DE60036581T2

DE60036581T2 - Optisches Beleuchtungssystem und Projektor, bei dem dieses verwendet wird

Info

Publication number: DE60036581T2
Application number: DE60036581T
Authority: DE
Inventors: Yasunori Suwa-shi Nagano-ken Ogawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: EP1072923B1; EP1072923A3; DE60036581D1; US6527393B1; EP1072923A2; EP1510850A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein optisches Beleuchtungssystem, das Licht von einer Lichtquelle in mehrere Lichtstrahlen zerlegt und die mehreren Lichtstrahlen in einem gemeinsamen Beleuchtungsbereich überlagert. Die Erfindung betrifft auch einen Projektor, der das optische Beleuchtungssystem aufweist und Bilder mit einer gleichmäßigen Helligkeit auf einen Bildschirm projizieren kann.
Die GB-A-508 219 offenbart ein Beleuchtungssystem für eine optische Projektion mit zwei lentikularen Bildschirmen, die in dem Weg zwischen der Lichtquelle und der Bildanzeige angeordnet sind. Anspruch 1 ist gegenüber dieser Offenbarung abgegrenzt.
In einem Projektor wird Beleuchtungslicht von einem optischen Beleuchtungssystem auf als Lichtventile bezeichnete Lichtmodulatoren projiziert. Die Lichtventile modulieren das Licht entsprechend den darzustellenden Bildinformationen, und das modulierte Licht wird auf einen Bildschirm projiziert, um die Bilder darzustellen.
Ein Projektor sollte die Bilder mit einer gleichmäßigen Helligkeit darstellen. Im allgemeinen ist die Intensität des Lichts jedoch in der Nähe der Achse der Lichtquelle am höchsten und nimmt ab, wenn der Abstand von der Achse zunimmt. Falls dieses Licht ohne Modifikation als das Beleuchtungslicht verwendet wird, ist die Helligkeit der pro jizierten Bilder ungleichmäßig. Zum Lösen dieses Problems werden im Stand der Technik optische Integratorsysteme verwendet, um eine gleichmäßige Beleuchtung der den Beleuchtungsbereich bildenden Lichtmodulatoren zu gewährleisten.
Im allgemeinen zerlegt ein optisches Integratorsystem das Licht von der Lichtquelle in mehrere Lichtstrahlen, die dann im Beleuchtungsbereich überlagert werden, um eine gleichmäßige Beleuchtung zu erreichen.
Die ideale Lichtquelle für ein optisches Beleuchtungssystem ist eine Punktlichtquelle, diese lässt sich jedoch nur schwer erreichen. Beim Zerlegen des Quellenlichts in mehrere Lichtstrahlen und Überlagern der Strahlen in dem Beleuchtungsbereich kann ein optisches Integratorsystem die Wirksamkeit vermindern, mit der Licht von der Lichtquelle verwendet wird.
Durch einen Projektor dargestellte Bilder sollten so hell wie möglich sein. Um diese hohe Helligkeit zu erreichen, ist das verwendete optische Beleuchtungssystem idealerweise ein System, das den Lichtausnutzungsgrad maximiert.
Ein anderes Problem, das bei einem optischen Integratorsystem auftritt, besteht darin, dass es schwierig ist, eine Anordnung kleiner Linsen für das in dem Integratorsystem enthaltene optische Strahlteilersystem mit einer guten Genauigkeit herzustellen.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, den Lichtausnutzungsgrad in einem optischen Beleuchtungssystem zu vergrößern. Eine andere Aufgabe besteht darin, eine Technologie bereitzustellen, die es ermöglicht, dass die Linsenanordnung des optischen Strahlteilersystems leicht hergestellt wird. Eine andere Aufgabe besteht darin, einen Projektor bereitzustellen, der hellere und gleichmäßigere Projektionsbilder ermöglicht.
Zum Lösen mindestens eines Teils der voranstehend erwähnten und anderer verwandter Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist ein Beleuchtungssystem vorgesehen. Das Beleuchtungssystem umfasst folgendes: eine Lichtquelle, eine erste Linsenanordnung aus kleinen Linsen zum Teilen von Licht von der Lichtquelle in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, und eine zweite Linsenanordnung von kleinen Linsen, die den kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung entsprechen. Die zweite Linsenanordnung befindet sich in der Nähe des Ortes, wo die Mehrzahl von Lichtstrahlen von der ersten Linsenanordnung konvergiert ist. Jede kleine Linse der zweiten Linsenanordnung hat eine äußere Form eines nicht-rechteckigen Polygons, das auf ein Profil des Lichts bezogen ist, das durch eine entsprechende kleine Linse der ersten Linsenanordnung konvergiert ist. Wenn zwei Referenzachsen, die senkrecht zueinander sind, so definiert sind, dass sie durch einen Mittelpunkt der zweiten Linsenanordnung verlaufen, haben mindestens einige der kleinen Linsen der zweiten Linsenanordnung eine äußere Form eines Trapezoids, das durch zwei Segmentierungslinien, die parallel zu einer der Referenzachsen sind, und zwei Segmentierungslinien, die relativ zu der anderen Referenzachse geneigt sind, definiert ist. Die zwei Segmentierungslinien, die relativ zu der anderen Referenzachse geneigt sind, sind nicht parallel zueinander.
Jeder der mehreren Lichtstrahlen, die aus den kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung austreten, muss auf die zugeordnete Linse der zweiten Linsenanordnung fallen, um zu ermöglichen, dass das Licht wirksam für die Beleuchtung verwendet wird.
Die zweite Linsenanordnung besteht aus kleinen Linsen mit einer polygonalen Form, die jedoch nicht wirklich rechteckig oder quadratisch sind, so dass sie der Form der von den kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung konvergierten mehreren Lichtstrahlen entsprechen. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass die mehreren Strahlen, die aus den kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung austreten, auf kleine Linsen der zweiten Linsenanordnung fallen, die sich angrenzend an die kleine Ziellinse befinden. Dies verbessert den Lichtausnutzungsgrad der Beleuchtung.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist die zweite Linsenanordnung einen flachen Abschnitt auf, der zwischen den Spalten der kleinen Linsen vorgesehen ist. In diesem Fall kann die zweite Linsenanordnung nicht eine äußere Form eines nicht-rechteckigen Polygons aufweisen, das sich auf ein Profil des durch eine entsprechende kleine Linse der ersten Linsenanordnung konvergierten Lichts bezieht.
Weil die Spalten kleiner Linsen der zweiten Linsenanordnung durch den flachen Abschnitt getrennt sind, stehen diese Spalten kleiner Linsen nicht in direktem Kontakt miteinander. Demgemäß kann die zweite Linsenanordnung mit guter Genauigkeit einfacher hergestellt werden als eine Linsenanordnung, bei der alle kleinen Linsen in direktem Kontakt miteinander stehen.
Bei dem voranstehenden Beleuchtungssystem können mindestens einige Segmentierungslinien, die zum Segmentieren der zweiten Linsenanordnung in die Mehrzahl von kleinen Linsen verwendet werden, einen Neigungswinkel zu den Referenzachsen haben, so dass der Neigungswinkel bei einer Erhöhung des Abstands von den Referenzachsen zunimmt.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die kleinen Linsen der zweiten Linsenanordnung so geformt werden, dass eine Anpassung an das geneigte Profil der mehreren Lichtstrahlen erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Projektor, der folgendes umfasst: ein Beleuchtungssystem mit der voranstehenden Konfiguration, einen Lichtmodulator, der einfallendes Licht von dem Beleuchtungssystem gemäß Bildinformationen moduliert, und ein optisches Projektionssystem, das das modulierte Licht projiziert.
Weil das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung ein optisches Integratorsystem aufweist, das eine erste und eine zweite Linsenanordnung aufweist, ist es möglich, Licht mit einer gleichmäßigen Helligkeit und Farbe selbst dann zu erhalten, wenn eine erhebliche Verschiebung in der sektionalen Intensitätsverteilung des von der Lichtquelle emittierten Lichts auftritt. Daher ist es möglich, Projektionsbilder zu erhalten, die eine gleichmäßige Helligkeit und Farbe über die gesamte Projektionsebene aufweisen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die nur als Beispiel dienen, und mit Bezug auf die anliegende Zeichnung besser verständlich werden.
1 ist ein schematisches Diagramm der Hauptteile eines optischen Beleuchtungssystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung.
2(A) bis 2(C) zeigen eine erste Linsenanordnung 40.
3(A) bis 3(F) zeigen eine zweite Linsenanordnung 50.
4 ist eine Vorderansicht der zweiten Linsenanordnung 50 und der ersten Linsenanordnung 40 bei Betrachtung entlang der z-Achse.
5 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration einer ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen.
6 ist ein Diagramm der Funktion der ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen.
7 ist ein Diagramm von Konvergenzbildern, die durch die erste Linsenanordnung 40 in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50 gebildet sind.
8 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der zweiten Linsenanordnung 50 und den Bildern, die durch die erste Linsenanordnung 40 in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50 gebildet sind.
9 ist ein schematisches Diagramm der Hauptteile eines optischen Beleuchtungssystems 100A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
10(A) bis 10(F) zeigen eine erste Linsenanordnung 40A.
11(A) bis 11(F) zeigen eine zweite Linsenanordnung 50A.
12(A) bis 12(B) zeigen eine hypothetische zweite Linsenanordnung 50B.
13 ist ein ebenes Diagramm (Seitenansicht) der Beziehung zwischen der ersten Linsenanordnung 40A und der zweiten Linsenanordnung 50B.
14 ist ein Diagramm von Bildern, die durch die erste Linsenanordnung 40A in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50B gebildet sind.
15 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der zweiten Linsenanordnung 50A und den durch die erste Linsenanordnung 40 in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50A erzeugten Bildern.
16 ist ein schematisches Diagramm der Hauptteile eines optischen Beleuchtungssystems 100C gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
17(A) bis 17(F) zeigen eine erste Linsenanordnung 40C.
