DE602004010573T2

DE602004010573T2 - Lichtleiteinheit, Beleuchtungsvorrichtung und Projektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE602004010573T2
Application number: DE602004010573T
Authority: DE
Inventors: Takashi Suwa-shi TAKEDA; Akira Suwa-shi Hashimoto
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: TW200508781A; TWI289691B; EP1491923B1; CN1573513A; DE602004010573D1; US7645042B2; US20050018149A1; US20080239526A1; EP1491923A1; CN100403156C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtleiteinheit, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Projektionsanzeigevorrichtung.
Priorität wird gegenüber der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-177947 , eingereicht am 23. Juni 2003, und 2003-333548 , eingereicht am 25. September 2003 beansprucht, deren Inhalt hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Als erster Stand der Technik in dem Gebiet von Anzeigevorrichtungen, in welchen die Ansprüche in Bezug auf eine Vergrößerung und Erhöhung der Auflösung hoch sind, ist eine Projektionsanzeigevorrichtung, wie ein Flüssigkristallprojektor oder eine DMD oder dergleichen, als Vorrichtung bekannt, die leicht eine solche Art von Anzeige in großem Maßstab ausführen kann.
Bei dieser Art von Projektionsanzeigevorrichtung werden für gewöhnlich Beleuchtungsvorrichtungen verwendet, in welchen stabförmige Lichtleiteinheiten zwischen der Lichtquelle und den Lichtventilen angeordnet sind. Diese Beleuchtungsvorrichtungen nützen die innere Oberflächenreflexion innerhalb der Lichtleiteinheiten, um die Stärke des Lichts, die von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, über den Lichtventilen gleichförmig zu machen.
Eine solche Art von Beleuchtungsvorrichtung ist zum Beispiel in der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2002-268008 offenbart. Die Beleuchtungsvorrichtung, die in diesem Dokument beschrieben ist, enthält eine Lichtquelle, die Licht ausstrahlt, eine stabförmige Lichtleiteinheit, die die Beleuchtungsverteilung des Lichts, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, gleichförmig macht, ein erstes Linsensystem, das das Licht, das von der Lichtleiteinheit ausgestrahlt wird, leitet, einen Lichtpolarisationserzeugungsabschnitt, der polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Polarisationsrichtung hat, ausstrahlt, und eine zweite Linse, die das polarisierte Licht, das von diesem Lichtpolarisationserzeugungsabschnitt ausgestrahlt wird, auf eine vorbestimmte Beleuchtungsregion fallen lässt.
Wie zuvor beschrieben, wird bei einer solchen herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung eine stabförmige Lichtleiteinheit verwendet, um die Beleuchtungsverteilung des Lichts, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, gleichförmiger zu machen. Bei dieser Art von Lichtleiteinheit muss die Länge der Lichtleiteinheit umso länger gestaltet werden, je mehr ein Wunsch nach Erhöhung der Gleichförmigkeit der Beleuchtungsverteilung besteht. Es entsteht jedoch das Problem, dass, wenn die Länge der Lichtleiteinheit länger gestaltet wird, die Seite und insbesondere die Länge der Beleuchtungsvorrichtung übermäßig wird.
Ferner wird zur Verringerung der Dimensionen der Beleuchtungsvorrichtung die Lichtleiteinheit gebogen und gefaltet, wie in 5 dargestellt ist, dann das Licht, wie durch das Pfeilzeichen E in 5 dargestellt ist, in die Richtung der Lichtquelle durch den gebogenen und gefalteten Abschnitt der Lichtleiteinheit reflektiert, und, wie durch das Pfeilzeichen F in 5 dargestellt ist, das Licht so reflektiert, dass es in einem großen Ausstrahlungswinkel von der Lichtleiteinheit ausgestrahlt wird, so dass es nicht mehr auf die gewünschte Beleuchtungsregion fällt. Mit anderen Worten, es besteht das Problem, dass die Verluste hoch werden, wenn die Beleuchtungsverteilung des Lichts gleichförmiger gestaltet wird.
Als zweiter Stand der Technik, als eine Lichtquelle für einen Flüssigkristallprojektor, wie zum Beispiel in der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2000-56266 dargestellt, gibt es eine Vorrichtung, die eine Lichtpolarisationsumwandlung bei hoher Effizienz durchführt, indem, nach dem Teilen des Lichts von einer Lampe in einen P-polarisierten Lichtstrahl und einen S-polarisierten Lichtstrahl, diese Lichtstrahlen so gelenkt werden, dass sie in ein Ende eines Stangenintegrators fallen, und indem nur das S-polarisierte Licht in dem Licht, das von dem anderen Ende des Stangenintegrators ausgestrahlt wird, durch eine Phasendifferenzplatte, die eine räumliche Verteilung hat und die an dem anderen Ende des Stangenintegrators angeordnet ist, in P-polarisiertes Licht umgewandelt wird.
Ferner gibt es als andere Art von Lichtquelle, wie zum Beispiel in der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2000-75407 offenbart, eine Vorrichtung, die nicht nur Lichtstrahlen von einem Lampenpaar auf ein Paar von Einfallsflächen fallen lässt, die an einem Prisma bereitgestellt sind, dessen Spitzenwinkel etwa 60° ist und das an einem Endabschnitt eines Stangenintegrators gebildet ist, sondern das Licht auch in den Stangenintegrator leitet, indem diese Lichtstrahlen von der Innenseite der gegenüber liegenden Einfallsflächen eine innere Totalreflexion erfahren.
Bei der zuvor beschriebenen Art von Lichtquelle jedoch ist es nicht leicht, die Länge eines der Stangenintegratoren zu erhalten. Mit anderen Worten, wenn das Einfallende des Stangenintegrators als Standard angenommen wird, da die Lampen nun in Richtungen angeordnet sind, die stumpfen Winkeln von mehr als einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Achsenrichtung des Stangenintegrators gegenüber liegen, ist es daher nicht möglich sicherzustellen, dass die Dimensionen des Lichtquelle in Bezug auf die Achsen richtung des Stangenintegrators übermäßig groß werden, so dass es nicht mehr einfach ist, die Dimensionen der Stangenintegratoren lang zu gestalten. Dadurch fällt entweder das Ausmaß, in dem der Stangenintegrator das Beleuchtungslicht gleichförmiger macht, unter den vorbestimmten gewünschten Wert, oder es ist nicht möglich zu verhindern, dass die Gesamtdimensionen der Lichtquelle groß werden, so dass der Freiheitsgrad in der Konstruktion vermindert ist.
Ferner ist bei der zuvor beschriebenen Art von Lichtquelle das räumliche Lichtmodulationselement (das das Beleuchtungsobjekt ist) in der vorderen Richtung des Ausstrahlungsendes des Stangenintegrators angeordnet und daher werden aus denselben Gründen wie zuvor beschrieben entweder die Dimensionen des Lichtquelle oder die Dimensionen des Projektors in Bezug auf die Achsenrichtung des Stangenintegrators groß, so dass es nicht mehr leicht ist, die Dimensionen des Stangenintegrators zu verlängern.
