DE3624188C2

DE3624188C2 -

Info

Publication number: DE3624188C2
Application number: DE3624188A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Tejima; Ryota Tokio/Tokyo Jp Ogawa
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp; Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1991-03-28
Also published as: GB8617309D0; JPS6219834A; US4936657A; JPH0623817B2; DE3624188A1; GB2179484B; GB2179484A

Description

Aus DE 84 11 656 U1 ist eine Projektionsvorrichtung bekannt mit einer Lichtquelle und einer in deren Strahlengang zwischen polarisierenden Schichten angeordneten Flüssigkristallschicht, deren Lichtdurchlässigkeit sich in Abhängigkeit von einer an Elektroden der Flüssigkristallschicht anlegbaren elektrischen Steuerspannung ändert. Zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkristallschicht ist parallel zu dieser eine Fresnellinse vorgesehen. Bei alternativer Anordnung der Lichtquelle und des Projektionsobjektivs über der Flüssigkristallschicht ist die Fresnellinse unter ihr angeordnet und mit einer reflektierenden Fläche versehen, so daß das Licht auf dem Weg von der Lichtquelle zur reflektierenden Fläche die Flüssigkristallschicht und die Fresnellinse ein erstesmal und nach der Reflexion an der reflektierenden Fläche auf dem weiteren Weg zum Projektionsobjektiv die Fresnellinse und die Flüssigkristallschicht ein zweitesmal durchmißt.

Bei nematischen Flüssigkristall-Anzeigetafeln ergibt sich das Problem, daß die an ihre Elektroden angelegte Steuerspannung häufig begrenzt ist, so daß die langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle unter der Wirkung des durch die Spannung erzeugten elektrischen Feldes sich nicht vollständig rechtwinklig zu den Elektroden orientieren, sondern zu diesen schräg geneigt sind. Dies bedeutet, daß die Lichtmenge, die zu dem im Lichtweg hinter der Flüssigkristall-Anzeigetafel befindlichen Betrachter gelangt, nicht maximal ist und daher zu geringem Bildkontrast führt, wenn die Lichtquelle und ein hinter der Flüssigkristall-Anzeigetafel vorgesehenes Projektionssystem mit Projektionsobjektiv und Bildschirm auf einer Mittelachse senkrecht zu den Flächen der Flüssigkristall-Anzeigetafel angeordnet sind. Wird jedoch zur Erlangung eines höheren Bildkontrastes das Projektionsobjektiv und der Bildschirm in bezug auf die vorgenannte Mittelachse der Flüssigkristall-Anzeigetafel seitlich versetzt, ist ein verhältnismäßig kompliziertes und daher teures Projektionsobjektiv mit einem großen Öffnungsverhältnis notwendig. Wird hingegen die Flüssigkristall-Anzeigetafel im Lichtstrahlengang schräg angeordnet, so daß die austretenden Lichtstrahlen etwa parallel zur optischen Achse des Projektionsobjektivs verlaufen, wird das projizierte Bild trapezförmig verzerrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristall-Projektionsvorrichtung zu schaffen, die bei einem verhältnismäßig einfachen Aufbau ein kontrastreiches und unverzerrtes Bild liefert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Stufenlinsenelement in einem Schnitt längs der optischen Achse des Projektionsobjektivs,

Fig. 2 das Stufenlinsenelement von Fig. 1 in der Ansicht bei einem Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie II-II,

Fig. 3 das Stufenlinsenelement von Fig. 1 in der Ansicht bei einem Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie III-III,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Stufenlinsenelement in einem ersten Schnitt längs der optischen Achse des Projektionsobjektivs,

Fig. 5 die Ausführungsform gemäß Fig. 4 in einem zweiten Schnitt, der zum Schnitt gemäß Fig. 4 senkrecht ist,

Fig. 6 das Stufenlinsenelement der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 7 das Stufenlinsenelement gemäß Fig. 6 in der Ansicht auf die eine Fläche desselben und das Schnittprofil dieser Fläche,