18 ist ein Diagramm der Funktion einer Sammellinse 44 der ersten Linsenanordnung 40C.
19(A) bis 19(C) eine zweite Linsenanordnung 150 gemäß der vierten Ausführungsform.
20 ist eine Vorderansicht der zweiten Linsenanordnung 150 und der ersten Linsenanordnung 140 bei Betrachtung entlang der z-Achse.
21(A) bis 21(F) zeigen eine zweite Linsenanordnung 150A gemäß der fünften Ausführungsform.
22(A) bis 22(B) zeigen Schnittansichten einer zweiten kleinen Linse 52A der zweiten Linsenanordnung 50A gemäß der zweiten Ausführungsform und einer zweiten kleinen Linse 152A der zweiten Linsenanordnung 150A gemäß der fünften Ausführungsform.
23 ist ein schematisches Diagramm der Hauptteile eines Projektors 1000, in dem ein optisches Beleuchtungssystem 100C gemäß der Erfindung verwendet wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Außerdem verläuft in jeder der folgenden Ausführungsformen, soweit nichts anderes erwähnt wird, die Lichtausbreitungsrichtung entlang der z-Achse (der Richtung parallel zur optischen Achse), und wenn in Lichtausbreitungsrichtung geblickt wird, ist die Vertikale die y-Achse und die Horizontale zur Rechten die x-Achse.
A. Erste Ausführungsform:
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Hauptteile eines optischen Beleuchtungssystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Das optische Beleuchtungssystem 100 weist eine Lichtquelle 20, ein optisches Strahlteilersystem 30, ein optisches Polarisationswandlungssystem 60 und eine Überlagerungslinse 70 auf. Diese optischen Elemente 20, 30, 60 und 70 sind so angeordnet, dass ihre Mittelachse mit einer optischen Systemachse 100ax übereinstimmt. Das optische Strahlteilersystem 30 und die Überlagerungslinse 70 bilden ein optisches Integratorsystem zum Bereitstellen einer im wesentlichen gleichmäßigen Beleuchtung eines effektiven Beleuchtungsbereichs ELA des Beleuchtungsbereichs LA.
Die Lichtquelle 20 weist eine Lichtquellenlampe 22, die Strahlungslicht emittiert, und einen konkaven Spiegel 24, der das Licht von der Lichtquellenlampe 22 als ein im wesentlichen paralleler Strahl reflektiert, auf. Die Lichtquellenlampe 22 kann eine Metallhalogenidlampe, eine Quecksilberlampe oder eine andere derartige Hochspannungslampe sein. Es ist bevorzugt, einen Parabolspiegel als den konkaven Spiegel 24 zu verwenden. Ein elliptischer oder sphärischer Spiegel kann an Stelle eines Parabolspiegels verwendet werden.
Das optische Strahlteilersystem 30 weist eine erste Linsenanordnung 40 und eine zweite Linsenanordnung 50 auf. Die erste Linsenanordnung 40 teilt das Licht von der Lichtquelle 20 in mehrere Lichtstrahlen und konvergiert jeden Strahl zur Erzeugung eines Bilds in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50 und des optischen Polarisationswandlungssystems 60.
Die 2(A) bis 2(C) zeigen die erste Linsenanordnung 40. 2(A) ist eine Vorderansicht von der Lichteinfallseite der zweiten Linsenanordnung 50. 2(B) ist eine Draufsicht, und 2(C) ist eine Seitenansicht. Die erste Linsenanordnung 40 ist als eine Matrix von M Zeilen und N Spalten in etwa rechteckiger plankonvexer erster kleiner Linsen 42 angeordnet. In dem Beispiel der 2 gibt es acht Zeilen und sechs Spalten. Die optische Achse von jeder der ersten kleinen Linsen 42 gleicht dem Linsenmittelpunkt. Von nun an werden Linsen, bei denen der Mittelpunkt und die optische Achse zusammenfallen, als konzentrische Linsen bezeichnet.
Die ersten kleinen Linsen 42 weisen bei Betrachtung entlang der z-Achse im allgemeinen eine Form auf, die in etwa der Form des effektiven Beleuchtungsbereichs ELA entspricht.
Falls der Beleuchtungsbereich beispielsweise ein Flüssigkristallfeld ist und das Seitenverhältnis des Bereichs 4:3 ist, weisen die ersten kleinen Linsen 42 das gleiche Seitenverhältnis von 4:3 auf.
Die 3(A) bis 3(F) zeigen die zweite Linsenanordnung 50. 3(A) ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Linsenanordnung 50, 3(B) ist eine Vorderansicht bei Betrachtung von der Lichteinfallseite der zweiten Linsenanordnung 50, und 3(C) ist eine Draufsicht, und 3(D) ist eine Bodenansicht. Die 3(E) und 3(F) sind linke und rechte Seitenansichten. Die Höhe H50 und die Länge L50 der zweiten Linsenanordnung 50 gleichen in etwa der Höhe H40 und der Länge L40 der ersten Linsenanordnung 40. Die Größe einer Linsenanordnung bezieht sich auf die kollektive Größe der Matrix kleiner Linsen, wodurch die Anordnung gebildet ist, und sie weist nicht den flachen Umgebungsabschnitt auf. Die zweite Linsenanordnung 50 weist in etwa eine Matrixkonfiguration zweiter kleiner Linsen 52 auf, deren Anzahl die gleiche ist wie jene der ersten kleinen Linsen 42. Jede der zweiten kleinen Linsen 52 weist ihre eigene individuelle Trapezform auf der Grundlage ihrer Position in der Matrix auf. Die Form wird später erörtert.
4 ist eine Vorderansicht der zweiten Linsenanordnung 50 und der ersten Linsenanordnung 40 bei Betrachtung entlang der z-Achse, wobei die erste Linsenanordnung 40 durch die gestrichelte Linie angegeben ist. Ein Pluszeichen wird verwendet, um die optische Achse von jeder der ersten kleinen Linsen 42 zu bezeichnen. Die Anordnungen sind so konfiguriert, dass die optischen Achsen der zweiten kleinen Linsen 52 mit den optischen Achsen der ersten kleinen Linsen 42 übereinstimmen.
Die Orientierung der Linsen der Anordnungen 40 und 50 ist nicht auf die in 1 dargestellte beschränkt. In jedem Fall kann die konvexe Fläche stattdessen auf der Austrittsseite liegen. Ähnlich kann die Überlagerungslinse 70 mit der konvexen Fläche auf der Eintrittsseite angeordnet sein.
Das optische Polarisationswandlungssystem 60 (1) ist mit einer ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen auf der –x-Seite der zweiten Linsenanordnung 50 in Bezug auf die optische Systemachse 100ax und einer zweiten Anordnung 60b von Polarisationswandlungselementen auf der +x-Seite versehen.
5 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration der ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen. Die Anordnung 60a weist eine Lichtabschirmungsplatte 62, eine Anordnung 64 polarisierender Strahlteiler und eine λ/2-Verzögerungsplatte 68 auf, die selektiv in bestimmten Abschnitten der Lichtaustrittsfläche der Anordnung 64 polarisierender Strahlteiler positioniert sind. Die Anordnung 64 polarisierender Strahlteiler hat eine Konfiguration, die durch Anheften mehrerer erster transparenter Elemente 64a mit der Form von Spalten mit einem Parallelogrammquerschnitt, an deren jedes Ende zweite und dritte transparente Elemente 64b und 64c mit der Form von Spalten mit einem trapezförmigen Querschnitt haftend angebracht sind, erhalten wird. Die zweiten und dritten transparenten Elemente 64b und 64c können so gebildet werden, dass sie die gleiche Form von Spalten mit einem Parallelogrammquerschnitt wie die ersten transparenten Elemente 64a oder von Spalten mit einem Querschnitt in Form eines rechteckigen Dreiecks aufweisen.
Polarisationsteilerfilme 66a und reflektierende Filme 66b sind an den Grenzflächen der transparenten Elemente 64a, 64b und 64c alternierend ausgebildet. Die Anordnung 64 polarisierender Strahlteiler kann durch Aneinanderkleben mehrerer Lagen von Plattenglas, auf denen die Polarisationsteilerfilme 66a und die reflektierenden Filme 66b ausgebildet sind, um die alternierende Anordnung der Filme bereitzustellen, und anschließendes Schneiden der aneinander haftenden Glaslagen unter einem vorgeschriebenen Winkel von beispielsweise 45 Grad hergestellt werden. Ein dielektrischer mehrschichtiger Film kann als der Polarisationsteilerfilm 66a verwendet werden, und ein dielektrischer mehrschichtiger Film oder ein Aluminiumfilm kann als der reflektierende Film 66b verwendet werden.
Die λ/2-Verzögerungsplatten 68 sind selektiv auf dem Teil der Lichtaustrittsfläche der Strahlteileranordnung 64 angeordnet, der Licht von den Polarisationsteilerfilmen 66a oder reflektierenden Filmen 66b empfängt. In diesem Beispiel befindet sich die λ/2-Verzögerungsplatte 68 auf der Austrittsfläche, die Licht von den Polarisationsteilerfilmen 66a empfängt.
Die Lichtabschirmungsplatte 62 besteht aus Lichtabschirmungsstreifen 62a und Lichtdurchlassstreifen 62b. In diesem Beispiel befinden sich die Abschirmungsstreifen 62a auf dem Teil der Einfallsfläche der Strahlteileranordnung 64, der Licht zu den reflektierenden Filmen 66b führt, während sich die Durchlassstreifen 62b auf einem anderen Teil der Einfallsfläche befinden, der Licht zu den Polarisationsteilerfilmen 66a führt. Der Teil des auf die erste Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen fallenden Lichts, der von den Durchlassstreifen 62b durchgelassen wird, fällt nur auf den Polarisationsteilerfilm 66a. Die Lichtabschirmungsplatte 62 kann aus einer transparenten Platte, beispielsweise aus Glas, bestehen, auf Teilen derer ein Film mit Licht abschirmenden Eigenschaften, wie ein Film aus Chrom oder Aluminium, oder ein mehrschichtiger dielektrischer Film oder eine Aluminiumplatte mit Licht durchlassenden Öffnungen ausgebildet ist.