US 2003/0012533 offenbart ein effizientes redundantes Lichtverteilungssystem, das ein redundantes Lichterzeugungsgehäuse enthält, das einer Kollektorgruppe, die an einen Ultraviolett/Rot-Wandler angeschlossen ist, einer Kombinationsgruppe, einer Verteilungsgruppe und mehreren Projektionslinsen Licht bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der zuvor beschriebenen Probleme gemacht und hat als erste Aufgabe, eine Lichtleiteinheit bereitzustellen und eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Projektionsanzeigevorrichtung mit dieser, mit der es zu keinem Verlust an einfallendem Licht kommt, selbst wenn sie gebogen und gefaltet ist, und die die Beleuchtungsverteilung dieses Lichts gleichförmiger gestalten kann; und die vorliegende Erfindung hat auch als zweite Aufgabe, eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Projektionsanzeigevorrichtung, die diese enthält, bereitzustellen, mit der, während eine ausreichend gute Gleich förmigkeit des Beleuchtungslichts durch den Stangenintegrator erreicht wird, auch die Konstruktionsfreiheit höher ist, indem die Dimensionen der Lichtquelle kompakter gestaltet werden, und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der zuvor beschriebenen Aufgabe ist der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lichtleiteinheit, die zwischen einer Lichtquelle und einer Region, die zu beleuchten ist, angeordnet ist, mit einem polygonalen Prisma, das aus einem ersten Medium mit einem ersten Brechungskoeffizienten hergestellt ist, einer ersten Lichtleiteinheit, die Licht lenkt, so dass es auf eine erste Oberfläche des polygonalen Prismas fällt, und einer zweiten Lichtleiteinheit, auf die Licht fällt, das von einer zweiten Oberfläche des polygonalen Prismas ausgestrahlt wird, wobei das polygonale Prisma eine reflektierende Vorrichtung umfasst, die Licht, das in das polygonale Prisma von der ersten Oberfläche fällt, zu der zweiten Oberfläche reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Medium mit einem zweiten Brechungskoeffizienten, der kleiner als der erste Brechungskoeffizient ist, an der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche bereitgestellt ist.
Mit anderen Worten, mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung fällt das Licht, das auf die erste Lichtleiteinheit fällt, auf die erste Oberfläche des polygonalen Prismas. Ein Teil dieses Lichts, das auf das polygonale Prisma fällt, pflanzt sich direkt zu der zweiten Oberfläche fort, aber wenn es auf die zweite Oberfläche in einem großen Einfallswinkel fällt, wird es, aufgrund der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Brechungskoeffizienten an der zweiten Oberfläche zu der reflektiven Vorrichtung intern total reflektiert. Der Rest des Lichts pflanzt sich von der ersten Oberfläche zu der reflektiven Vorrichtung fort.
Ferner pflanzt sich ein Teil des Lichts, das an der reflektiven Vorrichtung reflektiert wurde, zu der ersten Oberfläche fort, aber aufgrund der Tatsache, dass es sich von dem ersten Medium, dessen Brechungskoeffizient hoch ist, zu dem zweiten Medium fortpflanzt, dessen Brechungskoeffizient nieder ist, und ferner da es in einem Einfallswinkel einfällt, der größer als der kritische Winkel ist, der aus den Brechungskoeffizienten des ersten Mediums und des zweiten Mediums bestimmt werden kann, wird es an der ersten Oberfläche zu der zweiten Oberfläche intern total reflektiert. Der Rest des Lichts wird von der reflektiven Vorrichtung zu der zweiten Oberfläche reflektiert. Das Licht, das von der zweiten Oberfläche ausgestrahlt wird, fällt auf die zweite Lichtleiteinheit. Wenn sich das Licht, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, durch die erste Lichtleiteinheit, das polygonale Prisma und die zweite Lichtleiteinheit fortpflanzt, wird seine Beleuchtungsverteilung gleichförmiger, und dann wird es von der zweiten Lichtleiteinheit ausgestrahlt.
Mit anderen Worten, durch Falten der Lichtleiteinheit kann ihre Länge länger gestaltet werden, und dadurch wird es möglich, ein Licht zu erhalten, dessen Beleuchtungsverteilung gleichförmiger ist, der Freiheitsgrad in der Positionierung der Lichtleiteinheit ist auch verbessert, und es wird möglich, die Lichtleiteinheit in einem engeren Raum anzuordnen.
Ferner ist es im Vergleich zu einer Lichtleiteinheit, die einfach gebogen und gefaltet wird, möglich, das Auftreten von Licht, das nicht zur Beleuchtung genutzt werden kann, da seine Ausstrahlungsrichtung in einem zu großen Winkel erfolgt, oder Licht, das nicht genutzt werden kann, da es durch den gebogenen und gefalteten Abschnitt in seiner Einfallsrichtung zurück reflektiert wird, zu verringern oder zu beseitigen. Infolgedessen ist es möglich, die Verluste des Lichts zu verringern, das auf diese Lichtleiteinheit fällt.
Zur Ausführung der zuvor beschriebenen Struktur ist es, konkreter gesagt, wünschenswert, dass das zuvor beschriebene polygonale Prisma ein dreieckiges Prisma ist.
Gemäß einer solchen Struktur enthält das dreieckige Prisma die erste Oberfläche, auf die die notwendige Minimallichtmenge einfällt, die Oberfläche, auf der die reflektive Vorrichtung bereitgestellt ist, und die zweite Oberfläche, wo das Licht ausgestrahlt wird. Daher wird kein nutzloser Raum mehr bereitgestellt, so dass es möglich ist, die Größe der Lichtleiteinheit zu verringern, was besonders erwünscht ist.
Da ferner keine Oberflächen bereitgestellt sind, die nicht genutzt werden, tritt daher kein Licht von solchen Oberflächen aus, und somit wird die Nutzungseffizienz des einfallenden Lichts nicht beeinträchtigt.
Zur Ausführung der zuvor beschriebenen Struktur ist es, konkreter gesagt, auch annehmbar, dass die erste Lichtleiteinheit und die zweite Lichtleiteinheit in einer Röhrenform aus mindestens einem reflektiven Körper mit einer Licht reflektiven Oberfläche, die nach Innen gerichtet ist, gebildet ist, die Innenräume der ersten Lichtleiteinheit und der zweiten Lichtleiteinheit mit dem zweiten Medium gefüllt sind, und Oberflächen der ersten Lichtleiteinheit und der zweiten Lichtleiteinheit, die nicht mit dem reflektiven Körper bereitgestellt sind, eine Einfallsfläche und eine Ausstrahlungsfläche bilden.
Gemäß dieser Struktur wird das Licht, das auf die erste Lichtleiteinheit und die zweite Lichtleiteinheit fällt, von dem reflektiven Körper reflektiert, so dass seine Beleuchtungsverteilung gleichförmiger gestaltet wird. Da das gesamte einfallende Licht von dem reflektiven Körper reflektiert wird, kommt es während einer solchen Reflexion zu keinem Austreten von Licht. Daher ist es möglich, Verluste von einfallendem Licht innerhalb der ersten Lichtleiteinheit und der zweiten Lichtleiteinheit zu unterdrücken.
Zur Ausführung der zuvor beschriebenen Struktur sind die erste Lichtleiteinheit und die zweite Lichtleiteinheit in Form von Stäben aus einem dritten Medium mit einem dritten Brechungskoeffizienten gebildet, wobei der dritte Brechungskoeffizient größer als der Brechungskoeffizient des Mediums ist, das die erste Lichtleiteinheit und die zweite Lichtleiteinheit umgibt, und das zweite Medium zwischen der ersten Lichtleiteinheit und der ersten Oberfläche und zwischen der zweiten Lichtleiteinheit und der zweiten Oberfläche angeordnet ist.
Da gemäß einer solchen Struktur das Licht, das nicht zur Beleuchtung genutzt werden kann, da es in Bezug auf die Längsachsenrichtung der zuvor beschriebenen ersten und zweiten Lichtleiteinheiten einen großen Winkel hat, einen kleinen Einfallswinkel an den Grenzfläche hat, die parallel zu der Längsachsenrichtung ist, geht es daher hindurch, ohne intern total reflektiert zu werden. Der Rest des Lichts pflanzt sich von dem dritten Medium, dessen Brechungskoeffizient groß ist, zu dem umgebenden Medium fort, dessen Brechungskoeffizient klein ist, und wird ferner intern total reflektiert, da es in einem Einfallswinkel einfällt, der größer als der kritische Winkel ist, der aus den Brechungskoeffizienten des dritten Mediums und des umgebenden Mediums bestimmt werden kann.
Daher wird der Anteil des Lichts von dem Licht, das von der zweiten Lichtleiteinheit ausgestrahlt wird, der nicht zur Beleuchtung genutzt werden kann, gering. Mit anderen Worten, es ist möglich die Nutzungseffizienz des Lichts zu verbessern, das von der zweiten Lichtleiteinheit ausgestrahlt wird.