Fig. 8 das Stufenlinsenelement gemäß Fig. 6 in der Ansicht auf die andere Fläche desselben und das Schnittprofil dieser Fläche,

Fig. 9 den Beleuchtungsstrahlengang bei dieser Ausführungsform im Schnitt gemäß Fig. 4,

Fig. 10 den Beleuchtungsstrahlengang bei dieser Ausführungsform im Schnitt gemäß Fig. 5,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Stufenlinsenelement in einem Schnitt längs der optischen Achse des Projektionsobjektivs,

Fig. 12 das Stufenlinsenelement von Fig. 11 in der Ansicht bei einem Schnitt durch Fig. 11 längs der Linie XII-XII sowie das Schnittprofil einer Fläche dieses Stufenlinsenelements,

Fig. 13 den Beleuchtungsstrahlengang bei dieser Ausführungsform in einem Schnitt senkrecht zum Schnitt gemäß Fig. 11,

Fig. 14 den Beleuchtungsstrahlengang bei dieser Ausführungsform im Schnitt gemäß Fig. 11,

Fig. 15 eine Ausführungsform des Beleuchtungssystems für eine erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt längs der optischen Achse des Projektionsobjektivs,

Fig. 16 eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungssystems für eine erfindungsgemäße Anordnung im Schnitt längs der optischen Achse des Projektionsobjektivs,

Fig. 17 die Ausführungsform gemäß Fig. 16 in einem Schnitt senkrecht zum Schnitt gemäß Fig. 16 und

Fig. 18 bis 22 weitere Ausführungsformen des Beleuchtungssystems für eine erfindungsgemäße Anordnung jeweils im Schnitt längs der optischen Achse des Projektionsobjektivs.

Die Fig. 1 bis 14 zeigen drei Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Alle drei Ausführungsformen um fassen eine Quelle von Beleuchtungslicht (nicht darge stellt, jedoch links angeordnet), eine nematische Flüssigkristall-Anzeigeplatte oder Anzeigetafel 1 zum Übertragen des Lichtes von der Lichtquelle, und eine Projektionslinse 2, um das durch die Anzeigetafel 1 übertragene Licht auf einen Schirm (nicht dargestellt, jedoch rechts angeordnet) zu projizieren. Besonders hervor zuheben ist die Anordnung eines optischen Elementes 3 auf der Austrittsseite der Anzeigetafel 1. Das opti sche Element 3 hat eine optische Wirkung, durch welche das durch die Anzeigetafel 1 übertragene Beleuchtungs licht gegenüber einer schrägen Richtung auf der linken Seite der Anzeigetafel 1 derart gebrochen wird, daß es konvergiert und zu einem Punkt rechtwinklig zu dem optischen Element nahe der Eintrittspupille der Pro jektionslinse 2 konzentriert wird, die auf der mitt leren Achse des gebrochenen Lichtes liegt. Das Beleuch tungslicht kann, nachdem es durch die Anzeigetafel 1 hindurchgegangen und fokussiert worden ist, auf die Pupille der Projektionslinse 2 fallen. Die Eintritts pupille ist als das Bild der Öffnungsblende definiert, gebildet durch die optischen Elemente zwischen der Öffnungsblende und dem Objekt. Sie erstreckt sich zu dem Bild der Öffnungsblende, gesehen von dem Objekt. Dieser bekannte Ausdruck ist vollständiger beschrieben in "Fundamentals of Optics", 4. Ausgabe, von Jenkins und White (McGraw-Hill, 1984). Die Blendenöffnung be grenzt das Sichtfeld oder Betrachtungsfeld, und sie kann eine getrennte Öffnung oder der seitliche Rand der Linse 2 sein.