6 ist ein Diagramm, das die Funktion der ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen zeigt. Unpolarisiertes Licht (einschließlich s- und p-polarisierten Lichts), das von einem Lichtdurchlassstreifen 62b durchgelassen wird, fällt auf den Polarisationsteilerfilm 66a der Anordnung 64 polarisierender Strahlteiler und wird in zwei Typen linear polarisierten Lichts, nämlich in s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht, zerlegt. Praktisch das gesamte p-polarisierte Licht wird unverändert von dem Polarisationsteilerfilm 66a durchgelassen. Praktisch das gesamte s-polarisierte Licht wird von dem Polarisationsteilerfilm 66a und dann von dem reflektierenden Film 66b reflektiert und unverändert von dem Polarisationsteilerfilm 66a durchgelassen, und es tritt parallel zu dem Strahl p-polarisierten Lichts aus. Das von dem Polarisationsteilerfilm 66a durchgelassene p-polarisierte Licht wird durch die λ/2-Verzögerungsplatte 68 in s-polarisiertes Licht umgewandelt. Dadurch wird im wesentlichen das gesamte unpolarisierte Licht, das in die erste Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen eintritt, in s-polarisiertes Licht für die Emission umgewandelt. Das Licht könnte auch in p-polarisiertes Licht umgewandelt werden, indem eine λ/2-Verzögerungsplatte 68 auf genau dem Teil der Austrittsfläche gebildet wird, aus dem das vom reflektierenden Film 66b reflektierte Licht austritt.
Falls das unpolarisierte Licht direkt auf den reflektierenden Film 66b einfallen sollte, würde Licht, das aus der ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen austritt, p-polarisiertes Licht statt s-polarisiertes Licht sein. Wie voranstehend beschrieben wurde, verhindert gemäß dieser Ausführungsform die Lichtabschirmungsplatte 62, dass Licht auf den reflektierenden Film 66b einfällt. Dies verhindert, dass unpolarisiertes Licht auf den reflektierenden Film 66b einfällt und von der ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen als unerwünschtes linear polarisiertes Licht emittiert wird.
Ein Block, der einen Polarisationsteilerfilm 66a, einen benachbarten reflektierenden Film 66b und eine λ/2-Verzögerungsplatte 68 aufweist, kann als eine Spalte eines Polarisationswandlungselements angesehen werden. Die erste Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen besteht aus einer Mehrzahl von solchen Polarisationswandlungselementen, die in x-Richtung angeordnet sind, wobei es sich im Fall dieser Ausführungsform um drei Spalten handelt.
Wie anhand des voranstehend Erwähnten verständlich sein wird, entspricht der Teil der Einfallsfläche der Anordnungen 60a, 60b von Polarisationswandlungselementen, wo sich der Lichtabschirmungsstreifen 62a befindet, der nicht wirksamen Einfallsfläche des optischen Polarisationswandlungssystems 60, und der Teil der Einfallsfläche der Anordnungen 60a, 60b, wo sich der Lichtdurchlassstreifen 62b befindet, entspricht der wirksamen Einfallsfläche des optischen Polarisationswandlungssystems 60. Gemäß dieser Ausführungsform entspricht ein Bereich, der eine Projektion des reflektierenden Films 66b in x-Richtung ist, der nicht wirksamen Einfallsfläche, und ein anderer Bereich, der eine Projektion des Polarisationsteilerfilms 66a in x-Richtung ist, entspricht der wirksamen Einfallsfläche.
Die Konfiguration der zweiten Anordnung 60b von Polarisationswandlungselementen ist symmetrisch zu jener der ersten Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen in Bezug auf die optische Systemachse 100ax und hat die gleiche Funktion, so dass auf ihre weitere Beschreibung verzichtet wird.
Das optische Polarisationswandlungssystem 60 kann an Stelle der zwei Anordnungen 60a und 60b mit nur einer Anordnung von Polarisationswandlungselementen versehen sein.
Das von der Lichtquelle 20 (1) emittierte Licht wird durch die ersten kleinen Linsen 42 der ersten Linsenanordnung 40 in mehrere Lichtstrahlen geteilt. Diese mehreren Lichtstrahlen werden konvergiert, so dass sie auf die entsprechenden zweiten kleinen Linsen 52 der zweiten Linsenanordnung 50 fallen und dadurch jeweils ein Konvergenzbild in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50 und des optischen Polarisationswandlungssystems 60 bilden. Zum Erleichtern der Erklärung wird in 1 eine durchgezogene Linie verwendet, um die Mittelachse von jedem der mehreren Lichtstrahlen zu bezeichnen. Die zweiten kleinen Linsen 52 der Anordnung 50 werden verwendet, um einfallendes Licht zu konvergieren und den Beleuchtungsbereich LA wirksam zu beleuchten. Die mehreren Lichtstrahlen, die aus den zweiten kleinen Linsen 52 austreten, fallen auf den Polarisationsteilerfilm 66a. Wie vorstehend erklärt wurde, wird auf das optische Polarisationswandlungssystem 60 einfallendes Licht fast vollständig in einen Typ linear polarisierten Lichts umgewandelt. Die mehreren Lichtstrahlen von dem optischen Polarisationswandlungssystem 60 werden dem effektiven Beleuchtungsbereich ELA durch die Überlagerungslinse 70 überlagert. Auf diese Weise wird der effektive Beleuchtungsbereich ELA durch praktisch einen Typ linear polarisierten Lichts gleichmäßig beleuchtet.
Die zweite Linsenanordnung 50, das optische Polarisationswandlungssystem 60 und die Überlagerungslinse 70 sind etwas getrennt voneinander positioniert. Es ist jedoch bevorzugt, sie mit Klebstoff miteinander zu verbinden, um den Lichtverlust an den Grenzflächen zu verringern. Die Überlagerungslinse 70 kann fortgelassen werden.
Die zweite Linsenanordnung 50 und der Polarisationsteilerfilm 66a befinden sich viel näher beieinander als die erste Linsenanordnung 40 und die zweite Linsenanordnung 50, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die mehreren auf das optische Polarisationswandlungssystem 60 einfallenden Lichtstrahlen die gleiche Größe haben wie die durch die Strahlen gebildeten Konvergenzbilder.
Das optische Beleuchtungssystem 100 ist durch die Form der zweiten kleinen Linsen 52 (3) gekennzeichnet, wie nachstehend beschrieben wird.
B. Konvergenzbilder in der Nähe der zweiten Linsenanordnung und Linsenform:
7 ist ein Diagramm, das durch die erste Linsenanordnung 40 in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50 gebildete Konvergenzbilder zeigt. Konturlinien werden verwendet, um die Bilder in Bezug auf die Lichtintensität darzustellen. 7 zeigt nur die Konvergenzbilder im oberen rechten Abschnitt der zweiten Linsenanordnung 50. Von der Lichtquelle 20 emittiertes Licht weist eine Symmetrie um die optische Achse 100ax auf, so dass die Konvergenzbilder in der linken Hälfte in Bezug auf jene in der rechten Hälfte symmetrisch sind, und es gibt auch eine vertikale Symmetrie zwischen den Bildern in der oberen und der unteren Hälfte.
Weil die Lichtquellenlampe 22 keine Punktlichtquelle ist, wird die Form der durch die mehreren Lichtstrahlen erzeugten Konvergenzbilder durch die Form der Lichtquellenlampe beeinflusst. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Form um eine, die in Richtung einer Linie langgestreckt, die die optische Systemachse 100ax mit der Position der Konvergenzbilderzeugung (Strahlungsrichtung) verbindet. Die Parallelität des von der Lichtquelle 20 emittierten Lichts verbessert sich gewöhnlich, wenn der Abstand von der optischen Systemachse 100ax zunimmt, so dass ein Konvergenzbild gewöhnlich um so kleiner ist, je weiter peripher es ist. Die Rechtecke in 7 stellen Formen kleiner Linsen einer hypothetischen zweiten Linsenanordnung dar, wenn die zweite Linsenanordnung unter Verwendung der gleichen kleinen Linsen 42 wie jener der ersten Linsenanordnung 40 gebildet werden würde. In diesem Fall überlappen durch die mehreren Strahlen erzeugte Konvergenzbilder benachbarte kleine Linsen. In 7 wird eine Schraffur verwendet, um Überlappungsabschnitte anzugeben. Die erste Linsenanordnung 40 und die zweite Linsenanordnung 50 sind so angeordnet, dass von den kleinen Linsen der Anordnungen durchgelassenes Licht den effektiven Beleuchtungsbereich ELA durch die Überlagerungslinse 70 beleuchtet. Falls Lichtstrahlen auf diese Weise auf andere Linsen als die vorgesehenen einfallen, kann es unmöglich sein, den Bereich ELA angemessen zu beleuchten. Diese Überlappung beeinträchtigt den Lichtausnutzungsgrad des optischen Beleuchtungssystems.
8 ist ein Diagramm, das die zweite Linsenanordnung 50 gemäß dieser Ausführungsform und die in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50 erzeugten Konvergenzbilder zeigt. Die Neigung der Längsachse jedes Konvergenzbilds in Bezug auf die x-Achse hängt von dem Winkel zwischen der x-Achse und einer Linie von der optischen Systemachse 100ax zum Mittelpunkt des Konvergenzbilds ab. Beispielsweise sind die Konvergenzbilder auf der unteren Zeile in 8 bei nahezu entlang der x-Achse orientierten Längsachse gebildet, während die Bilder in der ersten Spalte auf der linken Sei te bei nahezu entlang der y-Achse verlaufender Längsachse gebildet sind. Die Bilder in den Zeilen zwei bis vier der zweiten und der dritten Spalte sind bei unter einem der Position der Bilder entsprechenden Winkel angeordneten Längsachsen gebildet. Um eine wirksame Segmentierung von Konvergenzbildern zu gewährleisten, sind die zweiten kleinen Linsen 52 der zweiten Linsenanordnung 50 jeweils mit einer individuellen Trapezform versehen, die auf der Position der Linse beruht und der Orientierung der Längsachse der durch die individuellen Lichtstrahlen gebildeten Konvergenzbilder entspricht. Die Segmentierung der zweiten kleinen Linsen 52 wird nun konkreter im Detail beschrieben.
