DE602004000986T2

DE602004000986T2 - Verschiebungseinheit für Farbbeleuchtungssystem und Verwendung in Projektionssystem

Info

Publication number: DE602004000986T2
Application number: DE602004000986T
Authority: DE
Inventors: Kim Dae-Sik; Cho Kun-Ho; Kim Sung-Ha
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: DE602004000986D1; US20040227903A1; CN1246722C; JP4072130B2; KR20040077224A; CN1525208A; EP1452901A1; JP2004264850A; EP1452901B1; US7090359B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 2003-12697, angemeldet am 28. Februar 2003, bei dem Koreanischen Patentamt.
1. Sachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verschiebungseinheit, die ein Verschieben unter Verwendung von zwei Spirallinsenscheiben ausführt, um dadurch eine Licht-Effektivität zu erhöhen und einen notwendigen Raum für eine Installation zu verringern, und auf ein Farbbeleuchtungssystem und ein Projektionssystem, das die Verschiebungseinheit verwendet.
2. Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik
Projektionssysteme sind in einen Drei-Platten-Typ und einen Einzel-Platten-Typ entsprechend der Anzahl von Lichtventilen, die Licht, emittiert von einer Lampen-Lichtquelle mit hoher Ausgangsleistung, um in jedem Pixel ein- und ausgeschaltet zu werden, steuern. Ein Einzel-Platten-Projektionssystem besitzt eine kleinere, optische Struktur als ein Drei-Platten-Projektionssystem, besitzt allerdings nur 1/3 der Licht-Effektivität des Drei-Platten-Projektionssystems, da es weißes Licht in rote (R), grüne (G) und blaue (B) Lichtstrahlen, unter Verwendung eines sequenziellen Verfahrens, aufteilt. Dementsprechend sind Untersuchungen und Entwicklungen durchgeführt worden, um die Licht-Effektivität von Einzel-Platten-Projektionssystemen zu erhöhen.
Ein allgemeines, optisches Einzel-Platten-Projektionssystem teilt Licht, emittiert von einer weißen Lichtquelle, in R-, G- und B-Lichtstrahlen unter Verwendung eines Farbfilters auf, überträgt sequenziell die R-, G- und B-Lichtstrahlen zu einem Lichtventil und betätigt das Lichtventil entsprechend der Reihenfolge einer Farbe, um ein Bild zu bilden. Da ein solches optisches Einzel-Platten-System Farben sequenziell verwendet, ist die Licht-Effektivität des optischen Einzel-Platten-Systems nur 1/3 derjenigen des optischen Drei-Platten-Systems. Um dieses Problem zu beseitigen, ist ein Verschiebungsverfahren vorgeschlagen worden. Entsprechend einem Farbverschiebungsverfahren wird weißes Licht in R-, G- und B-Lichtstrahlen aufgeteilt und die R-, G- und B-Lichtstrahlen werden gleich zeitig zu unterschiedlichen Positionen auf dem Lichtventil übertragen. Zusätzlich werden, da ein Bild nur dann gebildet werden kann, wenn sowohl die R-, die G- als auch die B-Lichtstrahlen jedes Pixel erreichen, Farbbalken unter einer vorgegebenen Geschwindigkeit unter Verwendung eines bestimmten Verfahrens bewegt.
Wie in 1 dargestellt ist, führt, in einem herkömmlichen Einzel-Platten-Verschiebungs-Projektionssystem, weißes Licht, emittiert von einer Lichtquelle 100, durch erste und zweite Linsenfelder 102 und 104 und ein Teilerfeld 105 für einen polarisierten Strahl hindurch und wird in R-, G- und B-Lichtstrahlen durch erste bis vierte dichroitische Filter 109, 112, 122 und 139 aufgeteilt. Zum Beispiel werden die R- und G-Lichtstrahlen durch das erste dichroitische Filter 109 transmittiert und laufen auf einem ersten optischen Weg I1 weiter, und der B-Lichtstrahl wird durch das erste dichroitische Filter 109 reflektiert und läuft auf einem zweiten optischen Weg I2 weiter. Die R- und G-Lichtstrahlen, die auf dem ersten optischen Weg I1 fortlaufen, werden erneut durch das zweite dichroitische Filter 112 aufgeteilt, so dass der R-Lichtstrahl durch das zweite dichroitische Filter 112 transmittiert wird und weiter auf dem ersten optischen Weg I1 läuft, und der G-Lichtstrahl wird durch das zweite dichroitische Filter 112 reflektiert und läuft auf einem dritten optischen Weg I3 weiter.
Die R-, G- und B-Lichtstrahlen werden durch entsprechende erste bis dritte Prismen 114, 135 und 142, jeweils, verschoben. Das erste bis dritte Prisma 114, 135 und 142 sind jeweils auf dem ersten bis dritten optischen Weg I1 bis I3 angeordnet und drehen sich unter einer konstanten Geschwindigkeit, um so R-, G- und B-Farbbalken zu verschieben. Die B- und G-Lichtstrahlen, die jeweils entlang des zweiten und des dritten optischen Wegs I2 und I3 fortlaufen, werden jeweils durch das dritte dichroitische Filter 139 transmittiert und reflektiert und demzufolge gemischt. Danach werden die R-, G- und B-Lichtstrahlen durch das vierte dichroitische Filter 122 gemischt und werden dann durch einen Teiler 127 für einen polarisierten Strahl transmittiert, um so ein Bild aufgrund eines Lichtventils 130 zu bilden.
2 stellt einen Vorgang dar, in dem R-, G- und B-Farbbalken durch die Drehungen des ersten bis dritten Prismas 114, 135 und 142 verschoben werden. 2 stellt die Bewegung der Farbbalken, gebildet auf einer Oberfläche des Lichtventils 130, dar, wenn das erste bis dritte Prisma 114, 135 und 142 synchron zueinander gedreht werden.
Das Lichtventil 130 verarbeitet Bildinformationen entsprechend einem Ein/Aus-Signal für jedes Pixel, um ein Bild zu bilden, und das Bild wird durch ein Projektionsobjektiv (nicht dargestellt) vergrößert und auf einen Bildschirm übertragen.
In der vorstehend beschriebenen, herkömmlichen Technik werden separate, optische Wege für unterschiedliche Farben verwendet, und deshalb sind separate, optische, den Weg kompensierende Linsen für die unterschiedlichen Farben und Teile zum Zusammenführen der aufgeteilten Lichtstrahlen auch erforderlich. Da Teile für die unterschiedlichen Farben getrennt voneinander präpariert werden müssen, erhöht sich das Volumen eines optischen Systems. Der Ertrag verringert sich auch aufgrund von komplizierten Herstellungs- und Montagevorgängen. Weiterhin erzeugt das Antreiben von drei Motoren, um das erste bis dritte Prisma 114, 135 und 142 zu drehen, starkes Geräusch und erhöht Herstellkosten verglichen mit einem Farbradverfahren, das einen einzelnen Motor verwendet.
Dabei müssen, um ein Farbbild unter Verwendung eines Verschiebungsverfahrens zu bilden, solche Farbbalken, wie sie in 2 dargestellt sind, unter einer konstanten Geschwindigkeit bewegt werden. Allerdings ist es schwierig, das Lichtventil 130 und die drei Prismen 114, 135 und 142 in dem vorstehend beschriebenen Aufbau zu synchronisieren. Weiterhin ist, da sich das erste bis dritte Prisma 114, 135 und 142 in einem Kreis bewegen, eine Verschiebungsgeschwindigkeit nicht konstant, was die Qualität des Bilds verschlechtern kann.
Die US 2001/0038483 offenbart eine Verschiebungseinheit, die bis zu zwei Platten mit spiralförmigen Zylinderlinsen verwendet.