Um das Beleuchtungslicht, welches im wesentlichen rechtwinklig durch die Anzeigetafel 1 hindurch über tragen wird, zu einem gemeinsamen Brennpunkt zu brechen, ist das optische Element 3 gemäß Fig. 1 an einer ihrer der Anzeigetafelseite zugewandten Flächen als eine abgestufte Prismafläche gebildet, die, wie in Fig. 2 dargestellt, parallele Rillen hat und als ein Prisma wirkt. Die Beleuchtungsseite des optischen Elementes 3 weist eine Mehrzahl von kleinen Prismen auf, die sägezahnförmigen Querschnitt haben, um zu ermöglichen, daß das durch die Anzeigetafel 1 hin durch übertragene Licht auf einen Punkt in der Nähe der Eintrittspupille der Projektionslinse 2 konzen triert wird. Die andere Fläche des optischen Elementes 3 auf der Seite der Projektionslinse 2 ist, wie in Fig. 3 dargestellt, als eine Fresnellinsenfläche gebildet, die konzentrische Rillen hat und einen Konvergierungs effekt schafft mittels einer Mehrzahl von kreisförmi gen Prismen sich ändernder Höhe, die unregelmäßigen sägezahnförmigen diametralen Querschnitt haben. Das optische Element 3, welches solche Flächen hat, kann in Massenproduktion hergestellt werden durch Preßformen oder Spritzformen für Kunststoffe, wobei ein Form hohlraum verwendet werden kann, der mit einer numerisch gesteuerten Drehbank hergestellt worden ist.

Das abgestufte Prisma und die kreisförmige Fresnellinse können einheitlich ausgebildet sein, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, sie können aber auch getrennt herge stellt werden. In jedem Fall werden die beiden Kompo nenten oder Bauteile vorzugsweise in großer Nähe zu der Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 verwendet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird ein Moir´muster ge bildet als Ergebnis der nahen Anordnung der abgestuf ten Prismafläche und der kreisförmigen Fresnellinsen fläche, jedoch kann dieser Effekt verwischt werden durch richtige Einstellung der Tiefe des Brennpunktes der Projektionslinse 2. Die kreis förmige Fresnellinsenfläche, die in Fig. 3 dargestellt ist, ist typisch mit einer sphärischen Kurve gebildet, die als Basis verwendet wird. Unter einer sphärischen Basis ist zu verstehen, daß die freiliegenden Flächen der Fresnellinse nicht eben sind, sondern stattdessen einer sphärischen Gestalt folgen bzw. eine solche Ge stalt haben. Die Wirkung besteht darin, daß eine in Segmente unterteilte sphärische Linsenfläche erhalten wird. Um jedoch zu ermöglichen, daß das Bild der Lichtquelle auf die Eintrittspupille der Projektions linse 2 in wirksamer Weise mit minimalem Abbildungs fehler fällt, wird vorzugsweise eine nichtsphärische Kurve als Basis verwendet. Nichtsphärische oder genauer gesagt asphärische Linsenflächen sind für übliche Linsen bekannt.

Das optische Element 3 gemäß den Fig. 4 und 5 ist eine orthogonale oder gekreuzte lineare Fresnellinse, die in Fig. 4 waagerecht, und in Fig. 5 senkrecht dargestellt ist. Zwei lineare Fresnellinsenflächen werden von zwei zylindrischen Linsen hergestellt. Jede zylindrische Linse hat gerade parallele Rillen, und sie schafft eine in einer Richtung verlaufende konvergierende Wirkung durch eine Mehrzahl von kleinen Prismen, die sägezahnförmigen Querschnitt haben, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. Die beiden Zylinderlinsen sind auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Elementes 3 derart angeordnet, daß gerillte oder genutete Flächen nach außen gewandt sind, und daß die Rillen oder Nuten einer Zylinderlinse recht winklig zu denen der anderen verlaufen.