Die zweite Linsenanordnung 50 ist durch gerade Linien parallel zur y-Achse in Spalten unterteilt. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung gerader Linien beschränkt, und die Linien brauchen nicht parallel zur y-Achse zu sein. Aus den nachstehend beschriebenen Gründen ist es jedoch bevorzugt, gerade Linien parallel zur y-Achse zu verwenden.
Als Referenz ist das optische Polarisationswandlungssystem 60 im unteren Bereich der 8 dargestellt. Es gibt einen Lichtabschirmungsstreifen 62a und einen Lichtdurchlassstreifen 62b für jede Spalte der zweiten Linsenanordnung 50. Es wird eine Anordnung verwendet, bei der die mehreren Strahlen von der zweiten Linsenanordnung 50 auf die Lichtdurchlassstreifen 62b fallen. Es gibt einen Lichtdurchlassstreifen 62b auf jeder Seite eines Lichtabschirmungsstreifens 62a, so dass es wünschenswert ist, dass der Ort der x-Achse jeder der die Anordnung in Spalten unterteilenden Linien innerhalb der Breite eines Lichtabschirmungsstreifens 62a liegt. Das Unterteilen der zweiten Linsenanordnung 50 in Spalten unter Verwendung gerader Linien parallel zur y-Achse erleichtert die Segmentierung der Spalten.
Die zweite Linsenanordnung 50 ist in Zeilen unterteilt, die sich jeweils unter einem verschiedenen Neigungswinkel (in Bezug auf die x-Achse) befinden, der sich auf die Orientierung der Längsachse der Konvergenzbilder bezieht. Je weiter entfernt sich ein Konvergenzbild von der optischen Systemachse 100ax befindet, desto größer ist der Winkel der Längsachse und desto höher ist daher der Winkel der zum Segmentieren der Zeile verwendeten Linien. Weil die Längsachsen der Konvergenzbilder in der Spalte, die der optischen Systemachse 100ax am nächsten liegt, in etwa mit der y-Achse ausgerichtet sind, haben die Segmentierungslinien jeweils einen entsprechend kleineren Winkel.
Die zweite Linsenanordnung 50 kann auch als folgendermaßen segmentiert angesehen werden. Falls eine Referenzlinie (Referenzachse) 50x parallel zur x-Achse festgelegt ist und eine andere Referenzlinie (Referenzachse) 50y parallel zur y-Achse festgelegt ist, nimmt der Winkel der Linien, die zum Segmentieren der zweiten kleinen Linsen verwendet werden, mit Ausnahme jener der ersten Zeile entlang der Linie 50x und der ersten Spalte entlang der Linie 50y in Bezug auf die Referenzlinien 50x und 50y mit der Erhöhung des Abstands von den Referenzlinien 50x und 50y zu.
Das Konfigurieren der zweiten Linsenanordnung 50 in der beschriebenen Weise ermöglicht es, die Überlappung von Konvergenzbildern von den betreffenden kleinen Linsen zu unterdrücken. Dies verbessert die Wirksamkeit des optischen Beleuchtungssystems, verglichen mit einer Konfiguration, bei der die zweite Linsenanordnung aus kleinen Linsen besteht, die die gleiche Form haben wie die kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung.
Das von der Lichtquelle emittierte Licht braucht nicht um einen durch die optische Systemachse 100ax gebildeten Mittelpunkt symmetrisch zu sein, sondern es kann auch asymmetrisch sein. Es ist notwendig, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die zweite Linsenanordnung aus kleinen Linsen besteht, die polygonal, jedoch nicht rechtwinklig oder quadratisch sind, um eine Entsprechung mit der Größe, dem Winkel und anderen solchen Attributen der individuellen Konvergenzbilder bereitzustellen. Dies gilt auch für die anderen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Wenngleich diese Ausführungsform mit Bezug auf eine Konfiguration beschrieben wurde, die ein optisches Polarisationswandlungssystem 60 aufweist, kann es in dieser und anderen Ausführungsformen auch fortgelassen werden.
C. Zweite Ausführungsform:
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Hauptteile eines optischen Beleuchtungssystems 100A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Abgesehen von dem optischen Strahlteilersystem 30A und dem optischen Polarisationswandlungssystem 60A hat das optische Beleuchtungssystem 100A die gleichen Elemente und die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform.
Das optische Strahlteilersystem 30A gemäß dieser zweiten Ausführungsform weist eine erste Linsenanordnung 40A und eine zweite Linsenanordnung 50A auf.
Die 10(A) bis 10(F) zeigen die erste Linsenanordnung 40A. 10(A) ist eine perspektivische Ansicht der ersten Linsenanordnung 40A, 10(B) ist eine von der Einfallseite dargestellte Vorderansicht, 10(C) ist eine Draufsicht, und 10(D) ist eine Bodenansicht. Die
10(E) und (F) sind linke und rechte Seitenansichten. Die erste Linsenanordnung 40A ist als eine Matrix mehrerer Zeilen und Spalten in etwa rechteckiger plankonvexer erster kleiner Linsen 42A angeordnet. Die Spalten brauchen nicht alle die gleiche Anzahl von Linsen aufzuweisen.
Hier bezeichnet 40Ay eine Referenzlinie, die in Richtung der y-Achse durch die Mittelachse 40Aax verläuft, und 40Ax bezeichnet eine Referenzlinie, die in Richtung der x-Achse durch die Mittelachse 40Aax verläuft. Drei Spalten sind auf jeder Seite der Referenzlinie 40Ay angeordnet. Die erste und die zweite Spalte auf der Rechten weisen jeweils acht erste kleine Linsen 42A auf, die vertikal mit der Referenzlinie 40Ax als Mittelpunkt angeordnet sind. Die dritte Spalte auf der Rechten weist sieben kleine Linsen 42A auf, die jeweils über zwei Zeilen der zweiten Spalte gespreizt sind. Die linke Seite weist die gleiche Anordnung auf. In der folgenden Erläuterung kann gelegentlich die Erwähnung der rechten oder der linken Seite weggelassen sein, sie gilt jedoch für beide Seiten.
Die zentralen Punkte und die Symbole + und x in 10(B) werden verwendet, um die Position der optischen Achse der ersten kleinen Linsen 42A in der ersten, zweiten bzw. dritten Spalte anzugeben. Die Position unterscheidet sich von Linse zu Linse und hängt davon ab, wo sich die Linse befindet.
Die 11(A) bis 11(F) zeigen die zweite Linsenanordnung 50A. 11(A) ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Linsenanordnung 50A, 11(B) ist eine von der Einfallseite dargestellte Vorderansicht, 11(C) ist eine Draufsicht, und 11(D) ist eine Bodenansicht. Die 11(E) und (F) sind linke und rechte Seiten ansichten.
Die zweite Linsenanordnung 50A besteht aus mehreren Zeilen und Spalten kleiner Linsen 52A, die jeweils eine individuelle Form aufweisen, welche von ihrem Ort abhängt. Für jede der kleinen Linsen 42A der ersten Linsenanordnung 40A gibt es eine entsprechende kleine Linse 52A. Im Fall der zweiten Linsenanordnung 50A sind die den kleinen Linsen in der zweiten und der dritten Spalte der ersten Linsenanordnung 40A entsprechenden kleinen Linsen in nur einer Spalte, nämlich der zweiten Spalte, angeordnet. Die Höhe H50A und die Länge L50A der zweiten Linsenanordnung 50A gleichen in etwa der Höhe H40A und der Länge L40A der ersten Linsenanordnung 40A. 50Ay bezeichnet eine Referenzlinie, die in Richtung der y-Achse durch die Mittelachse 50Aax verläuft, und 50Ax bezeichnet eine Referenzlinie, die in Richtung der x-Achse durch die Mittelachse 50Aax verläuft.
Die zentralen Punkte und die Symbole + und x in 11(B) werden verwendet, um die Position der optischen Achse der kleinen Linsen 52A anzugeben. Die zentralen Punkte werden hierfür in der ersten Spalte verwendet, in der zweiten Spalte wird das +-Zeichen verwendet, um die Position der optischen Achse in den ungeradzahligen kleinen Linsen 52A, von oben gezählt, darzustellen, und in der dritten Spalte wird das x-Zeichen verwendet, um die Position der optischen Achse in den geradzahligen kleinen Linsen 52A, wiederum von oben gezählt, darzustellen.
Das optische Polarisationswandlungssystem 60A (9) weist eine Anordnung von Polarisationswandlungselementen auf, wobei die Anzahl der Spalten von Polarisationswandlungselementen der Anzahl der Spalten in der zweiten Linsenanordnung 50A entspricht. Die Anordnung von Polarisationswandlungselementen ist symmetrisch in Bezug auf die optische Systemachse 100Aax angeordnet. Die gemäß dieser Ausführungsform verwendete Anordnung von Polarisationswandlungselementen hat eine Spalte weniger als die Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen (5) gemäß der ersten Ausführungsform.
Um die Erklärung der zweiten Linsenanordnung 50A zu vereinfachen, wird zuerst eine in 12(A) und 12(B) dargestellte hypothetische zweite Linsenanordnung 50B erklärt. 12(A) ist eine von der Lichteinfallseite der hypothetischen zweiten Linsenanordnung 50B betrachtete Vorderansicht. 12(B) ist eine Bodenansicht.