Die US 2002/0135862 stellt einen Lichtübertragungsstab dar, der mit einem Spiral-Farbfilter verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft eine Verschiebungseinheit zum Verschieben von Farbbalken unter Verwendung eines Einzel-Komponententeils.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Farbbeleuchtungssystem zum Abgeben von verschobenem Licht, um ein Farbbild mit einer einfachen, optischen Struktur zu bilden.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Projektionssystem, das so strukturiert ist, um eine Farbverschiebung unter Verwendung eines Einzel-Komponententeils durch zuführen, um so eine geringe Größe zu haben, und das effizient eine Farbverschiebung durchführt, um dadurch die Bildqualität zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verschiebungseinheit geschaffen, die aufweist: eine erste Spirallinsenscheibe, die eine Mehrzahl zylindrischer Linsenzellen, angeordnet in einem Spiralmuster, aufweist, wobei die erste Spirallinsenscheibe gedreht werden kann; eine zweite Spirallinsenscheibe, die so installiert ist, um zu der ersten Spirallinsenscheibe hinzuweisen, und die unter derselben Geschwindigkeit wie die erste Spirallinsenscheibe gedreht werden kann; und einen ein Glasstab, der zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe angeordnet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Farbbeleuchtungssystem geschaffen, das aufweist: eine Lichtquelle, die Licht abstrahlt, einen optischen Teiler, der das Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle, in Lichtstrahlen aufteilt, die unterschiedliche Farben haben, und eine Verschiebungseinheit. Die Verschiebungseinheit weist eine erste Spirallinsenscheibe, die eine Vielzahl von zylindrischen Linsenzellen besitzt, die in einem Spiralmuster angeordnet sind und gedreht werden können, eine zweite Spirallinsenscheibe, die so installiert ist, um zu der ersten Spirallinsenscheibe hinzuweisen und unter derselben Geschwindigkeit wie die erste Spirallinsenscheibe gedreht werden kann, und einen Glasstab, der zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe installiert ist, auf. Hierbei werden, wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheibe drehen, Wege, auf denen die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, fortschreiten, periodisch geändert, und deshalb werden die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, verschoben.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionssystem geschaffen, das eine Lichtquelle, einen optischen Teiler, eine Verschiebungseinheit, ein Lichtventil und eine Projektions-Objektiveinheit aufweist. Die Lichtquelle strahlt Licht ab. Der optische Teiler teilt das Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle, in Lichtstrahlen auf, die unterschiedliche Farben haben. Die Verschiebungseinheit weist eine erste spiralförmige Linsenplatte, die eine Vielzahl von zylindrischen Linsenzellen, angeordnet in einem Spiralmuster, umfasst und gedreht werden kann, eine zweite Spirallinsenscheibe, die so installiert ist, um zu der ersten Spirallinsenscheibe hinzuweisen und unter derselben Geschwindigkeit wie die erste Spirallinsenscheibe gedreht werden kann, und einen Glasstab, der zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe installiert ist, auf, wobei, wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheiben drehen, Wege, auf denen die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, fortschreiten, periodisch geändert werden, und deshalb die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, verschoben werden. Das Lichtventil behandelt die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, verschoben durch die Verschiebungseinheit, entsprechend einem Bildsignal, um ein Farbbild zu bilden. Die Projektions-Objektiveinheit vergrößert das Bild, gebildet durch das Lichtventil, und projiziert es auf einen Bildschirm.
Der optische Teiler kann erste bis dritte dichroitische Filter, angeordnet Seite an Seite und schräg stehend unter unterschiedlichen Winkeln, aufweisen. Jedes des ersten bis dritten dichroitischen Filters transmittiert und reflektiert selektiv einfallendes Licht entsprechend zu Wellenlängen.
Der optische Teiler kann ein erstes dichroitisches Prisma, ein zweites dichroitisches Prisma und ein drittes dichroitisches Prisma aufweisen. Das erste dichroitische Prisma weist einen ersten dichroitischen Spiegel und eine erste Reflexionsebene auf. Der erste dichroitische Spiegel steht schräg in Bezug auf eine Achse des einfallenden Lichts, reflektiert einen ersten Farblichtstrahl in dem einfallenden Licht und transmittiert die anderen Farblichtstrahlen. Die erste Reflexionsebene reflektiert total Licht, das unter einem vorbestimmten Winkel einfällt. Das zweite dichroitische Prisma weist einen zweiten dichroitischen Spiegel und eine zweite Reflexionsebene auf. Der zweite dichroitische Spiegel steht schräg in Bezug auf die Achse des einfallenden Lichts, reflektiert einen zweiten Farblichtstrahl in Licht, transmittiert durch das erste dichroitische Prisma, und transmittiert die anderen Farblichtstrahlen. Die zweite Reflexionsebene reflektiert total Licht, das unter einem vorbestimmten Winkel einfällt. Das dritte dichroitische Prisma weist einen dritten dichroitischen Spiegel und eine erste Reflexionsebene auf. Der dritte dichroitische Spiegel steht schräg in Bezug auf die Achse des einfallenden Lichts und reflektiert einen dritten Farblichtstrahl in Licht, transmittiert durch das zweite dichroitische Prisma. Die dritte Reflexionsebene reflektiert total Licht, das unter einem vorbestimmten Winkel einfällt.
Der optische Teiler kann weiterhin einen ersten Teiler für einen polarisierten Strahl, einen zweiten Teiler für einen polarisierten Strahl und eine 1/2-Wellenlängenplatte aufweisen. Der erste Teiler für einen polarisierten Strahl ist auf einer Einfallsfläche des ersten dichroitischen Prismas vorgesehen. Der erste Teiler für einen polarisierten Strahl überträgt einen ersten Lichtstrahl, der eine Polarisation besitzt, in nicht polarisiertes, weißes Licht, das darauf einfällt, so dass der erste Lichtstrahl zu dem ersten dichroitischen Prisma führt, und reflektiert einen zweiten Lichtstrahl, der eine andere Polarisation besitzt. Der zweite Teiler für einen polarisierten Strahl reflektiert den zweiten Lichtstrahl, reflektiert von dem ersten Teiler für einen polarisierten Strahl, so dass der zweite Lichtstrahl zu dem ersten dichroitischen Prisma fortführt. Die 1/2-Wellenlängenplatte ist zwischen dem ersten dichroitischen Prisma und einem des ersten und des zweiten Strahlteilers für einen polarisierten Strahl angeordnet. Die 1/2-Wellenlängenplatte ändert eine Polarisationsrichtung so, dass der erste und der zweite Lichtstrahl dieselbe Polarisationsrichtung haben. Dementsprechend wird das einfallende Licht in Farblichtstrahlen geändert, die eine vorbestimmte Polarisation haben.
Das Projektionssystem kann weiterhin eine erste, zylindrische Linse und eine zweite, zylindrische Linse aufweisen. Die erste zylindrische Linse ist zwischen der Lichtquelle und der ersten spiralförmigen Linsenplatte angeordnet und verringert eine Breite eines Lichts der ersten Spirallinsenscheibe. Die zweite, zylindrische Linse ist hinter der zweiten Spirallinsenscheibe angeordnet und macht Licht, das von der zweiten Spirallinsenscheibe einfällt, parallel.