In den Fig. 6 und 7 ist ein optisches Element 3 dargestellt, bei den die waagerechten Rillen symmetrisch zum Mittel punkt verlaufen. Jedoch sind bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 4 und 5 die senkrechten Rillen unsymmetrisch. Dieses versetzte Zentrum in der senk rechten Richtung, welches in Fig. 8 deutlicher darge stellt ist, ermöglicht es, daß das einfallende Licht, welches mit Bezug auf die optische Achse der Projektions linse 2 schräg verläuft, auf die optische Achse kon zentriert werden kann. Dies bedeutet, daß Fresnellinsen flächen, das Brechungsvermögen in der senkrechten Rich tung mit Bezug auf die Anzeigetafel 1 haben, als ex zentrische lineare Fresnellinsenflächen verwendet wer den. Als Ergebnis wird das Licht, welches aus der An zeigetafel 1 in einer Richtung parallel zur Schräglage oder Neigung der Neuorientierung oder Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verläuft, in eine Richtung rechtwinklig zur Anzeigetafel 1 ge brochen.

Anhand der Fig. 9 und 10 ist ersichtlich, daß, wenn Beleuchtungslicht auf die orthogonale oder gekreuzte lineare Fresnellinse schräg in der vertikalen Richtung fällt, die Lichtstrahlen in der senkrechten Richtung durch die exzentrische lineare Fresnellinsenfläche konzentriert werden, die ein senkrechtes Brechungs vermögen hat, wohingegen die Lichtstrahlen in der waage rechten Richtung durch die lineare Fresnellinsenfläche konzentriert werden, die waagerechtes Brechungsvermögen hat. Wie in Fig. 10 dargestellt, wird das Beleuchtungs licht in der senkrechten Richtung zu einem nicht auf der Achse liegenden Brennpunkt durch die exzentrische lineare Fresnellinsenfläche konzentriert. Wenn das Zentrum der Anzeigetafel 1 in Ausrichtung mit der opti schen Achse der Projektionslinse 2 gebracht wird (die Linsenachse ist die Linie rechtwinklig zu der orthogo nalen linearen Fresnellinse, gezogen von der nicht auf der Achse liegenden Brennpunktlage), und wenn die Anzeigetafel 1 mit Bezug auf die opti sche Achse der Projektionslinse 2 rechtwinklig angeordnet ist, wird das durch die Anzeigetafel 1 hin durch übertragene Licht auf die optische Achse nahe der Eintrittspupille der Projektionslinse 2 konzentriert. Als Ergebnis ist der Lichtfluß oder Lichtstrom, der die Anzeigetafel 1 überdeckt, als Beleuchtungslicht aus reichend. Wie im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann die lineare Fresnellinsenfläche hergestellt werden, wenn entweder eine sphärische oder eine nichtsphärische Kurve als Basis verwendet wird. Bei den Ausführungsfor men gemäß den Fig. 4 bis 10 wird kein Moir´muster gebildet, da die Rillen an einer Fresnelfläche die Rillen an der anderen Fläche im rechten Winkel schneiden.