Die zweite Linsenanordnung 50B ist als eine Matrix mehrerer Zeilen und Spalten in etwa rechteckiger plankonvexer kleiner Linsen 52B konfiguriert. Für die erforderliche Entsprechung mit der ersten Linsenanordnung 40A weist die zweite Linsenanordnung 50B die gleiche Anzahl kleiner Linsen auf wie die erste Linsenanordnung 40A. Wie nachstehend erklärt wird, liegen die den kleinen Linsen in der zweiten und dritten Spalte der ersten Linsenanordnung 40A entsprechenden kleinen Linsen jedoch alle in nur einer Spalte, nämlich der zweiten. Die Höhe H50B und die Länge L50B der zweiten Linsenanordnung 50B gleichen jedoch in etwa der Höhe H40A und der Länge L40A der ersten Linsenanordnung 40A. 50By bezeichnet eine Referenzlinie, die in Richtung der y-Achse durch die Mittelachse 50Bax verläuft, und 50Bx bezeichnet eine Referenzlinie, die in Richtung der x-Achse durch die Mittelachse 50Bax verläuft.
Es gibt auf jeder Seite der Referenzlinie 50By zwei Spalten kleiner Linsen 52B. Die erste Spalte auf der Rechten hat die gleiche Anzahl kleiner Linsen wie die erste Spalte auf der Rechten in der ersten Linsenanordnung 40A. Dies bedeutet, dass es oberhalb der Referenzlinie 50Bx vier Zeilen zweiter kleiner Linsen 52B gibt und dass es darunter vier Zeilen gibt. Die zweite Spalte auf der Rechten weist 15 kleine Linsen 52B auf, wobei diese Anzahl gleich der Gesamtzahl der ersten kleinen Linsen 42A in der zweiten und der dritten Spalte auf der Rechten in der ersten Linsenanordnung 40A ist. In der zweiten Spalte entsprechen die ungeradzahligen kleinen Linsen 52B den kleinen Linsen 42A in der zweiten Spalte der ersten Linsenanordnung 40A und die geradzahligen kleinen Linsen 52B den kleinen Linsen 42A in der dritten Spalte.
Die Spalten sind so festgelegt, dass sie die gleiche Länge entlang der y-Achse haben. Die zweiten kleinen Linsen 52B haben jedoch entsprechend ihrem Ort alle eine andere Länge entlang der y-Achse.
Die zentralen Punkte und die Symbole + und x in 12(A) werden verwendet, um die Position der optischen Achse von jeder der ersten kleinen Linsen 52B anzugeben. Die zentralen Punkte werden verwendet, um dies in der ersten Spalte darzustellen, in der zweiten Spalte wird das +-Zeichen verwendet, um die Position der optischen Achse in den ungeradzahligen kleinen Linsen 52B, von oben gezählt, darzustellen, und in der dritten Spalte wird das x-Zeichen verwendet, um die Position der optischen Achse in den geradzahligen kleinen Linsen 52B, wiederum von oben gezählt, darzustellen. Wie im Fall der ersten kleinen Linsen 42A wird die Position der optischen Achse jeder kleinen Linse 52B entsprechend der Position der Linse in der Matrix festgelegt. Der Grund hierfür wird nachstehend erklärt.
13 ist eine Draufsicht der Positionsbeziehung zwischen der ersten Linsenanordnung 40A und der zweiten Linsenanordnung 50B. Wenngleich sich diese Erläuterung auf die –x-Richtung bezieht, gilt sie auch für die +x-Richtung, weil die Konfiguration beider Seiten in Bezug auf die optische Systemachse 100Aax symmetrisch ist.
Wenngleich die zweite Linsenanordnung 50B im wesentlichen die gleiche Größe hat wie die erste Linsenanordnung 40A, hat sie eine Spalte weniger als die erste Linsenanordnung 40A, wie in den 10(A) bis 10(F) und 12(A) bis 12(B) dargestellt ist. Die individuellen zweiten kleinen Linsen 52Ba bis 52Bc sind daher breiter als die individuellen ersten kleinen Linsen 42Aa bis 42Ac. Die optische Achse der kleinen Linsen 42Aa bis 42Ac der ersten bis dritten Spalte der ersten Linsenanordnung 40A wird individuell positioniert, um zu gewährleisten, dass die Lichtstrahlen von der ersten Linsenanordnung 40A auf die entsprechenden kleinen Linsen 52Ba bis 52Bc der zweiten Linsenanordnung 50B fallen. Ähnlich wird auch die Position der optischen Achse der Linsen 52Ba bis 52Bc individuell festgelegt, um die Ausrichtung mit den einfallenden Lichtstrahlen der zugeordneten Linsen 42Aa bis 42Ac zu gewährleisten. Voranstehend wurde auch erklärt, dass die der zweiten Spalte der ersten Linsenanordnung 40A entsprechenden kleinen Linsen 52Bb und die der dritten Spalte entsprechenden kleinen Linsen 52Bc in einer Spalte der zweiten Linsenanordnung 50B angeordnet sind. Insbesondere sind die kleinen Linsen 52Bc und 52Bb alternierend angeordnet.
Die mehreren Lichtstrahlen, die aus den ersten kleinen Linsen 42Aa bis 42Ac austreten, werden jeweils entsprechend der Position der betreffenden Linse zu den zugeordneten zweiten kleinen Linsen 52Ba bis 52Bc der zweiten Linsenanordnung 50A gelenkt, wo sie gebrochen werden, so dass sie im wesentlichen parallel zur optischen Systemachse 100Aax verlaufen.
14 ist ein Diagramm, das in der Nähe der hypothetischen zweiten Linsenanordnung 50B durch die erste Linsenanordnung 40A erzeugte Bilder zeigt. Es sind nur die Konvergenzbilder im oberen rechten Abschnitt dargestellt.
Wie in 14 dargestellt ist, sind die in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50B erzeugten Konvergenzbilder in zwei Spalten gebildet, wodurch eine größere Trennung ermöglicht wird als wenn die Bilder in drei Spalten innerhalb der gleichen Breite gebildet werden. Dies hat die folgenden Vorteile.
Wie mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben wurde, ist das optische Polarisationswandlungssystem unter Verwendung von Polarisationswandlungselementen konfiguriert, die benachbarte Polarisationsteilerfilme 66a und reflektierende Filme 66b aufweisen, wobei die Anzahl der verwendeten Polarisationswandlungselemente der Anzahl der Spalten der zweiten Linsenanordnung entspricht. Licht, das auf den Polarisationsteilerfilm 66a fällt, wird in im Wesentlichen einen Typ linear polarisierten Lichts umgewandelt. Daher ist der Lichtausnutzungsgrad umso besser, je höher die Wirksamkeit des Einfallens des Lichts auf den Polarisationsteilerfilm 66a ist.
Falls ein optisches Strahlteilersystem 30B aus der ersten Linsenanordnung 40A und der zweiten Linsenanordnung 50B besteht, kann der Abstand zwischen Spalten von Konvergenzbildern vergrößert werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Spaltenbreite der Polarisationswandlungselemente vergrößert wird. Dies bedeutet, dass auch die Breite des Polarisationsteilerfilms 66a in den Polarisationswandlungselementen vergrößert werden kann, wodurch die Einfallswirksamkeit verbessert wird, mit der Licht von der zweiten Linsenanordnung 50B in das optische Polarisationswandlungs system 60A eintritt. Dadurch wird der Lichtausnutzungsgrad des optischen Beleuchtungssystems verbessert.
Die Größe der zweiten Linsenanordnung und des optischen Polarisationswandlungssystems kann verringert werden, indem die Spalten von Konvergenzbildern mit dem gleichen Abstand getrennt werden, der verwendet wird, wenn keine Verringerung der Anzahl der Spalten auftritt. Dies ermöglicht es, den Einfallswinkel des auf stromabwärts gelegene optische Elemente fallenden Lichts zu verringern. Weil ein kleinerer Einfallswinkel den Lichtausnutzungsgrad dieser Elemente erhöht, wird auch der Lichtausnutzungsgrad des optischen Beleuchtungssystems verbessert.
Die zweite Linsenanordnung 50A gemäß der zweiten Ausführungsform wurde durch Hinzufügen des Merkmals der zweiten Linsenanordnung 50 gemäß der ersten Ausführungsform zu der hypothetischen zweiten Linsenanordnung 50B erreicht. Wie in 14 dargestellt ist, weisen in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 50B erzeugte Bilder eine gewisse Überlappung benachbarter kleiner Linsen auf. Zum Verringern dieser Überlappung besteht die zweite Linsenanordnung 50A, wie in 15 dargestellt ist, aus polygonalen kleinen Linsen 52A, wodurch eine der Form der durch die mehreren Lichtstrahlen erzeugten Bilder entsprechende Segmentierung bereitgestellt ist. Indem es auf diese Weise ermöglicht wird, diese Überlappung von Bildern zu verringern, ergibt sich eine größere Verbesserung des Lichtausnutzungsgrads als bei der Verwendung der hypothetischen zweiten Linsenanordnung 50B.
Durch das optische Beleuchtungssystem 100A gemäß dieser Ausführungsform werden von den mehreren durch die erste Linsenanordnung 40A gebildeten Strahlen durch die zwei Spalten am linken Ende und die zwei Spalten am rechten Ende gebildete Konvergenzbilder jeweils in einer Spalte gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise könnten durch drei oder mehr Spalten mehrerer Lichtstrahlen erzeugte Bilder in einer Spalte angeordnet werden. Auch brauchen die Bilder zweier Spalten am linken und am rechten Ende nicht zu einer Spalte konsolidiert zu werden. Die Bilder von lediglich einer Seite könnten statt dessen zu einer einzigen Spalte konsolidiert werden. Ähnlich brauchen die betroffenen Spalten nicht die zwei an den äußersten Enden gelegenen Spalten zu sein. Drei Spalten können zu zwei Spalten konsolidiert werden. Kurz gesagt, kann jede Anordnung verwendet werden, durch die mehrere Spalten von Lichtstrahlen, die von mehreren Spalten kleiner Linsen in der ersten Linsenanordnung erzeugt werden, zu weniger Spalten in der zweiten Linsenanordnung projiziert werden. Die voranstehend erwähnten Variationen sind auch auf die dritte und andere Ausführungsformen, die nachstehend beschrieben werden, anwendbar.