Das Projektionssystem kann weiterhin ein erstes Fly-Eye-Linsenfeld und ein zweites Fly-Eye-Linsenfeld, die die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, ausgegeben von der Verschiebungseinheit, auf das Lichtventil, entsprechend den unterschiedlichen Farben, fokussieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Beschreiben im Detail von bevorzugten Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden, in denen:
1 zeigt ein Diagramm eines herkömmlichen Projektionssystems;
2 zeigt ein Diagramm, das einen Farbverschiebungsvorgang eines Projektionssystems darstellt;
3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Projektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Diagramm, das einen Strahl-Aufteilungsvorgang eines optischen Teilers, verwendet durch ein Projektionssystem, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5A zeigt eine Vorderansicht einer Spirallinsenscheibe, verwendet durch eine Verschiebungseinheit, gemäß der vorliegenden Erfindung;
5B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Verschiebungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
6A und 6B stellen jeweils das Ergebnis eines Simulierens von Strahl-Divergenz-Winkeln, wenn ein Projektionssystem der vorliegenden Erfindung nicht eine zweite Spirallinsenscheibe umfasst, und das Ergebnis eines Simulierens von Strahl-Divergenz-Winkeln, wenn das Projektionssystem der vorliegenden Erfindung die zweite Spirallinsenscheibe umfasst, dar;
7A bis 7C stellen Effekte eines Glasstabs, verwendet durch ein Projektionssystem, gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
8 stellt einen Effekt einer ersten, zylindrischen Linse, verwendet durch ein Projektionssystem, gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
9A bis 9C stellen einen Verschiebungsvorgang eines Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
10 zeigt ein Diagramm eines Projektionssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 stellt ein Beispiel eines optischen Rohrs, verwendet durch das Projektionssystem, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
12 stellt ein anderes Beispiel eines optischen Rohrs, verwendet durch das Projektionssystem, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
13 zeigt eine Ebenenansicht des optischen Rohrs, dargestellt in 12; und
14 zeigt eine Vorderansicht des optischen Rohrs, dargestellt in 12.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie 3 zeigt, umfasst ein Farbbeleuchtungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 10, einen optischen Teiler 15, der Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, in unterschiedliche Wellenlängen aufteilt, und eine Verschiebungseinheit 18, die drei rote (R), grüne (G) und blaue (B) Lichtstrahlen, aufgeteilt durch den optischen Teiler 15, verschiebt. Ein Projektionssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Lichtquelle 10, den optischen Teiler 15, der Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, in unterschiedliche Wellenlängen aufteilt, die Verschiebungseinheit 18, die drei R-, G- und B-Lichtstrahlen, aufgeteilt durch den optischen Teiler 15, verschiebt, und ein Lichtventil 30, das die Strahlen, verschoben durch die Verschiebungseinheit 18, entsprechend einem Bildsignal, um ein Farbbild zu bilden, verarbeitet.
Die Lichtquelle 10 strahlt weißes Licht ab und umfasst eine Lampe 11, die Licht erzeugt, und einen Reflexionsspiegel 13, der das Licht, abgegeben von der Lampe 11, reflektiert, um das Licht zu einem vorbestimmten Weg zu führen. Der Reflexionsspiegel 13 kann durch einen elliptischen Reflektor ausgeführt werden, der einen Ort der Lampe 11 als einen Brennpunkt, und einen Punkt, an dem das Licht gesammelt wird, als den anderen Brennpunkt besitzt. Alternativ kann der Reflexionsspiegel 13 durch einen parabolischen Reflektor ausgeführt werden, der den Ort der Lampe 11 als einen Brennpunkt besitzt, und Licht, abgegeben von der Lampe 11, so reflektiert, um parallel zu sein. In 3 wird der elliptische Reflektor als der Reflexionsspiegel 13 verwendet. Wenn der parabolische Reflektor als der Reflexionsspiegel 13 verwendet wird, ist eine Linse zum Fokussieren des Lichts weiterhin erforderlich.
Eine Kollimationslinse 14 ist auf einem optischen Weg zwischen der Lichtquelle 10 und dem optischen Teiler 15 vorgesehen und kollimiert einfallendes Licht. Wenn ein Abstand zwischen der Lichtquelle 10 und einem Brennpunkt „f", an dem Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, gesammelt wird, mit P angegeben wird, ist es bevorzugt, dass die Kollimationslinse 14 an einer Position, getrennt von dem Brennpunkt „f" um P/5, angeordnet ist. Eine solche Anordnung der Kollimationslinse 14 kann die Etendue verringern, was sich auf eine konservierte, physikalische Größe bezieht, die die Dimensionen eines Lichtstrahls misst. Wenn die Etendue verringert wird, kann ein optisches System miniaturisiert werden und kann einfach konfiguriert werden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann der optische Teiler 15 ein erstes, ein zweites und ein drittes dichroitisches Filter 15A, 15B und 15C umfassen, die unter unterschiedlichen Winkeln θ₁, θ₂ und θ₃ (wobei θ₁ > θ₂ > θ₃ gilt) in Bezug auf eine optische Achse des einfallenden Lichts stehen.
Wie die 5A und 5B zeigen, umfasst die Verschiebungseinheit 18 eine erste und eine zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21, getrennt voneinander um einen vorbestimmten Abstand, und einen Glasstab 23, der zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 angeordnet ist. Zylindrische Linsenzellen 20A sind in einem Spiralmuster auf zumindest einer Seite der ersten Spirallinsenscheibe 20 angeordnet. Ähnlich sind zylindrische Linsenzellen 21A in einem Spiralmuster auf mindestens einer Seite der zweiten Spirallinsenscheibe 21 angeordnet. Ein Querschnitt jeder der Spirallinsenscheiben 20 und 21 besitzt eine Struktur eines zylindrischen Linsenfelds. Die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 sind durch einen Träger 34 getragen, so dass sie unter derselben Geschwindigkeit durch eine Antriebsquelle 31 gedreht werden.
Eine erste zylindrische Linse 17 ist vor der Spirallinsenscheibe 20 angeordnet und eine zweite zylindrische Linse 24 ist hinter der zweiten Spirallinsenscheibe 21 angeordnet. Die erste und die zweite zylindrische Linse 17 und 24 können gegen erste und zweite, diffraktive, optische Elemente ersetzt werden, die ein vorbestimmtes Diffraktionsmuster zum Fokussieren nur von Licht, das in einer bestimmten Richtung einfällt, haben.
Ein erstes und ein zweites Fly-Eye-Linsenfeld 25 und 26 und eine Weiterleitungslinse 29 sind weiterhin auf einem optischen Weg zwischen der zweiten Spirallinsenscheibe 21 und dem Lichtventil 30 angeordnet. Eine Vielzahl von konvexen Bereichen 25a ist in zwei Dimensionen auf zumindest einer der Einfalls- und Ausgangsflächen des ersten Fly-Eye-Linsenfelds 25 angeordnet. Ähnlich ist eine Vielzahl von konvexen Bereichen 26a in zwei Dimensionen auf zumindest einer der Einfalls- und Ausgangsflächen des zweiten Fly-Eye-Linsenfelds 26 angeordnet. Ein Farbbild, gebildet durch das Lichtventil 30, wird vergrößert und auf einem Bildschirm 40 durch eine Projektions-Objektiveinheit 35 projiziert.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf einen Betrieb eines Projektionssystems, das die vorstehend beschriebene Struktur besitzt.
Weißes Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, wird in drei R-, G- und B-Lichtstrahlen durch den optischen Teiler 15 aufgeteilt. Der optische Teiler 15 teilt einfallendes Licht in vorbestimmte, unterschiedliche Wellenlängen auf und gibt aufgeteilte Lichtstrahlen unter unterschiedlichen Winkeln ab. Zum Beispiel nimmt das erste dichroitische Filter 15a weißes Licht auf, reflektiert den R-Lichtstrahl in dem roten Wellenlängenbereich und transmittiert G- und B-Lichtstrahlen in den anderen Wellenlängenbereichen. Das zweite dichroitische Filter 15b nimmt das Licht, transmittiert durch das erste dichroitische Filter 15a, auf, reflektiert den G-Lichtstrahl in dem grünen Wellenlängenbereich und transmittiert den B-Lichtstrahl in dem blauen Wellenlängenbereich. Das dritte dichroitische Filter 15c reflektiert den B-Lichtstrahl in dem blauen Wellenlängenbereich, der durch das erste und das zweite dichroitische Filter 15a und 15b transmittiert worden ist.