Das optische Element 3, welches bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 verwendet wird, hat auf einer Seite eine kreisförmige Fresnellinse der gleichen Art, wie sie in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 be schrieben worden ist, und auf der anderen Seite hat es eine ebene Fläche. Die kreisförmige Fresnellinsenfläche ist aus einer exzentrischen kreisförmigen Fresnellinse (Fig. 12) gebildet, durch welche das Licht, welches aus der Flüssigkristall-Anzeigetafel in einer Richtung parallel zur Schräglage oder Neigung der Neuorientierung oder Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristall moleküle austritt, zu einem Punkt rechtwinklig zu dem physikalischen Zentrum des optischen Elementes 3 gebro chen ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird Beleuch tungslicht, welches auf die exzentrische kreisförmige Fresnellinse schräg auftrifft, wie es in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist, durch die exzentrische kreis förmige Fresnellinsenfläche konzentriert, die Bre chungsvermögen sowohl in senkrechter als auch in waage rechter Richtung hat. Wie in Fig. 14 für die senkrechte Richtung dargestellt, wird das Licht auf einen Brenn punkt fokussiert, der außerhalb der Achse liegt. Wenn das Zentrum der Anzeigetafel 1 in Ausrichtung mit der optischen Achse der Projektionslin se 2 gebracht wird, welche die Linie rechtwinklig zu der exzentrischen kreisförmigen Fresnellinse ist, gezo gen von der außerhalb der Achse liegenden Brennpunkt position, und wenn die Anzeigetafel 1 zur optischen Achse der Projektionslinse 2 rechtwinklig angeordnet wird, wird das durch die Anzeigetafel 1 hindurch über tragene Licht auf die optische Achse nahe der Ein trittspupille der Projektionslinse 2 konzentriert. Demgemäß ist ein Lichtfluß, welcher die Anzeigetafel 1 überdeckt, für das Beleuchtungslicht ausreichend. Wie im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 1, kann die Fresnellinsenfläche der exzentrischen kreisförmigen Fresnellinse entweder mit einer sphärischen oder einer nichtsphärischen Kurve als Basis hergestellt werden. Das optische Element 3, welches bei der oben beschrie benen Ausführungsform verwendet wird, hat den Vorteil, daß es sehr leicht hergestellt werden kann, da Rillen oder Stufen nur auf einer Seite gebildet werden müssen. Diese Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil, daß ein Bild mit minimaler Unschärfe gebildet wird, da die Fresnelfläche parallel zu der Anzeigetafel 1 angeord net werden kann.

Bei den Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Video projektionsanzeigevorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 14 wird das durch das Beleuchtungslicht über die Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 erzeugte Bild zu einer Stelle nahe der Eintrittspupille der Projektionslinse 2 fokussiert. Wenn daher die wirksame Öffnung der Linse 2 größer als das fokussierte Bild ist, ergibt sich keine "Vignettierung" des Beleuchtungslichtes, und es ist gewährleistet, daß ein helles Bild erzeugt wird. Zusätzlich wird das durch die Anzeigetafel 1 hindurch übertragene Beleuchtungslicht in Richtung gegen einen Punkt rechtwinklig zu der Tafel 1 gebrochen. Die Projektionslinse 2 ist auf der Verlänge rung der Linie gebrochenen Lichtes angeordnet, wodurch das Zentrum der Anzeigetafel 1 in Übereinstimmung oder Ausrichtung mit der optischen Achse der Projektions linse 2 gebracht wird. Daher genügt es für den Bild kreis der Projektionslinse 2, daß er groß genug ist, um die wirksame Bildgröße der Anzeigetafel 1 zu überdecken.

Die Fig. 15 bis 22 zeigen Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung, die auf den Vorrichtungen gemäß den Fig. 1 bis 14 basieren, und die ein zweites optisches Element 4 auf weisen, welches auf der Einfallseite der Flüssig kristall-Anzeigetafel 1 angeordnet ist, um zu ermöglichen, daß Beleuchtungslicht von einer Licht quelle 5 auf die Anzeigetafel 1 in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle fällt. Diese Ausführung verbessert die Wirksamkeit der Licht übertragung durch die Anzeigetafel 1 hindurch, wodurch ein noch helleres Bild erzeugt wird.

Das zweite optische Element 4 gemäß Fig. 15 hat eine parallele abgestufte Prismafläche bzw. eine kreisför mige Fresnellinsenfläche auf seinen gegenüberliegenden Seiten, ähnlich wie bei dem optischen Element gemäß Fig. 1. In Fig. 15 ist die kreisförmige Fresnellinsen fläche so dargestellt, daß sie in Richtung zur Lichtquelle 5 gerichtet ist, wohingegen die parallele abgestufte Prismenfläche in Richtung zur Anzei getafel 1 gerichtet ist. Die Beleuchtung von der Licht quelle 5 erfolgt parallel durch die kreisförmige Fresnellinsenfläche, und das Licht wird durch die ab gestufte Prismenfläche in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle gebrochen, bevor es auf die Anzeigetafel 1 auftrifft.