Zur Ausführung der zuvor beschriebenen Struktur sind, konkreter gesagt, Spalten zwischen der ersten Lichtleiteinheit und der ersten Oberfläche und zwischen der zweiten Lichtleiteinheit und der zweiten Oberfläche größer als das Produkt der Wellenlänge des Lichts, das sich durch die erste und zweite Lichtleiteinheit fortpflanzt, und des zweiten Brechungskoeffizienten.
Gemäß einer solchen Struktur sind die Spalten zwischen der ersten Lichtleiteinheit und der ersten Oberfläche und zwischen der zweiten Lichtleiteinheit und der zweiten Oberfläche größer als das Produkt der Wellenlänge des Lichts, das sich durch die erste und zweite Lichtleiteinheit fortpflanzt, und des zweiten Brechungskoeffizienten gebildet. Daher ist die Breite der zuvor beschriebenen Spalten größer als die Eindringungstiefe der abklingenden Wellen gebildet, so dass verhindert werden kann, dass das Licht, das unter den Bedingungen einer internen Totalreflexion einfällt, über diese Spalten geht. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Nutzungseffizienz des einfallenden Lichts zu verbessern.
Ferner ist es für die zuvor beschriebenen Spalten wünschenswert, dass sie enger als 0,1 mm sind, um den Anteil des Lichts zu verringern, der zu der Außenseite der Lichtleiteinheiten von den zuvor beschriebenen Spalten austritt, sowie den Anteil des Lichts, der nicht für die Beleuchtung der zuvor beschriebenen Region, die zu beleuchten ist, genutzt werden kann, da er von der ersten Ausstrahlungsfläche über die zuvor beschriebenen Spalten auf die zweite Einfallsfläche in einem großen Einfallswinkel einfällt.
Zur Ausführung der zuvor beschriebenen Struktur ist, konkreter gesagt, ein erster konvexer Abschnitt ungefähr in einem mittleren Abschnitt einer Oberfläche der ersten Lichtleiteinheit bereitgestellt, die der ersten Oberfläche gegenüber liegt, ein zweiter konvexer Abschnitt ist ungefähr in einem mittleren Abschnitt einer Oberfläche der zweiten Lichtleiteinheit bereitgestellt, die der zweiten Oberfläche gegenüber liegt, und der erste konvexe Abschnitt und die erste Oberfläche stehen in wechselseitigem Kontakt, und der zweite konvexe Abschnitt und die zweite Oberfläche stehen in wechselseitigem Kontakt.
Da gemäß einer solchen Struktur der konvexe Abschnitt der ersten Lichtleiteinheit und die erste Oberfläche und der konvexe Abschnitt der zweiten Lichtleiteinheit und die zweite Oberfläche in wechselseitigem Kontakt stehen, werden daher Spalten zwischen den Abschnitten der ersten Lichtleiteinheit, die ihren zuvor beschriebenen konvexen Abschnitt umgeben und der ersten Oberfläche, und zwischen den Abschnitten der zweiten Lichtleiteinheit, die deren zuvor beschriebenen konvexen Abschnitt umgeben, und der zweiten Oberfläche gebildet. Da die Abschnitte, wo das Licht durch die erste Oberfläche und durch die zweite Oberfläche intern total reflektiert wird, diese umgebenden Randabschnitte sind, sind daher die Abschnitte, wo die Spalten erforderlich sind, diese umgebenden Randabschnitte, und es entsteht kein Problem eines Mangels an interner Totalreflexion, auch wenn keine Spalten an diesen ungefähren mittleren Abschnitten gebildet sind. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Verschlechterung der Nutzungseffizienz des einfallenden Lichts zu verhindern.
Da es ferner möglich ist, die zuvor beschriebenen Spalten durch Einstellen der Höhe der konvexen Abschnitte einzustellen, wird es daher leicht, die Lichtleiteinheiten herzustellen, da es leicht wird, die zuvor beschriebenen Spalten auf diese Weise einzustellen.
Zur Ausführung der zuvor beschriebenen Struktur ist es wünschenswert, eine Reflexionsverhinderungsvorrichtung, die die Reflexion von Licht unterdrückt, auf mindestens einer von der ersten Oberfläche, der zweiten Oberfläche und den Einfallsflächen und den Ausstrahlungsflächen der ersten Lichtleiteinheit und der zweiten Lichtleiteinheit bereitzustellen. Insbesondere ist es wünschenswert, eine Reflexionsverhinderungsschicht für diese Reflexionsverhinderungsvorrichtung zu verwenden.
Gemäß einer solchen Struktur ist es möglich, die Nutzungseffizienz des einfallenden Lichts zu verbessern, da die Reflexion des Lichts zumindest an einer der ersten Oberfläche, der zweiten Oberfläche, den Einfallsflächen der ersten Lichtleiteinheit und der zweiten Lichtleiteinheit und deren Ausstrahlungsflächen verringert ist. Es sollte offensichtlich sein, dass, selbst wenn eine solche Reflexionsverhinderungsvorrichtung bereitgestellt ist, das Licht, das in Winkeln einfällt, die größer als der kritische Winkel zur internen Totalreflexion sind, diese durch die zuvor beschriebene Licht transparente Oberfläche intern total reflektiert wird, so dass kein Verlust in der Nutzungseffizienz des einfallenden Lichts eintritt.
Ferner ist es möglich, durch Nutzung einer Reflexionsverhinderungsschicht als Reflexionsverhinderungsvorrichtung, den Raum zu verringern, der von der Reflexionsverhinderungsvorrichtung eingenommen wird, und daher ist es möglich, die Lichtleiteinheit in einem engeren Raum anzuordnen, als zuvor möglich war.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle und der zuvor beschriebenen Lichtleiteinheit, die zwischen der Lichtquelle und einer zu beleuchtenden Region angeordnet ist.
Unter Nutzung der Lichtleiteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung als Lichtleiteinheit für eine Beleuchtungsvorrichtung, ist es nicht nur möglich, die Gleichförmigkeit der Beleuchtungsverteilung der Bildelemente, die zu projizieren sind, zu verbessern, sondern dies ist auch mit der Hoffnung auf eine Verringerung der Gesamtgröße der Projektionsanzeigevorrichtung vereinbar.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Projektionsanzeigevorrichtung mit der zuvor beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, einer Lichtmodulationsvorrichtung, die das Licht moduliert, das von der Beleuchtungsvorrichtung ausgestrahlt wird, und einer Projektionsvorrichtung, die das Licht projiziert, das von der Lichtmodulationsvorrichtung moduliert wurde.
Durch Verwendung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als Beleuchtungsvorrichtung für eine Projektionsanzeigevorrichtung ist es nicht nur möglich, die Gleichförmigkeit der Beleuchtungsverteilung der Bildelemente, die zu projizieren sind, zu verbessern, sondern dies ist auch mit der Hoffnung auf eine Verringerung der Gesamtgröße der Projektionsanzeigevorrichtung vereinbar.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit (a) einer Lichtquelle, die Licht zur Beleuchtung ausstrahlt; (b) einer Lichtkonzentrationsvorrichtung, die Licht von der Lichtquelle auf einen vorbestimmten Winkelbereich konzentriert, und (c) einer Lichtuniformisierungsvorrichtung, durch die das Licht von der Lichtkonzentrationsvorrichtung geht, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtuniformisierungsvorrichtung aus einem transparenten Material in der Form eines Stabes gebildet ist und an mindestens einem ihrer Enden eine geneigte Endfläche aufweist, die einen Neigungswinkel von etwa 45° in Bezug auf die Achse der Stabform definiert, wobei die Lichtuniformisierungsvorrichtung das Licht von der geneigten Endfläche vollständig intern reflektiert, wenn das Licht durch die Lichtkonzentrationsvorrichtung und entlang der Stabform geht.