D. Dritte Ausführungsform:
16 ist ein schematisches Diagramm, das die Hauptteile eines optischen Beleuchtungssystems 100C gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Mit Ausnahme des optischen Strahlteilersystems 30C und des optischen Polarisationswandlungssystems 60C hat das optische Beleuchtungssystem 100C die gleichen Elemente und die gleiche Konfiguration wie die zweite Ausführungsform.
Das optische Strahlteilersystem 30C gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist mit einer ersten Linsenanordnung 40C und einer zweiten Linsenanordnung 50C versehen.
Die 17(A) bis 17(F) zeigen die erste Linsenanordnung 40C. 17(A) ist eine perspektivische Ansicht der ersten Linsenanordnung 40C, 17(B) ist eine von der Lichteinfallseite gezeigte Vorderansicht, 17(C) ist eine Draufsicht, und 17(D) ist eine Bodenansicht. Die 17(E) und (F) sind linke und rechte Seitenansichten. Die erste Linsenanordnung 40C ist mit einer plankonvexen Sammellinse 44 auf der Seite entgegengesetzt zu jener, auf der die ersten kleinen Linsen 42A der ersten Linsenanordnung 40A gebildet sind, versehen. Die Sammellinse 44 ist größer als die erste Linsenanordnung 40A.
Die zweite Linsenanordnung 50C (16) ist eine verkleinerte Version der zweiten Linsenanordnung 50A gemäß der zweiten Ausführungsform (11), um eine Anpassung an die Größe des von der Linse 44 konvergierten Lichtstrahls zu erzielen. Zusätzlich dazu, dass sie die Funktionalität der zweiten kleinen Linsen 52A der zweiten Linsenanordnung 50A aufweisen, sind die zweiten kleinen Linsen 52C auch konfiguriert, um das von der Linse 44 konvergierte Licht parallel zur optischen Systemachse 100ax zu machen.
18 ist ein Diagramm, das die Funktion der Sammellinse 44 der ersten Linsenanordnung 40C zeigt. Die Zeichnung zeigt die Lichtquelle 20, die Sammellinse 44, die hypothetische erste Linsenanordnung 40D und die hypothetische zweite Linsenanordnung 50D. Die ersten kleinen Linsen 42D, die die erste Linsenanordnung 40D bilden, sind konzentrische Linsen. Die zweiten kleinen Linsen 52D, die für die zweite Linsenanordnung 50D verwendet werden, sind kleiner als die ersten kleinen Linsen 42D. Die Position der optischen Achse von jeder der zweiten kleinen Linsen 52D hängt von der Position der Linse in der Anordnungsmatrix ab.
Im wesentlichen paralleles Licht, das von der Lichtquelle 20 emittiert wird, wird durch die Sammellinse 44 konvergiert und durch die ersten kleinen Linsen 42D in mehrere Strahlen geteilt. Die mehreren Strahlen, die aus den ersten kleinen Linsen 42D austreten, werden auf die optische Systemachse 100Dax gerichtet, so dass sie auf die zugeordneten kleinen Linsen 52D der zweiten Linsenanordnung 50D einfallen. Die zweiten kleinen Linsen 52D brechen die Strahlen, so dass sie parallel zur optischen Systemachse 100Dax sind. Auf diese Weise wird die Breite des kollektiven Lichtstrahls, der aus der zweiten Linsenanordnung 50D austritt, kleiner gemacht als die Breite des auf die Sammellinse 44 einfallenden Strahls. Auf diese Weise wirken die Sammellinse 44 und die zweite Linsenanordnung 50D als ein afokales System, das die auf die Sammellinse 44 einfallenden Lichtstrahlen in einen schmaleren Strahlensatz umwandelt.
Die Tatsache, dass die Gesamtbreite des von dem afokalen optischen System emittierten Lichts kleiner ist, bedeutet, dass der Lichteinfallswinkel auf stromabwärts gelegene optische Elemente, verglichen mit dem Fall, in dem ein afokales System nicht verwendet wird, verringert werden kann. Wie mit Bezug auf die zweite Ausführungsform erläutert wurde, bedeutet ein kleinerer Einfallswinkel einen besseren Lichtausnutzungsgrad in dem betreffenden optischen Element. Dies bedeutet, dass der Lichtausnutzungsgrad durch die Verwendung eines afokalen Systems verbessert werden kann.
Die zweite Linsenanordnung 50C (16) hat die Funktion der in 18 dargestellten hypothetischen Linsenanordnung 50D, das konvergierte Licht in einen parallelen Zustand zurückzuführen, sowie die Funktion der zweiten Linsenanordnung 50B gemäß der voranstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. Die Sammellinse 44 gemäß der dritten Ausführungsform wirkt als ein erstes Element eines afokalen Systems zum Konvergieren des Lichts, und die zweite Linsenanordnung 50C wirkt als ein zweites Element des afokalen Systems zum Zurückführen des konvergierten Lichts in einen parallelen Zustand. Demgemäß dient die Konfiguration des optischen Beleuchtungssystems 100C auch dazu, die Einfallswirksamkeit von in das optische Polarisationswandlungssystem 60C eintretendem Licht zu erhöhen. Das afokale System dient auch dazu, den Lichtausnutzungsgrad der optischen Elemente auf der stromabwärts gelegenen Seite der zweiten Linsenanordnung 50C zu verbessern. Dadurch kann auch der Lichtausnutzungsgrad in dem optischen Beleuchtungssystem gemäß dieser Ausführungsform erhöht werden.
E. Vierte Ausführungsform:
Die 19(A) bis 19(C) zeigen eine zweite Linsenanordnung 150 gemäß der vierten Ausführungsform. 19(A) ist eine Vorderansicht bei Betrachtung von der Lichteinfallseite, 19(B) ist eine Draufsicht, und 19(C) ist eine Seitenansicht. Abgesehen von der zweiten Linsenanordnung 150, hat das Beleuchtungssystem gemäß der vierten Ausführungsform die gleichen Elemente und die gleiche Konfiguration wie die in 1 dargestellte erste Ausführungsform. Die zweite Linsenanordnung 150 weist im wesentlichen eine Matrixkonfiguration kleiner Linsen 152 auf, deren Anzahl jener der ersten kleinen Linsen 42 der ersten Linsenanordnung 40 gleicht.
Hier bezeichnet 150y eine Referenzlinie, die in y-Richtung durch die Mittelachse 150ax verläuft, und 150x bezeichnet eine Referenzlinie, die in x-Richtung durch die Mittelachse 150ax verläuft. Drei Spalten sind auf jeder Seite der Referenzlinie 150y angeordnet. Die erste und die zweite Spalte auf der Rechten weisen jeweils acht kleine Linsen 152 auf, die vertikal in Bezug auf die Referenzlinie 150x am Mittelpunkt angeordnet sind. Die kleinen Linsen 152 haben, abhängig von der Position, verschiedene Formen. Die Konfigurati an ist auf der linken Seite die gleiche. In der folgenden Erklärung kann auf die Erwähnung der rechten oder der linken Seite verzichtet werden, sie gilt jedoch noch für beide Seiten.
Im Gegensatz zu der ersten Linsenanordnung 40 (2(A) bis 2(C)), in der benachbarte Spalten kleiner Linsen 42 in direktem Kontakt zueinander sind, sind die Spalten zweiter kleiner Linsen 152 durch flache Abschnitte 154 getrennt. Es gibt keinen flachen Abschnitt 154 zwischen der ersten Spalte auf der Rechten und der ersten Spalte auf der Linken. Ein flacher Abschnitt 154 kann zwischen diesen beiden Spalten bereitgestellt sein.
Die Höhe H150 und die Länge L150 der zweiten Linsenanordnung 150 gleichen jeweils in etwa der Höhe H40 und der Länge L40 der ersten Linsenanordnung 40. Die Gesamtbreite ist um einen Betrag kleiner, der den flachen Abschnitten 154 an der linken und der rechten Außenkante entspricht.
Die Form der zweiten kleinen Linsen 152 und des flachen Abschnitts 154 wird nun erörtert.
20 ist eine Vorderansicht der zweiten Linsenanordnung 150 und der ersten Linsenanordnung 40 bei Betrachtung entlang der z-Achse, wobei die erste Linsenanordnung 40 durch die gestrichelte Linie angegeben ist. Ein Pluszeichen wird verwendet, um die optische Achse von jeder der ersten kleinen Linsen 42 zu bezeichnen. Die Anordnungen sind so konfiguriert, dass die optischen Achsen der zweiten kleinen Linsen 152 mit den optischen Achsen der ersten kleinen Linsen 42 übereinstimmen.
In der zweiten Linsenanordnung 150 gemäß dieser Ausführungsform ist der Abschnitt an den Kanten jeder Spalte kleiner Linsen in der zweiten Linsenanordnung 50 gemäß der ersten Ausführungsform zu dem flachen Abschnitt 154 geändert. Diese Änderung hat die folgenden Vorteile.
Wenn eine Linsenanordnung in der Art der zweiten Linsenanordnung 50 hergestellt wird, bei der die kleinen Linsen dicht gepackt sind, wird die Form benachbarter Linsenkanten leicht beeinträchtigt. Beispielsweise können Krümmungen verkleinert oder vergrößert werden, wodurch die Dicke dieser Abschnitte vergrößert oder verkleinert wird. Eine zu geringe Dicke kann zu einer Trennung zwischen Linsen führen. Um dies zu verhindern, werden Linsenanordnungen im allgemeinen etwas dicker gemacht, um ein solches Schrumpfen zuzulassen. Es ist weniger wahrscheinlich, dass dieses Problem auftritt, wenn eine Linsenfläche neben einer flachen Fläche liegt.
Demgemäß ist die zweite Linsenanordnung 150 gemäß der vierten Ausführungsform einfacher herzustellen als jene gemäß der ersten Ausführungsform, weil in der Richtung, in der die Lichtabschirmungsstreifen 62a und die Lichtdurchlassstreifen 62b angeordnet sind, flache Abschnitte 154 zwischen den benachbarten Spalten zweiter kleiner Linsen 152 gebildet sind.