Die R-, G- und B-Lichtstrahlen, die sich in unterschiedliche Wellenlängen durch das erste bis dritte dichroitische Filter 15a bis 15c aufteilen, werden unter unterschiedlichen Winkeln reflektiert. Zum Beispiel sind die R- und B-Lichtstrahlen schräg zu dem G-Lichtstrahl, so dass die R-, G- und B-Lichtstrahlen auf die erste Spirallinsenscheibe 20 fokussiert werden. Jeder der aufgeteilten Farblichtstrahlen fällt auf den Glasstab 23 über die erste Spirallinsenscheibe 20 auf.
Licht, das durch den Glasstab 23 hindurchgeführt ist, fällt auf die zweite Spirallinsenscheibe 21 auf. Der Glasstab 23 und die zweite Spirallinsenscheibe 21 verhindern, dass Licht aufgrund der ersten Spirallinsenscheibe 20 divergiert.
Die 6A und 6B stellen die Ergebnisse einer Simulation, durchgeführt dazu, den Effekt der zweiten Spirallinsenscheibe 21, die eine Divergenz von Licht verhindert, zu prüfen, dar. Die 6A stellt das Ergebnis von simulierenden Divergenz-Winkeln von Lichtstrahlen dar, die durch die erste Spirallinsenscheibe 20 in einem Fall hindurchgeführt sind, wo die zweite Spirallinsenscheibe 21 nicht existiert. 6B stellt das Ergebnis von simulierenden Divergenz-Winkeln von Lichtstrahlen dar, die durch die erste Spirallinsenscheibe 20 in einem zweiten Fall hindurchgeführt sind, wo die zweite Spirallinsenscheibe 21 existiert. In den 6A und 6B sind nur einzelne Linsenzellen 20a und 21a der jeweiligen ersten und zweiten Spirallinsenscheiben 20 und 21 dargestellt.
Die Linsenzellen 20a und 21a besitzen eine numerische Apertur (NA) von 0,104. Tabelle 1 stellt Divergenz-Winkel von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen auf einer Bildebene dar.
Tabelle 1
In Tabelle 1 bezeichnet F1 einen Lichtstrahl, der an der Mitte unter Lichtstrahlen läuft, die unterschiedliche Wellenlängen haben und auf unterschiedlichen, optischen We gen laufen. F2 bezeichnet einen der Lichtstrahlen, der an beiden Seiten des zentralen Lichtstrahls F1 läuft. Da Lichtstrahlen, die an beiden Seiten des zentralen Lichtstrahls F2 laufen, symmetrisch sind, wird nur einer der beiden Lichtstrahlen beschrieben. R1, R2 und R3 bezeichnen jeweils unterschiedliche Wege, auf denen Lichtstrahlen, die dieselbe Wellenlänge haben, laufen. Wie Tabelle 1 vermittelt, die das Ergebnis einer Simulation darstellt, verringern sich Divergenz-Winkel in dem zweiten Fall, wo die zweite Spirallinsenscheibe 21 existiert, verglichen mit dem ersten Fall, wo die zweite Spirallinsenscheibe 21 nicht existiert.
Wenn der Glasstab 23 zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 angeordnet ist, ermöglicht der Glasstab 23 Licht, das durch die erste Spirallinsenscheibe 20 hindurchgeführt ist, auf die zweite Spirallinsenscheibe 21 ohne Divergieren aufzufallen, und dient auch als ein Wellenleiter durch Ausgeben von einfallendem Licht so wie es ist.
7A stellt einen Fall dar, bei dem Licht, das durch die erste zylindrische Linse 17 hindurchgeführt ist, das ein Feld von ±2° besitzt, auf die erste Spirallinsenscheibe 20 auffällt. Das Licht auf der ersten Spirallinsenscheibe 20 besitzt eine Größe von 8 mm. 7B stellt Wege des Lichts dar, das durch die erste zylindrische Linse 17, die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 und die zweite zylindrische Linse 24 hindurchführt, wenn der Glasstab 23 nicht verwendet wird. Einfallendes Licht auf die erste Spirallinsenscheibe 20 besitzt eine Größe von ungefähr 8 mm und einfallendes Licht auf die zweite Spirallinsenscheibe 20 besitzt eine Größe von ungefähr 26 mm.
Wenn die Größe des einfallenden Lichts auf die erste Spirallinsenscheibe 20 unterschiedlich gegenüber derjenigen der zweiten Spirallinsenscheibe 21 ist, ist ein Divergenz-Winkel von Licht, das auf die zweite zylindrische Linse 24 einfällt, groß. Dementsprechend ist, wie in 7C dargestellt ist, der Glasstab 23 zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 so installiert, dass die Größe des einfallenden Lichts auf die erste Spirallinsenscheibe 20 dieselbe wie diejenige auf der zweiten Spirallinsenscheibe 21 ist. Der Glasstab 23 kann eine Länge von 20 mm haben. Der Verlust von Licht kann durch Verringern der Strahldivergenz-Winkel, und der Verwendung des Glasstabs 23, verringert werden.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf einen Verschiebungsvorgang der Verschiebungseinheit 18, die die vorstehend beschriebene Struktur besitzt.
Licht I, das von der Lichtquelle 10 abgestrahlt ist, wird durch die Kollimationslinse 14 kollimiert. Als nächstes teilen das erste bis dritte dichroitische Filter 15a bis 15c das kollimierte Licht in unterschiedliche Wellenlängen auf und geben die aufgeteilten Lichtstrahlen unter unterschiedlichen Winkeln ab. Die Lichtstrahlen fallen auf die erste, zylindrische Linse 17 auf, die die Breite des einfallenden Lichts verringert. Das Licht, dessen Breite durch die erste zylindrische Linse 17 verringert worden ist, fällt auf die erste Spirallinsenscheibe 20 auf. Das Licht, das durch die erste Spirallinsenscheibe 20 hindurchführt, ist mit dem Bezugszeichen L in den 5A und 5B bezeichnet. 8 zeigt ein Diagramm, um einen Fall zu vergleichen, bei dem das Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, auf die erste Spirallinsenscheibe 20 auffällt, ohne durch die erste zylindrische Linse 17 hindurchzuführen, mit einem Fall, bei dem das Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, auf die erste Spirallinsenscheibe 20 auffällt, nachdem es in der Breite durch die erste zylindrische Linse 17 verringert worden ist.
Wenn die Breite des Lichts, das durch die erste Spirallinsenscheibe 20 hindurchführt, groß ist, stimmt die Form des Spirallinsenfelds stark mit der Form des Lichts L' nicht überein, und deshalb geht das Licht L' entsprechend zu Bereichen A' unterschiedlicher Farben, verschoben gegenüber jeder Spirallinse, verloren. Dementsprechend ist es bevorzugt, die Breite von Licht, unter Verwendung der ersten, zylindrischen Linse 17, zu verringern, so dass die Form des Spirallinsenfelds mit der Form des Lichts L übereinstimmt, um einen Lichtverlust zu minimieren; wenn ein Bereich jeder Farbe des Lichts L, verschoben von der Spirallinse, als A, A < A' bezeichnet wird. Demzufolge wird, wenn die Breite des Lichts, das auf die erste Spirallinsenscheibe 20 auffällt, verringert wird, der Lichtverlust auch verringert.
Deshalb fällt das Licht, das durch die erste Spirallinsenscheibe 20 hindurchgeführt ist, auf die zweite zylindrische Linse 24 über den Glasstab 23 und die zweite Spirallinsenscheibe 21 auf. Es ist vorstehend beschrieben worden, dass ein Divergenz-Winkel des Lichts dann verringert wird, wenn das Licht sequenziell durch die erste Spirallinsenscheibe 20, den Glasstab 23 und die zweite Spirallinsenscheibe 21 hindurchgeführt ist, und deshalb ist eine detaillierte Beschreibung davon hier weggelassen.
Es ist bevorzugt, den Glasstab 23 auf einem Weg anzuordnen, entlang dem das Licht L, dessen Breite durch die erste zylindrische Linse 17 verringert worden ist, läuft.