Da gemäß diesem Aspekt die Lichtuniformisierungsvorrichtung, die in einer Stabform aus einem Material gebildet ist, das für Licht transparent ist, das Licht von der Lichtquelle, das entlang dieser Stabform geht, von der geneigten Endfläche, die einen Winkel von etwa 45° in Bezug auf diese Seitenfläche der Stabform bildet, intern total reflektiert, ist es somit möglich, das Licht von der Lichtquelle an der Stufe, an der es auf die Lichtuniformisierungsvorrichtung fällt, oder das Licht von der Lichtquelle an der Stufe, an der es von der Lichtuniformisierungsvorrichtung ausgestrahlt wird, in die Richtung zu lenken, die annähernd senkrecht zu der Achsenrichtung der Stabform ist, ohne eine reflektive Schicht, die durch Beschichten gebildet wird, zu verwenden. Daher ist es möglich, nicht nur eine Vergrößerung der Dimension der Lichtquelle, die dieses Lichtuniformisierungsmittel und diese Lichtquelle enthält, in Bezug auf die Axialrichtung der Stabform leicht zu unterdrücken, sondern auch das Licht von der Lichtquelle, das durch das Lichtuniformisierungsmittel gegangen ist, ausreichend gleichförmig zu machen. Hier dient die Stabform, die aus einem Licht transparenten Material besteht, als Stangenintegrator zur Ausführung einer Wellenfrontteilung und Überlagerung des Lichts von der Lichtquelle, und da es ferner möglich ist, das Licht von der Lichtquelle an den Seitenflächen der Stabform in der Nähe der geneigten Endfläche intern total zu reflektieren, bevor oder nachdem es auf die geneigte Endfläche fällt, ist es somit möglich, die Wirkung, das Licht von der Lichtquelle durch eine weitere Stufe gleichförmiger zu machen, zu verstärken, da die Länge des Stangenintegrators in der Praxis effektiv erhöht wurde.
Bei diesem Aspekt kann ferner die stabförmige transparente Lichtuniformisierungsvorrichtung in einer Stabform gebildet sein, die ein Paar von Seitenflächen aufweist, die wechselseitig parallel sind, und ein zweites Paar von Seitenflächen, die wechselseitig parallel und auch orthogonal zu dem ersten Paar von Seitenflächen sind, und die geneigte Endfläche ist orthogonal zu dem ersten Paar von Seitenflächen und definiert einen Winkel von etwa 45° in Bezug auf das zweite Paar von Seitenflächen. In diesem Fall ist es möglich, die Beleuchtung eines Objekts, das zu beleuchten ist, das eine rechteckige Form, wie ein Anzeigeschirm oder dergleichen hat, simpel und einfach auszuführen.
Ferner ist bei diesem Aspekt die stabförmige transparente Lichtuniformisierungsvorrichtung an mindestens einem Ende ihres viereckigen, stabförmigen Stangenintegratorhauptkörpers als rechtwinkeliger Prismenabschnitt gebildet ist, wobei die geneigte Endfläche ihre Seitenfläche ist, die der Hypotenuse entspricht.
Ferner kann bei diesem Aspekt die stabförmige transparente Lichtuniformisierungsvorrichtung vorzugsweise aus einem Glasmaterial gebildet sein, mit einem derartigen Brechungskoeffizienten, dass die totale interne Reflexion an der geneigten Endfläche für den vorbestimmten Winkelbereich und den Neigungswinkel erreicht wird. In diesem Fall wird es möglich, das Flüssigkristallventil oder dergleichen durch Reflexion des Lichtquellenlichts von der geneigten Endfläche ohne irgendwelche Verluste ausreichend zu beleuchten.
Ferner kann bei diesem Aspekt die Lichtkonzentrationsvorrichtung das Licht von der Lichtquelle in die Lichtuniformisierungsvorrichtung über einen transparenten Fensterflächenabschnitt auf eine des zweiten Paares von Seitenflächen lenken, die der geneigten Endfläche gegenüber liegt. In diesem Fall bildet der transparente Fenster flächenabschnitt, der der geneigten Endfläche gegenüber liegt, die Einfallsöffnung für das Licht von der Lichtquelle, und das Licht von der Lichtquelle, das hier einfällt, wird durch Wellenfrontteilung und Überlagerung gleichförmiger, die durchgeführt werden, während es effizient innerhalb der Stabform eingeschlossen ist, die aus transparentem Material besteht, so dass es von dem anderen Ende der viereckigen Stabform ausgestrahlt werden kann.
Ferner kann bei diesem Aspekt die Lichtkonzentrationsvorrichtung bewirken, dass mindestens ein Hauptabschnitt des Lichts von der Lichtquelle über den transparenten Fensterflächenabschnitt auf die geneigte Endfläche entweder direkt oder indirekt fällt. In diesem Fall ist es möglich, dass Licht von der Lichtquelle auf die geneigte Endfläche ohne Verlust fällt, so dass es möglich wird, das Flüssigkristallventil oder dergleichen effizient zu beleuchten.
Ferner reflektiert gemäß dem konkreten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Lichtuniformisierungsvorrichtung das Licht, das entlang der Stabform gegangen ist, von der geneigten Endfläche, und strahlt das Licht nach außen über einen transparenten Fensterflächenabschnitt auf eine des zweiten Paares von Seitenflächen aus, die der geneigten Endfläche gegenüber liegt. In diesem Fall wird der transparente Fensterflächenabschnitt, der der geneigten Endfläche gegenüber liegt zur Ausstrahlungsöffnung für das Licht von der Lichtquelle, so das es möglich ist, das Licht von der Lichtquelle, das entlang der Stabform gegangen ist, die aus einem transparenten Material besteht, und das von der Ausstrahlungsöffnung ausgestrahlt wird, effizient gleichförmiger zu machen.
Ferner kann gemäß einem konkreten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Lichtquelle eine Festkörperlichtquelle sein, wie eine LED, ein organisches EL-Element oder dergleichen. In diesem Fall ist es zusätzlich zu der freien Kontrolle der Wellenlänge und der Stärke des Lichts von der Lichtquelle auch möglich, die Größe der Lichtquelle zu verringern und deren Stromverbrauch zu verringern.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Projektionsanzeigevorrichtung mit (a) der zuvor beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, (b) einer räumlichen Lichtmodulierungsvorrichtung, die durch Beleuchtungslicht beleuchtet wird, das von der Beleuchtungsvorrichtung ausgestrahlt wurde, und die das Beleuchtungslicht moduliert, um ein optisches Bild zu erzeugen, und (c) einem optischen Projektionssystem, das das optische Bild, das von der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung erzeugt wird, projiziert. Hier wird eine erste Projektionsanzeigevorrichtung vorgeschlagen, in der in der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung ein Anzeigelement, wie ein Flüssigkristalllichtventil, eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD) oder dergleichen enthalten ist.
Da bei der zuvor beschriebenen Projektionsanzeigevorrichtung die Beleuchtungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung wie zuvor beschrieben verwendet werden, ist es zusätzlich zur Vermeidung einer Vergrößerung der Dimensionen des optischen Projektionssystems aufgrund der Verlängerung der Beleuchtungsvorrichtung auch möglich, Bildelemente hoher Qualität bei hoher Helligkeit zu projizieren, indem das Licht von der Lichtquelle gleichförmiger gestaltet wird.
Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Projektionsanzeigevorrichtung mit (a) mehreren Beleuchtungsvorrichtungen für verschiedene Farben, von welchen jede die zuvor beschriebene Beleuchtungsvorrichtung ist, (b) einer räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung für jede der verschiedenen Farben, die durch das Beleuchtungslicht ihrer entsprechenden Farbe beleuchtet wird, das von der entsprechenden der Beleuchtungsvorrichtungen ausgestrahlt wurde, und das Beleuchtungslicht moduliert, um ein optisches Bild der entsprechenden Farbe zu erzeugen, (c) einem optischen Lichtkombinationssystem, das die optischen Bilder der verschiedenen Farben kombiniert, die durch die räumlichen Lichtmodulationsvorrichtungen der entsprechenden Farben moduliert sind, und (d) einem optischen Projektionssystem, das ein optisches Bild, das durch die Kombination des optischen Lichtkombinationssystems erzeugt wird, projiziert.