Die kreisförmige Fresnellinsenfläche gemäß Fig. 15 ist typisch hergestellt mit einer sphärischen Kurve als Basis, jedoch kann, um in großem Ausmaß parallele Strahlen des Beleuchtungslichtes zu erhalten, die Fresnelfläche hergestellt werden mit einer nicht sphärischen Fläche als Basis.

Die Fig. 16 und 17 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher eine orthogonale oder gekreuzte lineare Fresnellinse des gleichen Typs, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, für das zweite optische Element 4 verwendet wird. Diejenige Seite des opti schen Elementes 4, die der Lichtquelle 5 zugewandt ist, ist als eine nicht exzentrische lineare Fresnel linsenfläche gebildet, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, während diejenige Seite, die der Flüssigkristall- Anzeigetafel 1 zugewandt ist, als eine exzentrische lineare Fresnellinsenfläche gebildet ist, die Brechungs vermögen in der senkrechten Richtung mit Bezug auf die Anzeigetafel 1 hat, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Licht von der Lichtquelle 5 wird durch die nicht ex zentrische lineare Fresnellinsenfläche im wesentlichen parallel zur waagerechten Richtung gerichtet, und es fällt auf die Anzeigetafel 1, nachdem es durch die exzentri sche lineare Fresnellinsenfläche in der senkrechten Richtung im wesentlichen parallel gerichtet wird und durch die exzentrische Linsenfläche derart gebrochen wird, daß es im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssig kristallmoleküle verläuft.

Wie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 15 festgestellt, können die beiden Fresnellinsenflächen gemäß den Fig. 16 und 17 entweder mit einer zylindrischen oder einer nicht zylindrischen Fläche als Basis hergestellt werden.

Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine exzentrische kreisförmige Fresnellinse der gleichen Art, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, für das zweite optische Element 4 verwendet wird, wobei die exzentrische kreisförmige Fresnellinsenfläche in Rich tung gegen die Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 gerichtet ist. Da die Fresnellinse exzentrisch ist, fällt Licht von der Lichtquelle 5, die an einer außerhalb der Achse liegenden Brennpunktposition der Fresnellinse angeordnet ist, auf die Anzeigetafel 1, nachdem es durch die exzentrische kreisförmige Fresnellinsenfläche im wesentlichen parallel gemacht oder gerichtet und durch die gleiche Linsenfläche derart gebrochen wurde, daß es im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristall moleküle verläuft. Wie in Verbindung mit der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 15 festgestellt, kann die ex zentrische kreisförmige Fresnellinsenfläche gemäß Fig. 18 entweder mit einer sphärischen oder einer nichtsphäri schen Kurve als Basis hergestellt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 19 wird eine Kolli mationslinse als das zweite optische Element 4 verwen det. Die optische Achse, welche die Lichtquelle 5 und das Zentrum der Kollimationslinse 4 verbindet, verläuft gemäß der Darstellung im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle, so daß Licht, welches durch die Kollimationslinse 4 übertragen ist, auf die Anzei getafel 1 in Form von Strahlen fällt, die im wesent lichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle ver laufen.

Das zweite optische Element, welches bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 20 verwendet wird, ist aus einer Kollimationslinse 4 und einem keilförmigen Prisma 4′ zusammengesetzt. Die optische Achse, welche die Licht quelle 5 und das Zentrum der Kollimationslinse 4 ver bindet, verläuft gemäß der Darstellung rechtwinklig zu der Flüssigkristall-Anzeigetafel 1, jedoch ist zu folge des Vorhandenseins des keilförmigen Prisma 4′, welches zwischen der Kollimationslinse 4 und der Anzeigetafel 1 angeordnet ist, das Licht von der Licht quelle 5 durch die Kollimationslinse 4 parallel ge richtet und die sich ergebenden parallelen Strahlen fallen auf die Anzeigetafel 1, nachdem sie durch das keilförmige Prisma 4′ derart gebrochen wurden, daß sie im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorien tierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verlaufen.