Die Abschnitte an den Enden der Spalten kleiner Linsen 52 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen in Bezug auf die Position dem Lichtabschirmungsstreifen 62a. Weil der Lichtabschirmungsstreifen 62a eine nicht-wirksame Einfallsfläche ist, hat das Fortlassen des Kantenabschnitts jeder Spalte der zweiten Linsenanordnung 50, die der nicht wirksamen Einfallsfläche entspricht, keine Auswirkung auf den Gesamtlichtausnutzungsgrad des optischen Beleuchtungssystems. Aus diesem Grund ist der Kantenabschnitt jeder Spalte der zweiten Linsenanordnung 50 geändert, um die fla chen Abschnitte 154 der zweiten Linsenanordnung 150 zu bilden.
Es ist nicht notwendig, dass all diese Kantenabschnitte so geändert werden, dass sie flach sind. Stattdessen können lediglich einige der Kantenabschnitte für diesen Zweck geändert werden. Hierdurch kann die Herstellung der zweiten Linsenanordnung erleichtert werden. Idealerweise sind die flachen Abschnitte zur Vereinfachung der Herstellung mindestens 2 mm breit.
Die Lichtabschirmungsplatte 62 kann fortgelassen werden, falls die flachen Abschnitte 154 mit einer Lichtabschirmungsfläche versehen sind. Dies kann geschehen, indem eine Lichtabschirmungsplatte an die flachen Abschnitte 154 angeheftet wird oder indem eine Lichtabschirmungsbeschichtung an der Oberfläche gebildet wird. Die Lichtmenge, die von den flachen Abschnitten 154 durchgelassen wird und auf die Lichtabschirmungsstreifen 62a fällt, kann verringert werden, indem die flachen Abschnitte 154 mit einer lichtdiffundierenden Oberfläche versehen werden. Hierdurch würde es auch ermöglicht werden, die Lichtabschirmungsplatte 62 fortzulassen. Ein Schleifmittel kann verwendet werden, um eine Diffusionsoberfläche zu bilden.
Wie voranstehend beschrieben wurde, kann die Wirksamkeit des optischen Beleuchtungssystems durch die Verwendung der zweiten Linsenanordnung 150 verbessert werden, und die zweite Linsenanordnung 150 lässt sich leicht herstellen.
F. Fünfte Ausführungsform:
Die 21(A) bis 21(B) zeigen eine zweite Linsenanordnung 150A gemäß der fünften Ausführungsform. 21(A) ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Linsen anordnung 150A, 21(B) ist eine von der Einfallseite dargestellte Vorderansicht bei Betrachtung von der Lichteinfallseite, 21(C) ist eine Draufsicht, und 21(D) ist eine Bodenansicht. Die 21(E) und (F) sind linke und rechte Seitenansichten. Mit Ausnahme der zweiten Linsenanordnung 150A hat das Beleuchtungssystem gemäß der fünften Ausführungsform die gleichen Elemente und die gleiche Konfiguration wie die in 9 dargestellte zweite Ausführungsform.
Hier bezeichnet 150Ay eine Referenzlinie, die in Richtung der y-Achse durch die Mittelachse 150Aax verläuft, und 150Ax bezeichnet eine Referenzlinie, die in Richtung der x-Achse durch die Mittelachse 150Aax verläuft. Zwei Spalten kleiner Linsen 152A sind auf jeder Seite der Referenzlinie 150Ay angeordnet. Die erste Spalte auf der Rechten weist acht kleine Linsen 152A auf, die vertikal mit der Referenzlinie 150Ax als Mittelpunkt angeordnet sind. Die zweite Spalte auf der Rechten weist fünfzehn kleine Linsen 152A auf. Jede Spalte weist entlang seiner Außenkante einen flachen Abschnitt 154A auf. Die linke Seite hat die gleiche Anordnung. Es gibt keinen flachen Abschnitt 154A zwischen der ersten Spalte auf der Rechten und der ersten Spalte auf der Linken. Ein flacher Abschnitt 154 kann jedoch auch zwischen diesen beiden zentralen Spalten bereitgestellt sein. In der folgenden Erläuterung kann gelegentlich die Erwähnung der rechten oder der linken Seite weggelassen sein, sie gilt jedoch für beide Seiten.
Die Höhe H150A und die Länge L150A der zweiten Linsenanordnung 150A gleichen in etwa jenen der ersten Linsenanordnung 40A. Die Gesamtbreite der zweiten Linsenanordnung 150A ist um einen Betrag, der den flachen Abschnitten 154A an der linken und der rechten Außenkante entspricht, geringer als jene der ersten Linsenanordnung 40A.
Die Anordnung von Polarisationswandlungselementen 60A (9) ist in Bezug auf die optische Systemachse 100Aax symmetrisch. Die Anordnung von Polarisationswandlungselementen gemäß dieser Ausführungsform hat eine Spalte weniger als die Anordnung 60a von Polarisationswandlungselementen, die in 1 dargestellt ist.
Der Abschnitt entlang der Außenkante jeder Spalte kleiner Linsen in der in 11 dargestellten zweiten Linsenanordnung 50A ist zu einem flachen Abschnitt in der zweiten Linsenanordnung 150A geändert.
Die zweite Linsenanordnung 150A verwendet den Außenkantenabschnitt jeder Spalte kleiner Linsen der zweiten Linsenanordnung 50A als die flachen Abschnitte und hat fast die gleichen Funktionen wie die Anordnung 50A. Dies verbessert die Wirksamkeit des optischen Beleuchtungssystems verglichen mit einer Konfiguration, bei der die zweite Linsenanordnung aus kleinen Linsen mit der gleichen im wesentlichen rechteckigen Form wie die kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung besteht.
Weil die Kantenabschnitte der Spalten kleiner Linsen 52A zu den flachen Abschnitten 154 geändert sind, ist die zweite Linsenanordnung 150A leicht herzustellen. Es gibt auch andere Vorteile, die nachstehend beschrieben werden.
Die 22(A) und 22(B) zeigen schematisch Seitenansichten der zweiten kleinen Linse 52A, die sich in der zweiten Zeile der zweiten Spalte der Anordnung 50A gemäß der zweiten Ausführungsform von oben befindet, und der zweiten kleinen Linse 152A, die sich in der zweiten Zeile der zweiten Spalte der Anordnung 150A gemäß der fünften Ausführungsform von oben befindet. Wie ersichtlich ist, ist am Kantenabschnitt der zweiten kleinen Linsen 152A ein flacher Abschnitt 154 ausgebildet, der dem Kantenabschnitt der zweiten kleinen Linsen 52A entspricht. Daher kann der Einsenkungsgrad der Linsenoberfläche in dem Substrat 156 im Fall der Anordnung 150A kleiner gemacht werden als im Fall der Anordnung 50A. Dies ermöglicht es, dass das Substrat 156 der Anordnung 150A dünner gemacht wird als das Substrat 56 der Anordnung 50A.
Es sei bemerkt, dass das afokale System gemäß der dritten Ausführungsform auch auf die vierte und die fünfte Ausführungsform anwendbar ist.
G. Projektor:
23 ist ein schematisches Diagramm, das die Hauptteile eines Projektors 1000 zeigt, in dem das optische Beleuchtungssystem 100C gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Dieser Projektor 1000 umfasst das Beleuchtungssystem 100C, ein optisches Farbtrennungssystem 200, ein optisches Relaissystem 220, drei Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G, 300B, ein gekreuztes dichroitisches Prisma 320 und ein optisches Projektionssystem (eine Projektionslinse) 340. Von dem Beleuchtungssystem 100C emittiertes Licht wird durch das optische Farbtrennungssystem 200 in rotes (R), blaues (B) und grünes (G) Licht zerlegt. Das Licht jeder Farbe durchläuft das entsprechende Flüssigkristall-Lichtventil und wird entsprechend den Bildinformationen moduliert. Die Farben werden dann durch das gekreuzte dichroitische Prisma 320 kombiniert, und ein Farbbild wird durch das optische Projektionssystem 340 auf einen Bildschirm SC projiziert.
Das Beleuchtungssystem 100C emittiert einen Beleuchtungsstrahl linear polarisierten Lichts (in diesem Beispiel s-polarisierten Lichts), in dem die polarisierten Komponenten die gleiche Polarisationsrichtung haben, um die Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G, 300B mit dem Beleuchtungsbereich LA zu beleuchten. Die Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G, 300B bestehen jeweils aus einem Flüssigkristallfeld und polarisierenden Platten auf der Einfalls- und der Ausfallsfläche des Flüssigkristallfelds. Die polarisierende Platte an der Einfallsfläche dient dem Erhöhen des Polarisationsgrads des Beleuchtungslichts und ist so angeordnet, dass die Transmissionsachse der polarisierenden Platte mit der Polarisationsachse des von dem Beleuchtungssystem 100C emittierten Lichts ausgerichtet ist. Falls das Beleuchtungssystem 100C stark polarisiertes Licht emittiert, können die polarisierenden Platten fortgelassen werden.
Das optische Farbtrennungssystem 200 weist dichroitische Spiegel 202 und 204 und einen reflektierenden Spiegel 208 auf und zerlegt das Licht von dem Beleuchtungssystem 100C in rotes, blaues und grünes Licht. Der erste dichroitische Spiegel 202 lässt die rote Komponente des Lichts von dem optischen Beleuchtungssystem 100C durch und reflektiert die blaue und die grüne Komponente. Das von dem ersten dichroitischen Spiegel 202 durchgelassene rote Licht wird vom Spiegel 208 auf das gekreuzte dichroitische Prisma 320 abgelenkt. Rotes Licht, das aus dem optischen Farbtrennungssystem 200 austritt, durchläuft eine Feldlinse 232 und gelangt zum roten Flüssigkristall-Lichtventil 300R. Die Feldlinse 232 wandelt die mehreren Lichtstrahlen von dem optischen Beleuchtungssystem 100C so um, dass sie zur Mittelachse parallel sind. Feldlinsen 234 und 230, die vor den anderen Flüssigkristall-Lichtventilen bereitgestellt sind, erfüllen die gleiche Funktion.