Da bei der zuvor beschriebenen zweiten Projektionsanzeigevorrichtung die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wie zuvor beschrieben verwendet wird, ist es zusätzlich zur Vermeidung einer Vergrößerung der Dimensionen des optischen Projektionssystems aufgrund der Verlängerung der Beleuchtungsvorrichtung auch möglich, Bildelemente hoher Qualität bei hoher Helligkeit zu projizieren, indem das Licht von der Lichtquelle gleichförmiger gestaltet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Figur, die eine Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Figur, die die Struktur eines Stangenintegrators zeigt, der in dieser Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
3 ist eine schematische Figur, die die Struktur eines Stangenintegrators zeigt, der in der Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
4 ist eine schematische Figur, die eine Ausführungsformvariante dieses Stangenintegrators zeigt, der in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
5 ist eine schematische Figur, die die Struktur eines Stangenintegrators nach dem Stand der Technik zeigt.
6 ist eine schematische Figur, die eine Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7A und 7B sind eine Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht, die ein optisches Integratorsystem zeigen.
8 ist eine erklärende Figur zur Erklärung eines rechtwinkeligen Prismenendabschnitts des optischen Integratorsystems von 7A und 7B.
9 ist eine erklärende Figur zur Erklärung der wesentlichen Abschnitte einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine erklärende Figur zur Erklärung der wesentlichen Abschnitte einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine erklärende Figur zur Erklärung der wesentlichen Abschnitte einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12A und 12B sind eine Draufsicht beziehungsweise Seitenansicht, die einen Integrator zeigen.
13A bis 13C sind erklärende Figuren zur Erklärung der wesentlichen Abschnitte einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
In der Folge wird die erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
1 ist eine schematische Figur, die die Struktur einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 dargestellt ist, enthält die Projektionsanzeigevorrichtung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen einzelne Beleuchtungsvorrichtungen 11r, 11g und 11b, die jeweils imstande sind, Strahlen von R, G und B farbigem Licht auszustrahlen; Flüssigkristalllichtventile (Lichtmodulationsvorrichtung) 31, 32 und 33, die den R, G beziehungsweise B Lichtstrahlen entsprechen, die von den Beleuchtungsvorrichtungen 11r, 11g beziehungsweise 11b ausgestrahlt werden; ein kreuzdichroitisches Prisma 35, das die R, G und B Lichtstrahlen kombiniert, die von den Flüssigkristalllichtventilen 31, 32 beziehungsweise 33 moduliert wurden; und eine Projektionslinse (Projektionsvorrichtung) 41, die das erhaltene kombinierte Strahlenbündel auf einen Schirm S projiziert.
Die Beleuchtungsvorrichtungen 11r, 11g und 11b sind im Prinzip von derselben Struktur, und daher wird hier als Beispiel nur die Beleuchtungsvorrichtung 11r erklärt.
2 ist eine schematische Figur, die die Struktur des Stangenintegrators 50 zeigt.
Die Beleuchtungsvorrichtung 11r, wie in 1 dargestellt, enthält eine LED (eine Lichtquelle) 12r, die rotes Licht ausstrahlen kann, und einen Stangenintegrator (eine Lichtleiteinheit) 50, der die Verteilung der Beleuchtung, die von der LED 12r ausgestrahlt wird, gleichförmig macht.
Dieser Stangenintegrator 50, wie in 2 dargestellt ist, enthält eine einfallsseitige Stablinse (eine erste Lichtleiteinheit) 51, auf die das rote Licht, das von der LED 12r ausgestrahlt wird, fällt, ein dreieckiges Prisma (ein polygonales Prisma) 52, das das rote Licht beugt (faltet), das von der einfallsseitigen Stablinse 51 ausgestrahlt wurde, und ein ausstrahlungsseitige Stablinse (eine zweite Lichtleiteinheit) 53, die das rote Licht, das von dem dreieckigen Prisma 52 gebeugt wurde, zu dem Flüssigkristalllichtventil 31 ausstrahlt.
Die einfallssseitige Stablinse 51 wird durch Kombinieren von vier reflektiven Platten (reflektiven Körpern) 54 zu einer Rohrform gebildet, deren reflektive Oberflächen nach innen weisen, und durch Füllen der Innenseite dieser Rohrform mit Luft (einem zweiten Medium) (dessen Brechungskoeffizient etwa 1,0 ist). Zusätzlich wird die ausstrahlungsseitige Stablinse 53 auf dieselbe Weise als Kombination von vier reflektiven Platten 54 gebildet und ihr Innenraum wird auch mit Luft gefüllt.
Das dreieckige Prisma 52 besteht aus Glas (einem ersten Medium), dessen Brechungskoeffizient einen Wert zwischen etwa 1,45 und 1,92 hat, der sich abhängig von der Art des Glases unterscheidet. Dieses dreieckige Prisma 52 hat eine Einfallsfläche (eine erste Oberfläche) 55, die zu der einfallsseitigen Stablinse 51 weist, eine Ausstrahlungsfläche (eine zweite Oberfläche) 56, die zu der ausstrahlungsseitigen Stablinse 53 weist, und eine reflektive Oberfläche 57, die mit einer reflektiven Schicht (einer reflektiven Vorrichtung) 57a bereitgestellt ist, die sich neben der oben genannten Prismeneinfallsfläche 55 und Prismenausstrahlungsfläche 56 befindet. Reflexionsverhinderungsschichten 58 sind auf der Prismeneinfallsfläche 55 und auf der Prismenausstrahlungsfläche 56 bereitgestellt, und sie begrenzen das Reflexionsverhältnis des Lichts, das auf diese Oberflächen fällt. Diese Reflexionsverhinderungsschichten 58 unterdrücken die Reflexion von Licht, das in Winkeln von kleiner dem kritischen Totalreflexionswinkel einfällt (der aus den Brechungskoeffizienten des Glases und der Luft bestimmt werden kann), für die Prismeneinfallsfläche 55 und die Prismenausstrahlungsfläche 56, und sie bestehen aus einem Material, das die Totalreflexion von Licht nicht behindert, das in größeren Winkeln als dem kritischen Winkel einfällt.
Es sollte offensichtlich sein, dass zweckdienlich dafür gesorgt wird, dass die Eigenschaft des Materials, aus dem das dreieckige Prisma 52 besteht, derart ist, dass sein Brechungskoeffizient größer als der Brechungskoeffizient des Materials ist, das die Innenräume der einfallsseitigen Stablinse 51 und der ausstrahlungsseitigen Stablinse 53 füllt; in diesem Fall ist zum Beispiel ein transparentes Harz annehmbar. Des Weiteren wird zweckdienlich dafür gesorgt, dass die Eigenschaft des Materials, das die Innenräume der einfallsseitigen Stablinse 51 und der ausstrahlungsseitigen Stablinse 53 füllt, derart ist, dass sein Brechungskoeffizient geringer als der Brechungskoeffizient des Materials ist, aus dem das dreieckige Prisma hergestellt ist; in diesem Fall ist zum Beispiel ein Siliziumgel annehmbar. Ferner ist das dreieckige Prisma 52 nicht auf jenes beschränkt, in dem eine Reflexionsverhinderungsschicht 58 an der Prismeneinfallsfläche 55 und der Prismenausstrahlungsfläche 56 bereitgestellt ist; es wäre auch annehmbar, wenn eine solche Reflexionsverhinderungsschicht nur auf der einen oder anderen der Prismeneinfallsfläche 55 und der Prismenausstrahlungsfläche 56 bereitgestellt ist.
Die Flüssigkristalllichtventile 31, 32 und 33 enthalten jeweils eine Flüssigkristallplatte, eine einfallsseitige Polarisierungsplatte (in den Zeichnungen nicht dargestellt) und eine ausstrahlungsseitige Polarisierungsplatte (ebenfalls in den Zeichnungen nicht dargestellt), und in dieser Flüssigkristallplatte wird eine TN (Twisted Nematic), transparente Flüssigkristallzelle mit aktivem Matrixmodus verwendet, die Dünnfilmtransistoren (in der Folge als TFTs abgekürzt) als Bildelementschaltelemente verwendet.