Das zweite optische Element, welches bei der Ausführungs form gemäß Fig. 21 verwendet wird, ist aus einer Kolli mationslinse 4 und einem abgestuften Prisma 4′ zusammen gesetzt. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 20 verläuft die optische Achse, welche die Lichtquelle 5 und das Zentrum der Kollimationslinse 4 verbindet, rechtwinklig zu der Flüssigkristall-Anzeigetafel 1. Jedoch wird als Folge des Vorhandenseins des abgestuf ten Prisma 4′, welches zwischen der Kollimationslinse 4 und der Anzeigetafel 1 angeordnet ist, Licht von der Lichtquelle 5 durch die Kollimationslinse 4 parallel gerichtet. Die sich ergebenden parallelen Strahlen fallen auf die Anzeigetafel 1, nachdem sie derart gebrochen wurden, daß sie im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verlaufen.

Wie oben beschrieben, wird bei jeder der Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung gemäß den Fig. 15 bis 22 ein einfaches optisches Ele ment verwendet, um zu ermöglichen, daß Beleuchtungslicht auf eine Flüssigkristall-Anzeigetafel in einem solchen Winkel fällt, daß das Licht im wesentlichen parallel zu den langen Achsen der umorientierten oder neu orientierten Flüssigkristallmoleküle verläuft. Die Aus führungsformen gemäß den Fig. 13 bis 16, bei denen eine Fresnellinse als ein optisches Element auf der Beleuchtungsseite verwendet wird, haben den Vorteil, daß die Gesamtgröße der Anzeigevorrichtung oder Dar stellungsvorrichtung verkleinert ist, da die Fresnel linse derart hergestellt werden kann, daß sie eine sehr geringe Dicke hat. Zusätzlich kann eine billige Anzeigevorrichtung hergestellt werden in Verbindung der Fresnellinse mit dem ersten optischen Element, welches in den Fig. 1 bis 14 dargestellt ist.

Wie vorbeschrieben, verwendet eine Flüssigkristall- Videoprojektionsanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung ein oder zwei leicht herstellbare und billige optische Elemente, so daß ermöglicht wird, eine Projektions linse mit engem Sichtwinkel oder Betrachtungswinkel mit einer Blendenöffnung von f/2,0 oder f/2,8 zu ver wenden. Dies wird ermöglicht durch richtige Wahl der Größe der Lichtquelle, die in Verbindung mit einer Flüssigkristall-Anzeigetafel oder irgendwelchen anderen Anzeigeelementen verwendet wird, durch welche hindurch Licht in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel übertragen wird. Dies ermöglicht die Verwendung eines kompakten Projektionslinsensystems, was wiederum zu Verringerun gen der Größe und der Kosten der Gesamtanzeigevorrich tung führt. Das Konzept der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden bei Flüssigkristall-Farb videoanzeigevorrichtungen, bei denen Farbfilter verwendet werden. Obwohl die optischen Elemente von den Farbfiltern durch die Dicke der transparenten Elek trodenplatten getrennt sind, erzeugen Pro jektionslinsen mit einer Brennweite, die durch ein großes Blendenverhältnis oder Öffnungsverhältnis wie f/2,0 oder f/2,8 anstelle von f/1,0 und f/1,3, wie es oben angegeben ist, definiert ist, ein scharfes Bild, während der Verlust der Menge an Licht minimiert ist, so daß ein Betrachter die Anzeige sehr leicht wahrnehmen kann.

In Fig. 22 ist eine weitere Ausführungsform der Erfin dung dargestellt, bei welcher das zweite optische Element 4 einen außerhalb der Achse angeordneten gekrümmten Spiegel aufweist, welcher der Lichtquelle 5 zugewandt ist und welcher dazu dient, von der Lichtquelle 5 ab gestrahltes Licht in einem schrägen Winkel zur Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 zu richten.

Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Bild ist kontrastreich und unverzerrt.

Claims

1. Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung, umfassend

(a) eine Lichtquelle (5),
(b) eine nematische Flüssigkristall-Anzeigetafel (1), zur Steuerung der von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen, die an der Lichtaustrittsfläche der Flüssigkristall-Anzeigetafel schräg zur optischen Achse und parallel zu einer Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle austreten,
(c) ein konzentrisch zur optischen Achse der Projektionsvorrichtung angeordnetes optisches Projektionsobjektiv (2) zur Abbildung der Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) auf einen Projektionsschirm und
(d) ein zusätzliches lichtablenkendes System (3), das
- - im Strahlengang zwischen der Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) und dem Projektionsobjektiv (2) angeordnet ist,
- - die schräg austretenden Lichtstrahlen insgesamt in Richtung zur optischen Achse des Projektionsobjektivs (2) ablenkt und
- - zugleich als Feldlinse ausgebildet ist zur Konzentrierung der Lichtstrahlen in der Lichteintrittspupille des Projektionsobjektivs (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das zusätzliche lichtablenkende System (3) eine prismatische Stufenlinse und eine rotationssymmetrische, konzentrisch zur optischen Achse angeordnete Stufenlinse umfaßt (Fig. 1 bis 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das zusätzliche lichtablenkende System (3) zwei gekreuzte Zylinder-Stufenlinsen umfaßt, von denen eine asymmetrisch zur optischen Achse angeordnet ist (Fig. 4 bis 10).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das zusätzliche lichtablenkende System (3) eine rotationssymmetrische, jedoch asymmetrisch zur optischen Achse angeordnete Stufenlinse umfaßt (Fig. 11 bis 14).

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die prismatische bzw. asymmetrisch zur optischen Achse angeordnete Stufenlinse des zusätzlichen lichtablenkenden Systems (3) zur Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Zylinder- bzw. rotationssymmetrischen Stufenlinsen sphärisch sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Zylinder- bzw. rotationssymmetrischen Stufenlinsen asphärisch sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Komponenten des zusätzlichen lichtablenkenden Systems (3) an Flächen zweier separater Träger angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Komponenten des zusätzlichen lichtablenkenden Systems (3) an entgegengesetzten Flächen eines einzigen Trägers angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin zwischen der Lichtquelle (5) und der Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) ein Kondensorsystem (4) derart ausgebildet oder angeordnet ist, daß parallele Lichtstrahlen unter dem Winkel größter Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) auf deren Lichteintrittsfläche auftreffen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin das Kondensorsystem (4) eine prismatische Linse, vorzugsweise Stufenlinse, und eine rotationssymmetrische, konzentrisch zur optischen Achse angeordnete Linse, vorzugsweise Stufenlinse umfaßt (Fig. 15 und 20).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin das Kondensorsystem (4) zwei gekreuzte Zylinder-Stufenlinsen umfaßt, von denen eine asymmetrisch zur optischen Achse angeordnet ist (Fig. 16 und 17).

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin das Kondensorsystem (4) eine rotationssymmetrische, jedoch asymmetrisch zur optischen Achse angeordnete Stufenlinse umfaßt (Fig. 18).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, worin die prismatische bzw. asymmetrisch zur optischen Achse angeordnete Stufenlinse des Kondensorsystems (4) zur Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) gerichtet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, worin die Zylinder- bzw. rotationssymmetrischen Stufenlinsen sphärisch sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, worin die Zylinder- bzw. rotationssymmetrischen Stufenlinsen asphärisch sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, worin die Komponenten des Kondensorsystems (4) an Flächen zweier separater Träger angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, worin die Komponenten des Kondensorsystems (4) an entgegengesetzten Flächen eines einzigen Trägers angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die durch die Lichtquelle (5) und das Kondensorsystem (4) gebildete Achse schräg zur Lichteintrittsfläche der Flüssigkristall-Anzeigetafel (1) angeordnet ist.