Von den blauen und grünen Lichtkomponenten, die von dem ersten dichroitischen Spiegel 202 reflektiert werden, wird grünes Licht durch den zweiten dichroitischen Spiegel 204 zu dem gekreuzten dichroitischen Prisma 320 reflektiert. Die von dem optischen Farbtrennungssystem 200 emittierte grüne Lichtkomponente läuft durch die Feldlinse 234 zu dem grünen Flüssigkristall-Lichtventil 300G. Die von dem zweiten dichroitischen Spiegel 204 durchgelassene blaue Lichtkomponente tritt aus dem optischen Farbtrennungssystem 200 aus und tritt in das optische Relaissystem 220 ein, durchläuft eine Eingangslinse 222, eine Relaislinse 226, reflektierende Spiegel 224 und 228 und eine Austrittslinse (Feldlinse) 230 und fällt auf das blaue Flüssigkristall-Lichtventil 300B. Ein optisches Relaissystem 220 wird für das blaue Licht verwendet, um zu verhindern, dass der Lichtausnutzungsgrad dadurch verringert wird, dass der optische Weg des blauen Lichts länger ist als jene der anderen Farben. Mit anderen Worten ermöglicht es, dass das blaue Licht unter den gleichen Bedingungen wie die anderen Farbkomponenten auf das Lichtventil 300B fällt. Die Abstände von der Überlagerungslinse 70 des optischen Beleuchtungssystems 100C zu den jeweiligen Flüssigkristall-Lichtventilen 300R, 300G und 300B sind folglich im Wesentlichen auf den gleichen Wert gelegt.
Die Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G und 300B modulieren das Licht jeder Farbe entsprechend empfangenen Bildinformationen. Das gekreuzte dichroitische Prisma 320 wirkt als ein Farbkombinierer zum Kombinieren des so modulierten Lichts der drei Farben, um ein Farbbild zu erzeugen. Das gekreuzte dichroitische Prisma 320 weist eine rotes Licht reflektierende Schicht 321, die aus mehrschichtigen dielektrischen Filmstapeln gebildet ist, und eine blaues Licht reflektierende Schicht 322, die auch aus mehrschichtigen dielektrischen Filmstapeln gebildet ist, welche kreuzförmig angeordnet sind, auf. Die rotes Licht reflektierende dichroitische Schicht 321 und die blaues Licht reflektierende dichroitische Schicht 322 kombinieren das Licht der drei Farben zur Bildung von Farbbildern für die Projektion. Durch das gekreuzte dichroitische Prisma 320 kombiniertes Licht läuft in Richtung des optischen Projektionssystems 340 weiter, welches das kombinierte Licht projiziert, um ein Farbbild auf dem Bildschirm SC darzustellen. Telezentrische Linsen können für das optische Projektionssystem 340 verwendet werden.
Weil das optische Beleuchtungssystem 100C ein optisches Integratorsystem mit einem hohen Lichtausnutzungsgrad aufweist, ist der Projektor 100C in der Lage, Bilder mit einer höheren Helligkeit und Gleichmäßigkeit darzustellen.
Wenngleich die voranstehende Ausführungsform mit Bezug auf die Verwendung des optischen Beleuchtungssystems 100C gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben wurde, kann ein optisches Beleuchtungssystem gemäß jeder beliebigen der anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
Gemäß der voranstehenden Ausführungsform wird das Beleuchtungssystem auf einen Projektor mit drei Flüssigkristall-Lichtventilen angewendet, um Farbbilder darzustellen, es ist jedoch auch auf andere Projektortypen anwendbar. Beispielsweise ist das Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Projektor mit einem einzigen Flüssigkristall-Lichtventil anwendbar, um monochrome Bilder oder Farbbilder darzustellen. Das Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch auf andere Vorrichtungen und Geräte als Projektoren anwendbar.
Der Projektor 1000 wurde als ein Transmissionssystem beschrieben, bei dem ein Beleuchtungssystem gemäß dieser Erfindung verwendet wird. Das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung kann auch auf einen reflektierenden Projektor angewendet werden. Ein Transmissionssystem ist ein System, bei dem die Modulationsvorrichtung das Licht durchlässt, während bei einem reflektierenden System die Modulationsvorrichtung das Licht reflektiert. Eine reflektierende Modulationsvorrichtung umfasst reflektierende Flüssigkristall-Anzeigefelder und digitale Mikrospiegelvorrichtungen (Warenzeichen von Texas Instruments Inc.). Ein reflektierender Projektor kann gekreuzte dichroitische Prismen als Farbtrenner zum Trennen des Lichts in rote, grüne und blaue Komponenten und als ein Farbenkombinierer zum Rekombinieren des modulierten Lichts der drei Farben verwenden.
Wenngleich die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und erläutert wurde, sollte klar verstanden werden, dass sie nur der Erläuterung und als Beispiel dient und nicht als einschränkend anzusehen ist, wobei der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe der anliegenden Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims

Beleuchtungssystem (100) zum Beleuchten eines Beleuchtungsbereichs, mit: einer Lichtquelle (20), einer ersten Linsenanordnung (40) aus kleinen Linsen zum Teilen von Licht einer Lichtquelle in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, und einer zweiten Linsenanordnung (50) von kleinen Linsen, die den kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung (40) entsprechen, wobei die zweite Linsenanordnung (50) in der Nähe des Ortes angeordnet ist, wo die Mehrzahl von Lichtstrahlen von der ersten Linsenanordnung (40) konvergiert ist, wobei jede der kleinen Linsen der zweiten Linsenanordnung (50) eine äußere Form eines nicht-rechteckigen Polygons aufweisen, das auf ein Profil des Lichts bezogen ist, das durch eine entsprechende kleine Linse der ersten Linsenanordnung (40) konvergiert ist, wobei, wenn zwei Referenzachsen (x, y), die senkrecht zueinander sind, so definiert sind, dass sie durch einen Mittelpunkt der zweiten Linsenanordnung (50) verlaufen, mindestens einige der kleinen Linsen der zweiten Linsenanordnung (50) eine äußere Form eines Trapezoid aufweisen, das durch zwei Segmentierungslinien, die parallel zu einer der Referenzachsen (y) sind, und zwei Segmentierungslinien, die relativ zu der anderen Referenzachse (x) geneigt sind, definiert ist, dadurch ge kennzeichnet, dass die zwei Segmentierungslinien, die relativ zu der anderen Referenzachse (x) geneigt sind, nicht parallel zueinander sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem, wenn zwei zueinander senkrechte Referenzachsen (x, y) so definiert sind, dass sie durch einen Mittelpunkt der zweiten Linsenanordnung (50) verlaufen, mindestens einige Segmentierungslinien, die dazu verwendet werden, die zweite Linsenanordnung (50) in die Mehrzahl von kleinen Linsen zu segmentieren, einen Neigungswinkel zu den Referenzachsen (x, y) aufweisen, derart dass der Winkel der Neigung mit einer Zunahme der Entfernung von den Referenzachsen zunimmt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Linsenanordnung (40) M Reihen von kleinen Linsen aufweist, wobei M eine ganze Zahl von mindestens 2 ist, und die zweite Linsenanordnung (50) N Reihen von kleinen Linsen aufweist, wobei N eine ganze Zahl von mindestens 1 ist, die kleiner als M ist, derart angeordnet, dass eine Mehrzahl von Lichtstrahlen, die von den M Reihen von kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung gebildet ist, auf die N Reihen von kleinen Linsen der zweiten Linsenanordnung einfällt.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, bei dem die erste Linsenanordnung (40) zwei Reihen von kleinen Linsen umfasst, die als äußere und innere Reihe angeordnet sind, wobei die kleinen Linsen der äußeren Reihe mit einem Versatz zu den kleinen Linsen der inneren Reihe in einer Richtung entlang der Reihe angeordnet sind, und eine Reihe von kleinen Linsen der zweiten Linsenanordnung (50) entsprechend den zwei Reihen von kleinen Linsen in der ersten Linsenanordnung durch alternierende erste kleine Linsen entsprechend der äußeren Reihe der ersten Linsenan ordnung mit zweiten kleinen Linsen entsprechend der inneren Reihe der ersten Linsenanordnung gebildet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungssystem (100C) ein afokales optisches System ist, das einen Lichtstrahl in einen schmaleren Lichtstrahl konvergiert.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, bei dem das afokale optische System durch eine Sammellinse (44) gebildet ist, die nahe der ersten Linsenanordnung (40C) und den kleinen Linsen in der zweiten Linsenanordnung (50C) angeordnet ist, wobei die Sammellinse eine erste Funktion des afokalen optischen Systems hat, um Licht zu konvergieren, während die kleinen Linsen in der zweiten Linsenanordnung eine zweite Funktion des afokalen optischen Systems haben, um das konvergierende Licht in einen parallelen Lichtstrahl zu brechen.
Projektor (1000) mit: einem Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, einem Lichtmodulator (300R, 300G, 300B), der einfallendes Licht von dem Beleuchtungssystem gemäß Bildinformationen moduliert, und einem optischen Projektionssystem (340), das das modulierte Licht projiziert.
Projektor nach Anspruch 7, des weiteren mit: einem Farbenseparator (200), der von dem Beleuchtungssystem (100) ausgestrahltes Licht in zwei oder mehr farbige Lichtstrahlen separiert, einer Mehrzahl der Modulatoren (300R, 300G, 300B), die die farbigen Lichtstrahlen, die von dem Farbenseparator separiert sind, modulieren, und einem Farbenkombinierer (320), der die von der Mehrzahl von Modulatoren modulierten Lichtstrahlen kombiniert, wobei das durch den Farbenkombinierer (320) kombinierte Licht durch das optische Projektionssystem (340) projiziert ist.