Das kreuzdichroitische Prisma 35 besteht aus vier rechtwinkeligen Prismen, die wechselseitig aneinander geklebt sind, und an deren Innenflächen ein dielektrischer mehrschichtiger Film, der rotes Licht reflektiert, und ein dielektrischer mehrschichtiger Film, der blaues Licht reflektiert, in Kreuzform gebildet sind.
Anschließend wird der Betrieb der Projektionsvorrichtung, die wie zuvor beschrieben konstruiert ist, erklärt.
Da der Betrieb aller drei Beleuchtungsvorrichtungen 11r, 11g und 11b im Prinzip exakt derselbe ist, wird hier nur der Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung 11r als Beispiel erklärt.
In der Beleuchtungsvorrichtung 11r fällt das färbige Licht R, das von der LED 12r ausgestrahlt wird, wie in 1 dargestellt ist, auf die einfallsseitige Stablinse 51. Dieses färbige Licht, das in die einfallsseitige Stablinse 51 gefallen ist, pflanzt sich fort, während es von der reflektiven Platte 54 reflektiert wird, und wird ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde.
Der größere Anteil des färbigen Lichts, das von der einfallsseitigen Stablinse 51 ausgestrahlt wird, fällt auf die Prismeneinfallsfläche 55 in einem Einfallswinkel, der kleiner als der kritische Winkel der Prismeneinfallsfläche 55 ist, so dass es durch die Reflexionsverhinderungsschicht 58 geht, und pflanzt sich von der Prismeneinfallsfläche 55 innerhalb des dreieckigen Prismas 52 fort. Dieses färbige Licht, das sich innerhalb des dreieckigen Prismas 52 fortgepflanzt hat, wird zu der Prismenausstrahlungsfläche 56 durch die reflektive Schicht 57a auf der reflektive Oberfläche 57 reflektiert, und fällt auf die Prismenausstrahlungsfläche 56 in einem Einfallswinkel, der kleiner als der kritische Winkel der Prismenausstrahlungsfläche 56 ist. Dieses färbige Licht, das auf die Prismenausstrahlungsfläche 56 gefallen ist, geht durch die Reflexionsverhinderungsschicht 58 und wird von der Prismenausstrahlungsfläche 56 zu der ausstrahlungsseitigen Stablinse 53 ausgestrahlt.
Dieses färbige Licht, das von der Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt wird, fällt auf die ausstrahlungsseitige Stablinse 53 und pflanzt sich fort, während es von der reflektiven Platte 54 reflektiert wird, und wird zu dem Flüssigkristalllichtventil 31 ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde.
Ferner wird in Bezug auf das färbige Licht, das auf die einfallsseitige Stablinse 51 gefallen ist, das färbige Licht, das sich entlang dem Pfad fortgepflanzt hat, der in 2 durch das Pfeilzeichen A dargestellt ist, von der reflektiven Oberfläche 57 reflektiert und fällt auf die Prismeneinfallsfläche 55 von der Innenseite des dreieckigen Prismas 52. Dieses färbige Licht, das auf die Prismeneinfallsfläche 55 fällt, fällt von der Glasseite, deren Brechungskoeffizient größer ist, zu der Luftseite, deren Brechungskoeffizient der kleinere ist, und wird ferner total reflektiert, da es auf die Prismeneinfallsfläche 55 in einem Einfallswinkel fällt, der größer als der kritische Winkel ist, und pflanzt sich daher zu der Prismenausstrahlungsfläche 56 fort, und wird von dieser ausgestrahlt.
Dieses färbige Licht, das von der Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt wird, fällt auf die ausstrahlungsseitige Stablinse 53 und wird zu dem Flüssigkristalllichtventil 31 ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde.
Ferner fällt das färbige Licht, das sich entlang dem Pfad fortgepflanzt hat, der in 2 durch das Pfeilzeichen B dargestellt ist, von der Prismeneinfallsfläche 55 in das dreieckige Prisma 52 und fällt direkt auf die Prismenausstrahlungsfläche 56. Dieses färbige Licht, das auf die Prismenausstrahlungsfläche 56 fällt, fällt von der Glasseite, deren Brechungskoeffizient größer ist, zu der Luftseite, deren Brechungskoeffizient der kleinere ist, und wird ferner total reflektiert, da es in einem Einfallswinkel einfällt, der größer als der kritische Winkel ist, und pflanzt sich daher zu der reflektiven Oberfläche 57 fort. Dieses färbige Licht, das somit auf die reflektive Oberfläche 57 fällt, wird zu der Prismenausstrahlungsfläche 56 reflektiert und von dieser Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt. Und dieses färbige Licht, das von der Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt wird, fällt in die ausstrahlungsseitige Stablinse 53 und wird zu dem Flüssigkristalllichtventil 31 ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde.
Wie zuvor beschrieben, fallen die Strahlen aus rotem, grünem und blauem färbigen Licht, die von den Beleuchtungsvorrichtungen 11r, 11g beziehungsweise 11b ausgestrahlt werden, wie in 1 dargestellt ist, auf die Flüssigkristalllichtventile 31, 32 und 33 für die jeweiligen Farben. Diese Strahlen gefärbten Lichts, die derart eingefallen sind, werden von diesen Flüssigkristalllichtventilen 31, 32 und 33 moduliert und zu dem kreuzdichroitischen Prisma 35 ausgestrahlt. Die Lichtstrahlen, die derart moduliert wurden, werden von dem kreuzdichroitischen Prisma 35 kombiniert und zu der Projektionslinse 41 ausgestrahlt.
Diese Projektionslinse 41 projiziert den kombinierten Stahl aus färbigem Licht zu dem Schirm S in vergrößerter Form.
Gemäß der zuvor beschriebenen Struktur wird deren Länge durch den gebogenen Stangenintegrator 50 erhöht und dadurch ist es möglich, Licht zu erhalten, dessen Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde, und es ist auch möglich, den Stangenintegrator 50 in einem begrenzten Raum anzuordnen, wodurch die Freiheit der Anordnung des Stangenintegrators erhöht ist.
Ferner ist durch einen Vergleich mit einer Vorrichtung, in der der Stangenintegrator 50 einfach gebogen ist, möglich, Licht zu beseitigen, das für die Beleuchtung der Flüssigkristalllichtventile 31, 32 und 33 nicht genutzt werden kann, das die Ausstrahlungsrichtung eines solchen Lichts zu groß geworden ist, oder Licht, das durch den gebogenen Abschnitt in der Einfallsrichtung des Lichts reflektiert wird und somit nicht genutzt werden kann. Daher ist es möglich, einen Verlust des Lichts, das auf den Stangenintegrator 50 fällt, zu beseitigen.
Das dreieckige Prisma 52 besteht nur aus der Prismeneinfallsfläche 55, auf die die minimale notwendige Menge an färbigem Licht einfällt, der reflektiven Oberfläche 57, auf der die reflektive Schicht 57a bereitgestellt ist, und die Prismenausstrahlungsfläche 56, an der das färbige Licht ausgestrahlt wird. Daher kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft in der Herstellung eines kompakten Stangenintegrators angewendet werden, der keinen unnötigen Raum erfordert.
Da ferner die Vorrichtung keine Oberflächen aufweist, die nicht genutzt werden, kann somit kein Licht von solchen Oberflächen austreten, und daher wird die Nutzungseffizienz des Lichts, das auf diesen Stangenintegrator 50 fällt, durch ein solches Austreten nicht beeinträchtigt.
Es ist möglich, die Nutzungseffizienz des Lichts zu verbessern, das auf den Stangenintegrator 50 fällt, indem die Reflexionsverhinderungsschicht 58 bereitgestellt wird, da die Reflexion des Lichts, das in Winkeln einfällt, die kleiner als die kritischen Winkel für die Primeneinfallsfläche 55 und die Prismenausstrahlungsfläche 56 sind, verringert ist. Es sollte offensichtlich sein, das es zu keinem Verlust an der Nutzungseffizienz des Lichts kommt, das auf den Stangenintegrator fällt, selbst wenn die reflektive Schicht 58 bereitgestellt ist, da es keine Behinderung in der Totalreflexion des Lichts gibt, das in Winkeln einfällt, die größer als der kritische Winkel sind.