Dabei wird, wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 unter derselben Geschwindigkeit drehen, eine Farbverschiebung vorgenommen. Der Glasstab 23 ist zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 befestigt.
Wenn R-, G- und B-Lichtstrahlen (d.h. das Licht L) durch die erste Spirallinsenscheibe 20 hindurchführen, kann ein Effekt wie dann, wenn sich die Spirallinsenscheibe 20 kontinuierlich nach oben oder nach unten unter einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, in Bezug auf das Licht L erhalten werden. Dementsprechend kann ein Effekt wie dann, wenn sich eine Position eines Strahls, der durch die erste Spirallinsenscheibe 20 hindurchführt, kontinuierlich ändert, erhalten werden. Dieser Effekt ist in den 9A bis 9C dargestellt.
Wie in 9A dargestellt ist, führt Licht durch die erste Spirallinsenscheibe 20, den Glasstab 23, die zweite Spirallinsenscheibe 21, die zweite zylindrische Linse 24, die ersten und die zweiten Fly-Eye-Linsenfelder 25 und 26 und die Weiterleitungslinse 29 hindurch und bildet Farbbalken in der Reihenfolge von R, G und B auf dem Lichtventil 30. Deshalb bewegen sich, wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 drehen, Bereiche der jeweiligen ersten und zweiten Spirallinsenscheiben 20 und 21, durch die das Licht hindurchgeführt ist, nach oben. Wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 bewegen, werden Farbbalken in der Reihenfolge von B, R und G gebildet, wie dies in 9B dargestellt ist, und kontinuierlich in der Reihenfolge von G, B und R gebildet, wie dies in 9C dargestellt ist.
Der vorstehend beschriebene Verschiebungsvorgang wird wiederholt, wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 drehen. Mit anderen Worten führt die Drehbewegung der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 zu einer Änderung in Bereichen der jeweiligen ersten und zweiten Spirallinsenscheiben 20 und 21, auf denen ein Strahl einfällt, und wird in eine gradlinige Bewegung auf einem Querschnitt der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 umgewandelt, so dass eine Verschiebung erreicht werden kann.
Hierbei können eine Kontinuität und Übereinstimmung erreicht werden, da eine Verschiebung durch kontinuierliches Drehen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 in einer Richtung ohne Änderung der Drehrichtung vorgenommen wird. Zusätzlich kann, da eine Verschiebung unter Verwendung eines Einzel-Komponententeils vorgenommen wird, d.h. der Verschiebungseinheit 18, die Änderungs-Geschwindigkeit von Farbbalken in vorteilhafter Weise konstant beibehalten werden. Weiterhin kann, da ein Stahldivergenz-Winkel unter Verwendung der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 und des Glasstabs 23 verringert wird, ein Lichtverlust verringert werden.
Da ein Strahl eine schmale Breite aufgrund des Vorgangs in der ersten zylindrischen Linse 17 besitzt, während er durch die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 hindurchführt, kann ein Effekt wie dann, wenn der Strahl durch ein zylindrisches Linsenfeld hindurchführt, das eine gradlinige Bewegung vornimmt, erreicht werden. Nach Hindurchführen durch die zweite Spirallinsenscheibe 21 wird der Strahl zu seiner ursprünglichen Breite zurück versetzt und parallel durch die zweite zylindrische Linse 24 gemacht.
Als nächstes wird das Licht, das durch die zweite zylindrische Linse 24 hindurchgeführt ist, auf das Lichtventil 30 durch Farben durch das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld 25 und 26 übertragen. Zum Beispiel werden, wenn das Lichtventil 30 in drei Bereiche unterteilt wird, R-, G- und B-Lichtstrahlen auf obere, mittlere und untere Bereiche, jeweils, des Lichtventils 30, Farbbalken bildend, übertragen. Wenn das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld 25 und 26 nicht existieren, werden R-, G- und B-Lichtstrahlen auf jedem Pixel des Lichtventils 30 verschoben. Wenn ein Verschiebungsvorgang an jedem Pixel durchgeführt wird, kann es schwierig sein, dies zu kontrollieren, die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Fehlern kann hoch sein und eine Bildqualität kann verschlechtert werden. Allerdings ist es in der vorliegenden Erfindung, da Farbbalken durch Übertragen von R-, G- und B-Lichtstrahlen auf die drei Abschnitte des Lichtventils 30, unter Verwendung des ersten und des zweiten Fly-Eye-Linsenfelds 25 und 26, gebildet werden und verschoben werden, einfach, den Verschiebungsvorgang zu kontrollieren.
Das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld 25 und 26 vergleichmäßigen auch die Stärke des Lichts, das auf das Lichtventil 30 gestrahlt ist.
Die Weiterleitungslinse 29 überträgt Licht, das durch das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld 25 und 26 hindurchgeführt ist, auf eine vorbestimmte Stelle, zum Beispiel das Lichtventil 30.
Die Anzahlen von Linsenzellen 20a und 21a der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 können eingestellt werden, um eine Betriebsfrequenz des Lichtventils 30 zu einer Drehfrequenz der ersten und der zweiten Spirallinsenscheiben 20 und 21 zu synchronisieren. Mit anderen Worten werden, wenn sich die Betriebsfrequenz des Lichtventils 30 erhöht, mehr Linsenzellen 20a und 21a vorgesehen, so dass eine Verschiebungsgeschwindigkeit erhöht wird, während die Drehgeschwindigkeit der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 konstant beibehalten wird.
Alternativ können die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 zu dem Lichtventil 30 durch Einstellen der Drehfrequenz der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 synchronisiert werden, während die Anzahl von Linsenzellen 20a und 21a konstant beibehalten wird. Zum Beispiel kann, wenn das Lichtventil 30 eine Betriebsfrequenz von 960 Hz besitzt, d.h. wenn das Lichtventil 30 unter einer Geschwindigkeit von 1/960 Sekunden pro Einzelbild arbeitet und 960 Einzelbilder pro Sekunde wiedergibt, jede der ersten und der zweiten Spirallinsenscheiben 20 und 21 so konfiguriert werden, dass sie einen maximalen Durchmesser von 140 mm, einen minimalen Durchmesser von 60 mm und 32 Linsenzellen 20a oder 21a besitzt, wobei jede davon eine Breite von 5,0 mm und einen Krümmungsradius von 24,9 mm besitzt. Wenn die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 32 Einzelbilder pro einer Umdrehung wiedergeben, werden sie 30 Mal pro Sekunde gedreht, um 360 Einzelbilder pro Sekunde zu reproduzieren. In dieser Situation werden die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 1.800 Mal pro 60 Sekunden gedreht, d.h. unter einer Geschwindigkeit von 1.800 U/min. Wenn sich die Betriebsfrequenz des Lichtventils 30 um 0,5 erhöht und das Lichtventil 30 bei einer Frequenz von 1.440 Hz arbeitet, werden die erste und die zweite Spirallinsenscheibe 20 und 21 unter einer Geschwindigkeit von 2.700 U/min gedreht, um zu dem Lichtventil 30 synchronisiert zu werden.
In der vorliegenden Erfindung kann die Lichteffektivität durch ein Einzelplatten-Projektionssystem unter Verwendung der Verschiebungseinheit 18 maximiert werden.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 10 dargestellt ist, umfasst das Projektionssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 10, ein optisches Rohr 70, das Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, in vorbestimmte, unterschiedliche Wellenlängen aufteilt, die Verschiebungseinheit 18, die drei R-, G- und B-Lichtstrahlen, aufgeteilt durch das optische Rohr 15, verschiebt, und ein Lichtventil 30, das die Strahlen, verschoben durch die Verschiebungseinheit 18, entsprechend einem Bildsignal verarbeitet, um ein Farbbild zu bilden.
Das Projektionssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet das optische Rohr 70 anstelle des optischen Teilers 15, umfassend das erste bis dritte dichroitische Filter 15a bis 15c, verwendet in dem Projektionssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den 3 und 10 bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente, die die Funktionen haben, und deshalb wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen.
