wie bei der herkömmlichen Beleuchtungs einrichtung.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht, die aufweist: eine Lichtquelleneinheit zur Emission von Licht mit statistisch verteilter Polarisationsrichtung, eine erste Kon densorlinsenmatrixplatte, die mehrere rechteckige, in Längs- und Querrichtung angeordnete Kondensorlinsen aufweist und das von der Lichtquelleneinheit emittierte Licht bündelt, um meh rere Sekundärlichtquellenbilder zu erzeugen, eine zweite Kon densorlinsenmatrixplatte mit Kondensorlinsen, die so angeord net sind, daß sie jeweils den Sekundärlichtquellenbildern zu geordnet sind, und einen Wandler für polarisiertes Licht, der in der Nähe der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte angeordnet ist, das statistisch polarisierte Licht in zwei linear polari sierte Lichtstrahlen zerlegt und die Polarisationsrichtungen der beiden linear polarisierten Lichtstrahlen aneinander an gleicht, um die beiden linear polarisierten Lichtstrahlen mit einander zu kombinieren, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wandler für polarisiertes Licht eine Reflexions platte mit mehreren Schlitzabschnitten, die so angeordnet sind, daß sie jeweils den Kondensorlinsen der zweiten Konden sorlinsenmatrixplatte zugeordnet sind; Viertelwellenplatten, deren jede zumindest je einen Reflexionsabschnitt zwischen be nachbarten Schlitzabschnitten der Reflexionsplatte bedeckt; sowie einen plattenförmigen Separator für polarisiertes Licht und eine emissionsseitige Linse aufweist, die von der Licht einfallseite aus in dieser Reihenfolge angeordnet sind; und
daß der Separator für polarisiertes Licht eine platten förmige Polarisationsstrahlteilermatrix mit Dreikantprismen aufweist, die jeweils als Grundeinheit dienen, wobei die ein ander zugewandten Flächen aneinandergrenzender Dreikantprismen mit einer dazwischen angeordneten Trennschicht für polarisier tes Licht aneinander befestigt sind, um die plattenförmige Po larisationsstrahlteilermatrix zu bilden.

2. Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach Anspruch 1, wobei der Wandler für polarisiertes Licht so aus gelegt ist, daß die Beziehung P1 = n × S1/2 (n ist eine natür liche Zahl) zwischen dem Anordnungsrastermaß S1 der jeweiligen Kondensorlinsen der zweiten Kondensorlinsenmatrixplatte und dem Anordnungsrastermaß P1 der Grundeinheiten, vorzugsweise Dreikantprismen, auf der Lichteinfallseite des Separators für polarisiertes Licht erfüllt ist.

3. Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Viertelwellenplatten aus einer einzigen ebenen Platte geformt sind, welche die gesamte Ober fläche der Reflexionsplatte auf der Seite des Separators für polarisiertes Licht bedeckt.

4. Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Reflexionsplatte konstruiert wird, indem auf einer Oberfläche eines plattenförmigen licht durchlässigen Elements ein Reflexionsabschnitt ausgebildet wird und der lichtdurchlässige Teil, der kein Reflexionsab schnitt ist, als Schlitzabschnitt eingerichtet wird.

5. Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Kondensorlinsen, welche die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte bilden, so ausgelegt sind, daß sie ähnliche Werte aufweisen wie die rechteckigen Konden sorlinsen, welche die erste Kondensorlinsenmatrixplatte bil den.

6. Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, wobei anstelle der emissions seitigen Linse des Wandlers für polarisiertes Licht mindestens eine der die zweite Kondensorlinsenmatrixplatte bildenden Kon densorlinsen, die eine dezentrierte Linse ist, verwendet wird.

7. Flüssigkristall-Projektionsbildschirmeinrichtung, mit mindestens einer Beleuchtungseinrichtung für polarisiertes Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 6; einem optischen Farb zerlegungssystem zum Zerlegen von Licht von der Beleuchtungs einrichtung für polarisiertes Licht in drei Grundfarben; einem Flüssigkristall-Lichtventil; einem optischen Farbüberlage rungssystem zum Überlagern von Lichtstrahlen, die durch das Flüssigkristall-Lichtventil in Übereinstimmung mit Bildinfor mationen moduliert werden; und einer Projektionslinse.