Die Beleuchtungsverteilungen des Lichts, das auf die einfallsseitige Stablinse 51 fällt, und des Lichts, das auf die ausstrahlungsseitige Stablinse 53 fällt, werden durch diese Reflexion von der reflektiven Platte 54 gleichförmiger gemacht. Da das gesamte Licht, das auf die reflektive Platte 54 fällt, reflektiert wird, kommt es zu keinem Austreten des Lichts, wenn es reflektiert wird. Daher ist es möglich, jeden Verlust des Lichts zu verhindern, das auf die einfallsseitige Stablinse 51 und auf die ausstrahlungsseitige Stablinse 53 fällt.
(Zweite Ausführungsform)
In der Folge wird die zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
Die Grundstruktur dieser Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dieselbe wie jene der Projektionsanzeigevorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform, aber die Struktur der Stangenintegratoren unterscheidet sich von jener der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Daher werden für diese zweite bevorzugte Ausführungsform nur die Teile in der Nähe der Stangenintegratoren unter Verwendung der 3 und 4 erklärt, und die Erklärungen der Flüssigkristalllichtventile und so weiter, wird eingeschränkt.
3 ist eine schematische Figur, die die Struktur eines der Stangenintegratoren 60 zeigt, die in dieser Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind, der dem roten Licht entspricht; die Strukturen der entsprechenden Stangenintegratoren für das grüne Licht und für das blaue Licht sind gleich, und werden somit nicht eigens beschrieben.
Dieser Stangenintegrator (die Lichtleiteinheit) 60, der in 3 dargestellt ist, enthält eine einfallsseitige Stablinse (eine erste Lichtleiteinheit) 61, auf die das färbige Licht, das von der LED 12r ausgestrahlt wird, fällt, ein dreieckiges Prisma 52, das dieses Licht faltet und beugt, das von der einfallsseitigen Stablinse 61 ausgestrahlt wurde, und eine ausstrahlungsseitige Stablinse (eine zweite Lichtleiteinheit) 63, von der das färbige Licht, das derart gebeugt und gefaltet wurde, zu dem Flüssigkristalllichtventil 31 ausgestrahlt wird.
Die einfallsseitige Stablinse 61 und die ausstrahlungsseitige Stablinse 63 werden in der Form rechtwinkeliger Säulen unter Verwendung eines Glases (eines dritten Mediums) gebildet, deren Brechungskoeffizient einen Wert zwischen etwa 1,45 und etwa 1,92 entsprechend der Art von Glas hat. Entlang der Oberfläche der einfallsseitigen Stablinse 61, die der LED 12r zugewandt ist, die als erste Einfallsfläche 66 gebildet ist, auf die das rote Licht einfällt, ist dieses einfallsseitige Stablinse 61 auch mit einer ersten Ausstrahlungsfläche 61 versehen, die der Primeneinfallsfläche 55 des dreieckigen Prismas 52 zugewandt ist, die das rote Licht ausstrahlt. Ebenso ist zusätzlich entlang der Oberfläche der ausstrahlungsseitigen Stablinse 63, die der Prismenausstrahlungsfläche 56 des dreieckigen Prismas 52 zugewandt ist, die als zweite Einfallsfläche 68 gebildet ist, die Oberfläche dieser ausstrahlungsseitigen Stablinse 63, die dem Flüssigkristalllichtventil 31 zugewandt ist, auch als zweite Ausstrahlungsfläche 69 gebildet, die rotes Licht ausstrahlt. Zusätzlich sind Reflexionsverhinderungsschichten 68 auf dieser ersten Einfallsfläche 66, dieser ersten Ausstrahlungsfläche 67, dieser zweiten Einfallsfläche 68 und dieser zweiten Ausstrahlungsfläche 69 bereitgestellt.
Es sollte offensichtlich sein, dass die einfallsseitige Stablinse 61 und die ausstrahlungsseitige Stablinse 63 nicht als auf jene eingeschränkt angesehen werden sollen, auf welchen Reflexionsverhinderungsschichten 58 über der gesamten ersten Einfallsfläche 66, der ersten Ausstrahlungsfläche 67, der zweiten Einfallsfläche 68 und der zweiten Ausstrahlungsfläche 69 wie zuvor beschrieben bereitgestellt sind; es wäre annehmbar, dass mindestens eine dieser Flächen mit einer solchen Reflexionsverhinderungsschicht bereitgestellt ist.
Ferner ist ein Spalt L zwischen der ersten Ausstrahlungsfläche 67 und der Primeneinfallsfläche 55 bereitgestellt und ein ähnlicher Spalt L ist zwischen der zweiten Einfallsfläche 68 und der Primenausstrahlungsfläche 56 bereitgestellt und diese Spalten sind mit Luft gefüllt. In Bezug auf die Dimensionen dieser Spalten L sind diese zwischen einem unteren Grenzwert des Produkts der Wellenlänge des färbigen Lichts, das sich durch sie hindurch fortpflanzt (d. h., in diesem Fall des roten Lichts) und des Brechungskoeffizienten von Luft, und einem oberen Grenzwert von etwa 0,1 mm gebildet.
Es sollte offensichtlich sein, dass die Eigenschaft des Materials, aus dem diese einfallsseitige Stablinse 61 und diese ausstrahlungsseitige Stablinse 63 gebildet sind, so gebildet ist, dass es einen Brechungskoeffizient aufweist, der höher als der Brechungskoeffizient des Materials ist, das um diese vorhanden ist (in diesem Fall, Luft) und dieses Material kann zum Beispiel ein transparentes Harz sein.
Ferner wird als Material, das die Spalten L füllt, zweckdienlich dafür gesorgt, dass es sich um ein Material handelt, das einen Brechungskoeffizienten aufweist, der geringer als der Brechungskoeffizient des Materials ist, aus dem das dreieckige Prisma 52 hergestellt ist; zum Beispiel kann ein Siliziumgel verwendet werden.
4 ist eine schematische Figur, die eine Ausführungsformvariante dieses Stangenintegrators zeigt, der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Es sollte offensichtlich sein, dass, wie in 4 dargestellt ist, ein erster konvexer Abschnitt 65a ungefähr in dem mittleren Abschnitt der ersten Ausstrahlungsfläche 67 gebildet ist, und ein zweiter konvexer Abschnitt 65b auf ähnliche Weise ungefähr in der Mitte der zweiten Einfallsfläche 68 gebildet ist und die Elemente so angeordnet sein können, dass der erste konvexe Abschnitt 65a der ersten Ausstrahlungsfläche 67 sich mit der Primeneinfallsfläche 55 in Kontakt befindet, und dass sich ebenso der zweite konvexe Abschnitt 65b der zweiten Einfallsfläche 68 mit der Primeneinfallsfläche 56 in Kontakt befindet.
Anschließend wird der Betrieb des Stangenintegrators 60 mit der zuvor beschriebenen Struktur erklärt.
Das rote Licht, das auf die einfallsseitige Stablinse 61 von der ersten Einfallsfläche 66 durch deren Reflexionsverhinderungsschicht 58 fällt, pflanzt sich fort, während es von den Grenzflächen, die parallel zu der Längsachsenrichtung der einfallsseitigen Stablinse 61 liegen, intern total reflektiert wird, und wird von der ersten Ausstrahlungsfläche 67 durch deren Reflexionsverhinderungsschicht 58 ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde.
Das rote Licht, das von der ersten Ausstrahlungsfläche 67 ausgestrahlt wurde, fällt auf die Primeneinfallsfläche 55 in einem Einfallswinkel, der geringer als der kritische Winkel an dieser Primeneinfallsfläche 55 ist, und geht durch die Reflexionsverhinderungsschicht 58 und wird von der Primeneinfallsfläche 55 innerhalb des dreieckigen Prismas 52 fortgepflanzt. Dieses rote Licht, das sich innerhalb des dreieckigen Prismas 52 fortpflanzt, wird von der reflektiven Schicht 57a auf der reflektiven Oberfläche 57 zu der Prismenausstrahlungsfläche 56 reflektiert, und fällt auf die Prismenausstrahlungsfläche 56 in einem Winkel, der kleiner als der kritische Winkel an dieser Prismenausstrahlungsfläche 56 ist. Und dieses rote Licht, das somit auf die Prismenausstrahlungsfläche 56 fällt, geht durch die Reflexionsverhinderungsschicht 58 und wird von der Prismenausstrahlungsfläche 56 zu der zweiten Einfallsfläche 68 ausgestrahlt.