Das optische Rohr 70 teilt einfallendes Licht in die vorbestimmten, unterschiedlichen Wellenlängen auf und gibt dann die aufgeteilten Lichtstrahlen unter unterschiedlichen Winkeln ab. Das optische Rohr 70 verhindert auch, dass Licht, das unter einem vorbestimmten Winkel einfällt, in einer Richtung, eine andere als eine erwünschte Richtung, abgegeben wird, so dass eine Lichteffektivität erhöht werden kann.
Um die vorstehend beschriebene Funktion durchzuführen, umfasst, wie in 11 dargestellt ist, das optische Rohr 70 ein erstes bis drittes dichroitisches Prisma 79, 81 und 83, wobei jedes davon Licht reflektiert, das eine bestimmte Wellenlänge besitzt, und Licht transmittiert, das die anderen Wellenlängen besitzt, um so einfallendes Licht Lin erste bis dritte Farblichtstrahlen I₁, I₂ und I₃ aufzuteilen. Hierbei bezeichnet ein Bezugszeichen H eine Abbildungsfläche.
Das erste dichroitische Prisma 79 umfasst einen ersten dichroitischen Spiegel 80, der unter einem Winkel von θ'₁ in Bezug auf eine Achse des einfallenden Lichts I schräg steht. Der erste dichroitische Spiegel 80 reflektiert den ersten Farblichtstrahl I₁ und transmittiert den zweiten und den dritten Farblichtstrahl I₂ und I₃. Zum Beispiel reflektiert der erste dichroitische Spiegel 80 einen R-Lichtstrahl und transmittiert G- und B- Lichtstrahlen.
Das zweite dichroitische Prisma 81 ist an dem ersten dichroitischen Prisma 79 befestigt und umfasst einen zweiten dichroitischen Spiegel 82, der unter einem Winkel von θ'₂ in Bezug auf die Achse des einfallenden Lichts I schräg steht. Das zweite dichroitische Prisma 81 reflektiert den zweiten Farblichtstrahl I₂, zum Beispiel den G-Lichtstrahl, und transmittiert die anderen Farblichtstrahlen.
Das dritte dichroitische Prisma 83 ist an dem zweiten dichroitischen Prisma 81 befestigt und umfasst einen dritten dichroitischen Spiegel 84, der unter einem Winkel von θ'₃ in Bezug auf die Achse des einfallenden Lichts I schräg steht. Das dritte dichroitische Prisma 83 reflektiert den dritten Farblichtstrahl I₃, zum Beispiel, den B-Lichtstrahl, und transmittiert die anderen Farblichtstrahlen. Der dritte dichroitische Spiegel 84 kann gegen einen Total-Reflexionsspiegel ersetzt werden, der das gesamte, einfallende Licht I reflektiert.
Dabei umfasst das erste dichroitische Prisma 79 erste Reflexionsebenen 79a und 79b auf seinen Wänden, um Licht, das auf die ersten Reflexionsebenen 79a und 79b unter einem vorbestimmten Winkel auf das erste dichroitische Prisma 79 einfällt, total zu reflektieren. Genauer gesagt reflektieren die erste und die zweite Reflexionsebene 79a und 79b total Licht, das darauf unter einem Winkel größer als ein vorbestimmter Winkel einfällt, d.h. einen Schwellen-Winkel, und zwar aufgrund einer Differenz zwischen einer Refraktivität des ersten dichroitischen Prismas 79 und einer Refraktivität einer Außenatmosphäre. Die erste und die zweite Reflexionsebene 79a und 79b sind so vorgesehen, um einen Fall zu präparieren, bei dem Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, nicht vollständig parallel durch die Kollimationslinse 14 gemacht wird und divergiert. Mit anderen Worten kann, wenn das Licht I divergent auf das erste dichroitische Prisma 79 einfällt, Licht, das durch die Wände des ersten dichroitischen Prismas 79 hindurchführt und nach außen läuft, verringert werden, und zwar unter Verwendung der ersten und der zweiten Reflexionsebene 79a und 79b, und deshalb kann die Nutzeffektivität des einfallenden Lichts I erhöht werden.
Zusätzlich umfasst das zweite dichroitische Prisma 81 zweite Reflexionsebenen 81a und 81b auf seinen Wänden, und das dritte dichroitische Prisma 83 umfasst dritte Reflexionsebenen 83a und 83b auf seinen Wänden. Die zweite und die dritte Reflexionsebene 81a, 81b, 83a und 83b führen zu derselben Funktion wie die ersten Reflexionsebenen 79a und 79b, und demzufolge wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann, da eine Lichteffektivität unter Verwendung der ersten bis dritten Reflexionsebenen 79a, 79b, 81a, 81b, 83a und 83b erhöht wird, ein Einfluss einer Änderung in einem Wert der Etendue, die sich auf eine konservierte, physikalische Größe bezieht, die die Dimensionen eines Lichtstrahls eines optischen Systems misst, reduziert werden.
Es ist bevorzugt, dass die Winkel θ_1', θ_2' und θ_3' die Formel (1) erfüllen, so dass erste bis dritte Farblichtstrahlen I₁, I₂ und I₃, jeweils reflektiert von dem ersten bis dritten dichroitischen Spiegel 80, 82 und 84, auf die erste, zylindrische Linse 17 konvergiert werden. θ'1 ~> = ~θ'2 ~> = ~'3... (1)
Das optische Rohr 70 ist für ein Projektionssystem geeignet, das, zum Beispiel, eine Mikrospiegelvorrichtung (nicht dargestellt) verwendet, die ein Bild, ungeachtet der Polarisationscharakteristika des einfallenden Lichts, bilden kann, als das Lichtventil 30.
Ein anderes Beispiel des optischen Rohrs 70 ist in den 12 bis 14 dargestellt. In diesem Beispiel umfasst das optische Rohr 70 einen ersten und einen zweiten Teiler 73 und 75 für polarisiertes Licht, die in einer X-Richtung orthogonal zu einer Z-Richtung, in der das Licht fortschreitet, angeordnet sind, eine 1/2-Wellenlängenplatte 77, die nahe zu dem zweiten Teiler 75 für polarisiertes Licht angeordnet ist, um die Richtung einer Polarisation zu ändern, und erste bis dritte dichroitische Prismen 79, 81 und 83, von denen jedes Licht reflektiert, das eine bestimmte Wellenlänge besitzt, und Licht transmittiert, das die anderen Wellenlängen besitzt, um so einfallendes Licht I in erste bis dritte Farblichtstrahlen I₁, I₂ und I₃ aufzuteilen.
Wie 14 zeigt, ist der erste Teiler 73 für einen polarisierten Strahl auf einer Einfallsfläche des ersten dichroitischen Prismas 79 vorgesehen. Der erste Teiler 73 für einen polarisierten Strahl transmittiert einen ersten Lichtstrahl, der eine Polarisation besitzt, unter nicht-polarisiertem weißem Licht, das darauf auffällt, so dass der erste Lichtstrahl zu dem ersten dichroitischen Prisma 79 fortführt, und reflektiert einen zweiten Lichtstrahl, der eine andere Polarisation darunter besitzt, so dass der zweite Lichtstrahl zu dem zweiten Teiler 75 für einen polarisierten Strahl fortführt. Für diesen Vorgang umfasst der erste Teiler 73 für einen polarisierten Strahl ein erstes Polarisationsfilter 74.
14 stellt ein Beispiel dar, in dem, wenn die Lichtquelle 10 weißes Licht abstrahlt, in dem P-polarisiertes Licht mit S-polarisiertem Licht gemischt ist, das erste Polarisationsfilter 74 das P-polarisierte Licht transmittiert und das S-polarisierte Licht reflektiert.
Der zweite Teiler 75 für einen polarisierten Strahl reflektiert den zweiten Lichtstrahl, d.h. das S-polarisierte Licht, reflektiert von dem ersten Teiler 73 für polarisiertes Licht, so dass der zweite Lichtstrahl zu dem ersten dichroitischen Prisma 79 hin fortführt. Der zweite Teiler 75 für einen polarisierten Strahl ändert einfach den Weg des zweiten Lichtstrahls ohne Ändern der Polarisation und macht demzufolge den zweiten Lichtstrahl parallel zu dem ersten Lichtstrahl, transmittiert durch den ersten Teiler 73 für den polarisierten Strahl. Für diesen Vorgang umfasst der zweite Teiler 75 für einen polarisierten Strahl ein zweites Polarisationsfilter 76, das Licht reflektiert, das eine bestimmte Polarisation besitzt, z.B. S-polarisiertes Licht, unter dem einfallenden Licht. Der zweite Teiler 75 für einen pola risierten Strahl kann durch einen total reflektierenden Spiegel ausgeführt werden, der das gesamte, einfallende Licht reflektiert.
Die 1/2-Wellenlängenplatte 77 ändert eine Phase des einfallenden Lichts, das eine vorbestimmte Polarisation besitzt, um 90 Grad, so dass das einfallende Licht, das die vorgegebene, lineare Polarisation besitzt, in Licht geändert wird, das eine andere lineare Polarisation besitzt. In dem Beispiel, das in 14 dargestellt ist, ist die 1/2-Wellenlängenplatte 77 zwischen dem zweiten Teiler 75 für einen polarisierten Strahl und dem ersten dichroitischen Prisma 79 angeordnet und ändert eine Polarisation so, dass die Polarisation des zweiten Lichtstrahls dieselbe wie diejenige des ersten Lichtstrahls wird. Mit anderen Worten ändert die 1/2-Wellenlängenplatte 77 das S-polarisierte Licht, reflektiert von dem zweiten Polarisationsfilter 76, in P-polarisiertes Licht, das dieselbe Polarisationsrichtung wie der erste Lichtstrahl besitzt.
Alternativ kann die 1/2-Wellenlängenplatte 77 zwischen dem ersten Teiler 73 für einen polarisierten Strahl und dem ersten dichroitischen Prisma 79 angeordnet werden, um so die Polarisationsrichtung des ersten Lichtstrahls zu ändern, um dieselbe wie diejenige des zweiten Lichtstrahls zu sein. Da das gesamte Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, aufgrund der 1/2-Wellenlängenplatte 77 verwendet werden kann, erhöht sich die Lichteffektivität.
Das Licht, das eine vorbestimmte Polarisation besitzt, zum Beispiel P-polarisiertes Licht, wird, nach Hindurchführen durch den ersten und den zweiten Teiler 73 und 75 für einen polarisierten Strahl und die 1/2-Wellenlängenplatte 77, in unterschiedliche Wellenlängen durch das erste bis dritte dichroitische Prisma 79, 81 und 83 aufgeteilt. Das erste bis dritte dichroitische Prisma 79, 81 und 83 teilen das einfallende Licht unter Verwendung des ersten bis dritten dichroitischen Spiegels 80, 82 und 84, jeweils, so, wie dies unter Bezugnahme auf 11 beschrieben ist, auf.
Das optische Rohr 70, dargestellt in den 12 bis 14, ist für ein Projektionssystem geeignet, das eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung als das Lichtventil 30 verwendet.
Wie wiederum 10 zeigt, wird, in dem Projektionssystem, das den vorstehend beschriebenen Aufbau besitzt, eine Verschiebung durch das optische Rohr 70 und die Verschiebungseinheit 18 durchgeführt. Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, wird in unterschiedliche Farblichtstrahlen durch das optische Rohr 70 aufgeteilt. Die aufgeteilten, unterschiedlichen Farblichtstrahlen werden unter unterschiedlichen Winkeln durch das optische Rohr 70 abgegeben und fallen auf die erste zylindrische Linse 17 auf. Die Breite der unterschiedlichen Farblichtstrahlen wird durch die erste zylindrische Linse 17 verringert und die unterschiedlichen Farblichtstrahlen, die die schmale Breite haben, fallen auf die erste Spirallinsenscheibe 20 auf. Danach wird ein Divergenz-Winkel der unterschiedlichen Farblichtstrahlen durch den Glasstab 23 und die zweite Spirallinsenscheibe 21 verringert, und dann fallen die unterschiedlichen Farblichtstrahlen auf die zweite zylindrische Linse 24 auf.
Die unterschiedlichen Farblichtstrahlen werden zueinander durch die zweite zylindrische Linse 24 parallel gestaltet. Danach werden die Farblichtstrahlen, die dieselbe Farbe haben, auf das Lichtventil 30 durch das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld 25 und 26 fokussiert, so dass die unterschiedlichen Farblichtstrahlen getrennt Farbbalken auf dem Lichtventil 30 bilden. Die Farbbalken werden kontinuierlich durch die Drehung der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe 20 und 21 verschoben, um so ein Farbbild zu bilden. Das Farbbild, gebildet auf dem Lichtventil 30, wird durch die Projektionsobjektiveinheit vergrößert und auf den Bildschirm 40 projiziert.
Dabei umfasst, in einem Farbbeleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, die Lichtquelle 10 einen optischen Teiler, der Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle 10, in Lichtstrahlen, die unterschiedliche Wellenlängen haben, aufteilt, und die Verschiebungseinheit 18, die die aufgeteilten Lichtstrahlen verschiebt. Der optische Teiler kann das erste bis dritte dichroitische Filter 15a bis 15c umfassen, die unter unterschiedlichen Winkeln schräg stehen, und reflektiert und transmittiert einfallendes Licht entsprechend zu Wellenlängen, oder kann durch das optische Rohr 70, beschrieben unter Bezugnahme auf die 11 bis 12, ausgeführt werden.
Ein Farbbeleuchtungssystem, das den vorstehend beschriebenen Aufbau besitzt, teilt Licht, abgestrahlt von einer Lichtquelle, auf und verschiebt das aufgeteilte Licht für ein Einzelplatten-Projektionssystem, um dadurch eine Bilderzeugung zu erleichtern und eine Lichteffektivität zu erhöhen.
Wie vorstehend beschrieben ist, macht eine Verschiebungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verschieben von Farbbalken möglich und erleichtert eine Synchronisation zwischen einer Verschiebung und einer Arbeitsweise eines Lichtventils, so dass die Verschiebung leicht kontrolliert werden kann. Zusätzlich kann, da die Anzahl von Bauteilen, verwendet dazu, eine Verschiebung vorzunehmen, verringert werden kann, ein Projektionssystem leicht und kostengünstig hergestellt werden. Ein Farbbeleuchtungssystem, das eine Verschiebungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, beleuchtet Farblicht durch eine Spirallinsenscheibe, und deshalb kann eine optische Struktur vereinfacht werden und eine Lichteffektivität kann erhöht werden. Weiterhin kann, da Farbbalken unter Verwendung des Farbbeleuchtungssystems verwendet werden, ein Farbbild in Einheiten von Farbbalken kontrolliert werden. Als eine Folge kann eine Bildqualität erhöht werden.
Zusätzlich kann, da ein Projektionssystem, das den vorstehend beschriebenen Aufbau besitzt, ein Einzelplatten-Verfahren verwendet, eine optische Struktur vereinfacht werden. Da das Einzelplatten-Projektionssystem eine Verschiebungseinheit verwendet, um einfallendes Licht zu verschieben, kann es eine Lichteffektivität so hoch wie ein Dreiplatten-Projektionssystem erreichen. Mit anderen Worten teilt ein Einzelplatten-Projektionssystem, das ein Verschiebungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, weißes Licht gleichzeitig nicht sequenziell in drei Farblichtstrahlen auf und verschiebt die drei Farblichtstrahlen, um ein Farbbild zu bilden, um dadurch eine so hohe Lichteffektivität wie ein Dreiplatten-Projektionssystem zu erreichen.

Claims

Verschiebungseinheit, die aufweist: eine erste Spirallinsenscheibe (20), die eine Mehrzahl zylindrischer Linsenzellen, angeordnet in einem Spiralmuster, aufweist, wobei die erste Spirallinsenscheibe gedreht werden kann; eine zweite Spirallinsenscheibe (21), die so installiert ist, um zu der ersten Spirallinsenscheibe (20) hinzuweisen, und die unter derselben Geschwindigkeit wie die erste Spirallinsenscheibe gedreht werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass ein Glasstab (23) zwischen der ersten und der zweiten Spirallinsenscheibe (20, 21) angeordnet ist.
Farbbeleuchtungssystem, das aufweist: eine Lichtquelle (10), die Licht abstrahlt; einen optischen Teiler (15), der das Licht, abgestrahlt von der Lichtquelle (10), in Lichtstrahlen aufteilt, die unterschiedliche Farben haben; und eine Verschiebungseinheit nach Anspruch 1, wobei, wenn sich die erste und die zweite Spirallinsenscheibe (20, 21) drehen, Wege, auf denen die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, fortschreiten, periodisch geändert werden, und deshalb die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, verschoben werden.
Farbbeleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei der optische Teiler (15) erste bis dritte dichroitische Filter (15a, 15b, 15c), angeordnet Seite an Seite, und unter unterschiedlichen Winkeln schräg stehend, aufweist, wobei jedes des ersten bis dritten dichroitischen Filters (15a, 15b, 15c) einfallendes Licht selektiv entsprechend zu Wellenlängen transmittiert und reflektiert.
Farbbeleuchtungssystem nach Anspruch 2, wobei der optische Teiler (70) aufweist: ein erstes dichroitisches Prisma (79), das einen ersten dichroitischen Spiegel (80) und eine erste Reflexionsebene (79) aufweist, wobei der erste dichroitische Spiegel schräg in Bezug auf eine Achse des einfallenden Lichts steht, einen ersten Farblichtstrahl in dem einfallenden Licht reflektiert und die anderen Farblichtstrahlen transmittiert, wobei die erste Reflexionsebene (79a, 79b) Licht, das unter einem vorgegebenen Winkel einfällt, total reflektiert; ein zweites dichroitisches Prisma (81), das einen zweiten dichroitischen Spiegel (82) und eine zweite Reflexionsebene (81a, 81b) aufweist, wobei der zweite dichroitische Spiegel (81) schräg in Bezug auf die Achse des einfallenden Lichts steht, einen zweiten Farblichtstrahl in Licht, transmittiert durch das erste dichroitische Prisma (79), reflektiert und die anderen Farblichtstrahlen transmittiert, wobei die zweite Reflexionsebene (81a, 81b) Licht, das unter einem vorgegebenen Winkel einfällt, total reflektiert; und ein drittes dichroitisches Prisma (83), das einen dritten dichroitischen Spiegel (84) und eine dritte Reflexionsebene (83a, 83b) aufweist, wobei der dritte dichroitische Spiegel (83) schräg in Bezug auf die Achse des einfallenden Lichts steht, einen dritten Farblichtstrahl in Licht, transmittiert durch das zweite dichroitische Prisma (81), reflektiert, wobei die dritte Reflexionsebene (83a, 83b) Licht, das unter einem vorgegebenen Winkel einfällt, total reflektiert.
Farbbeleuchtungssystem nach Anspruch 4, wobei der optische Teiler (70) weiterhin aufweist: einen ersten Polarisationsstrahlteiler (73), vorgesehen auf einer Einfallsfläche des ersten dichroitischen Prismas (79), wobei der erste Polarisationsstrahlteiler (73) einen ersten Lichtstrahl, der eine Polarisation besitzt, in nicht-polarisiertem, weißen Licht, das darauf auffällt, transmittiert, so dass der erste Lichtstrahl zu dem ersten dichroitischen Prisma (79) fortschreitet, und einen zweiten Lichtstrahl reflektiert, der eine andere Polarisation besitzt; einen zweiten Polarisationsstrahlteiler (75), der den zweiten Lichtstrahl, reflektiert von dem ersten Polarisationsstrahlteiler (73, reflektiert, so dass der zweite Lichtstrahl zu dem ersten dichroitischen Prisma (79) fortführt; und eine ½-Wellenlängenplatte (77), angeordnet zwischen dem ersten dichroitischen Prisma (79) und einem des ersten und des zweiten Polarisationsstrahlteiler (73, 75), wobei die ½-Wellenlängenplatte (77) eine Polarisationsrichtung so ändert, dass der erste und der zweite Lichtstrahl dieselbe Polarisationsrichtung haben, um dadurch das einfallende Licht in Farblichtstrahlen zu ändern, die eine vorgegebene Polarisation haben.
Farbbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, das weiterhin eine Kollimationslinse (14), angeordnet so, dass sie zu einer Einfallsfläche des optischen Teilers (15) hinweist, wobei die Kollimationslinse (14) das einfallende Licht parallel macht, aufweist.
Farbbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei dann, wenn der erste bis dritte dichroitische Spiegel (80, 82, 84) schräg unter Winkeln θ'₁, θ'₂ und θ'₃, jeweils, stehen, sie so installiert sind, um die folgende Formel zu erfüllen: θ'1 ~> = ~θ'2 ~> = ~θ'3
Farbbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, das weiterhin aufweist: eine erste zylindrische Linse (17), angeordnet zwischen dem optischen Teiler (15) und der ersten Spirallinsenscheibe (20), wobei die erste zylindrische Linse (17) eine Breite des Lichts auf der ersten Spirallinsenscheibe (20) verringert; und eine zweite zylindrische Linse (24), die hinter der zweiten Spirallinsenscheibe (21) angeordnet ist, wobei die zweite zylindrische Linse (24) das Licht, das von der zweiten Spirallinsenscheibe einfällt, parallel macht.
Farbbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, das weiterhin diffraktive, optische Elemente jeweils vor und hinter der Verschiebungseinheit (18) aufweist, wobei jedes der diffraktiven, optischen Elemente ein vorbestimmtes Brechungsmuster zum Fokussieren nur von Licht, das in einer bestimmten Richtung einfällt, besitzt.
Farbbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, das weiterhin ein erstes Fly-Eye-Linsenfeld (25) und ein zweites Fly-Eye-Linsenfeld (26) aufweist, die die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, abgegeben von der Verschiebungseinheit (18), entsprechend zu den unterschiedlichen Farben fokussieren.
Farbbeleuchtungssystem nach Anspruch 10, das weiterhin eine Weiterleitungslinse (29) aufweist, die Licht, das durch das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld (25, 26) hindurchgeführt ist, zu einer vorgegebenen Stelle führt.
Projektionssystem, das aufweist: das Farbbeleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9; ein Lichtventil (30), das die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, verschoben durch die Verschiebungseinheit, entsprechend zu einem Bildsignal, um ein Farbbild zu bilden, verarbeitet; und eine Projektionsobjektiveinheit (35), die das Bild, gebildet durch das Lichtventil, vergrößert und auf einen Bildschirm projiziert.
Projektionssystem nach Anspruch 12, das weiterhin ein erstes Fly-Eye-Linsenfeld (25) und ein zweites Fly-Eye-Linsenfeld (26) aufweist, die die Lichtstrahlen, die unterschiedliche Farben haben, ausgegeben von der Verschiebungseinheit (18), auf das Lichtventil, entsprechend zu den unterschiedlichen Farben, fokussiert.
Projektionssystem nach Anspruch 13, das weiterhin eine Weiterleitungslinse (29) aufweist, die Licht, das durch das erste und das zweite Fly-Eye-Linsenfeld (25, 26) hindurchgeführt ist, zu dem Lichtventil (30) führt.