Das rote Licht, das von der Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt wird, fällt auf die zweite Einfallsfläche 68 und geht durch deren Reflexionsverhinderungsschicht 58 und pflanzt sich innerhalb der einfallsseitigen Stablinse 63 fort. Und dieses Licht, dass sich innerhalb der einfallsseitigen Stablinse 63 fortpflanzt, pflanzt sich weiter fort, während es von den Grenzflächen, die parallel zu der Längsachsenrichtung der ausstrahlungsseitigen Stablinse 63 liegen, intern total reflektiert wird, und wird von der zweiten Ausstrahlungsfläche 69 durch deren Reflexionsverhinderungsschicht 58 ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung gleichförmig gemacht wurde.
Ferner wird der Teil des roten Lichts, der auf die einfallsseitige Stablinse 61 fällt und der sich entlang dem Pfad fortpflanzt, der in 3 durch das Pfeilzeichen C dargestellt ist, von der reflektiven Oberfläche 57 reflektiert und fällt von dem Inneren des dreieckigen Prismas 52 auf die Primeneinfallsfläche 55. Da dieses färbige Licht, das derart auf die Primeneinfallsfläche 55 fällt, von der Seite des Glases, dessen Brechungskoeffizient größer ist, zu der Seite der Luft einfällt, deren Brechungskoeffizient der kleinere ist, und da es ferner in einem Einfallswinkel einfällt, der größer als der kritische Winkel an der Primeneinfallsfläche 55 ist, wird es somit intern total reflektiert und pflanzt sich zu der Prismenausstrahlungsfläche 56 fort und wird von dieser ausgestrahlt. Und dieses rote Licht, das von der Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt wird, fällt auf die ausstrahlungsseitige Stablinse 63 und wird von dieser ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung noch gleichförmiger gemacht wurde.
Ferner fällt der Teil des färbigen Lichts, der sich entlang dem Pfad fortpflanzt, der durch das Pfeilzeichen D in 3 dargestellt ist, in das dreieckige Prisma 52 von seiner Primeneinfallsfläche 55 und fällt dann direkt auf die Prismenausstrahlungsfläche 56. Und da dieses rote Licht, das auf die Prismenausstrahlungsfläche 56 fällt, von der Seite des Glases, dessen Brechungskoeffizient größer ist, zu der Seite der Luft einfällt, deren Brechungskoeffizient der kleinere ist, und da es ferner in einem Einfallswinkel einfällt, der größer als der kritische Winkel an der Prismenausstrahlungsfläche 56 ist, wird es somit intern total reflektiert und pflanzt sich zu der reflektiven Oberfläche 57 fort. Dieses rote Licht, das auf die reflek tive Oberfläche 57 fällt, wird dann zu der Prismenausstrahlungsfläche 56 reflektiert und von der Prismenausstrahlungsfläche 56 ausgestrahlt. Zusätzlich fällt dieses rote Licht, das von der Prismenausstrahlungsfläche 66 ausgestrahlt wird, auf die ausstrahlungsseitige Stablinse 63 und wird von dieser ausgestrahlt, nachdem seine Beleuchtungsverteilung noch gleichförmiger gemacht wurde.
Da gemäß der zuvor beschriebenen Struktur das Licht, das sich in einem großen Winkel in Bezug auf die Längsachsenrichtungen der einfallsseitigen Stablinse 61 und der ausstrahlungsseitigen Stablinse 63 fortpflanzt, und das somit nicht zur Beleuchtung der Flüssigkristalllichtventile 31, 32 und 33 verwendet werden kann, in einem kleinen Einfallswinkel an den Grenzflächen einfällt, die parallel zu den Längsachsenrichtungen sind, geht es somit durch die zuvor beschriebenen Grenzflächen und tritt zu der Außenseite der Vorrichtung aus. Der Rest des Lichts wird aufgrund der Differenz zwischen den Brechungskoeffizienten des Glases und der Luft intern total reflektiert, da es auf die zuvor beschriebenen Grenzflächen in Einfallswinkeln fällt, die relativ groß sind.
Dadurch ist der Anteil des Lichts in dem Licht, das von der ausstrahlungsseitigen Stablinse 63 ausgestrahlt wird, der nicht zur Beleuchtung der Flüssigkristalllichtventile 31, 32 und 33 genutzt werden kann, relativ gering. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Nutzungseffizienz für das Licht zu erhöhen, das von der ausstrahlungsseitigen Stablinse 63 ausgestrahlt wird.
Durch Bereitstellung der Reflexionsverhinderungsschichten 58 ist es möglich, die Nutzungseffizienz für das Licht zu erhöhen, das auf den Stangenintegrator 60 fällt, da die Reflexion des Lichts verringert ist, das in Winkeln, die kleiner als die kritischen Winkel sind, auf die erste Einfallsfläche 66, die erste Ausstrahlungsfläche 67, die zweite Einfallsfläche 68 und die zweite Einfallsfläche 69 fällt. Es sollte offensichtlich sein, dass es keinen Verlust in der Nutzungseffizienz des Lichts gibt, das auf den Stangenintegrator 60 fällt, selbst wenn die Reflexionsverhinderungsschichten 58 bereitgestellt sind, da die interne Totalreflexion des Lichts nicht behindert wird, das in Winkeln einfällt, die größer als der kritische Winkel sind.
Die Spalten L zwischen der ersten Ausstrahlungsfläche 67 und der Primeneinfallsfläche 55 und zwischen der zweiten Einfallsfläche 68 und der Prismenausstrahlungsfläche 56 sind weiter gebildet als das Produkt des Brechungskoeffizienten von Luft und der Wellenlänge des färbigen Lichts, das über die Spalten L geht. Dadurch werden die Breiten der zuvor beschriebenen Spalten L breiter als die abklingende Wellenfortpflanzungstiefe, so dass es möglich ist zu verhindern, dass Licht, das unter Bedingungen eingefallen ist, die eine interne Totalreflexion erzeugen sollten, durch diese Spalten L geht. Mit anderen Worten, es kann eine Verschlechterung der Nutzungseffizienz von einfallendem Licht verhindert werden.
Da ferner die zuvor beschriebenen Spalten L schmäler als 0,1 mm gebildet werden, kann der Anteil des Lichts, der aus dem zuvor beschriebenen Spalt L zu der Außenseite dieses Stangenintegrators 60 austritt, und der Anteil des Lichts, der in einem großen Einfallswinkel auf die zweite Einfallsfläche 68 fällt, nachdem er durch den zuvor beschriebenen Spalt L von der ersten Ausstrahlungsfläche 67 gegangen ist, und der daher nicht zur Beleuchtung der Flüssigkristalllichtventile 31, 32 und 33 genutzt werden kann, verringert werden. Mit anderen Worten, es kann eine Verschlechterung der Nutzungseffizienz von einfallendem Licht verhindert werden.
Da der konvexe Abschnitt 65a der ersten Ausstrahlungsfläche 67 und die Primeneinfallsfläche 55, und der konvexe Abschnitt 65b der zweiten Einfallsfläche 68 und die Prismenausstrahlungsfläche 56 miteinander in Kontakt sind, sind daher die Spalten L zwischen dem Abschnitt der ersten Ausstrahlungsfläche 67, die den konvexen Abschnitt 65 und die Primeneinfallsfläche 55 umgibt, und zwischen dem Abschnitt der zweiten Ausstrahlungsfläche 68, die den konvexen Abschnitt 65b und die Prismenausstrahlungsfläche 56 umgibt, definiert. Da die Abschnitte der Primeneinfallsfläche 55 und der Prismenausstrahlungsfläche 56, an welchen eine interne Totalreflexion des roten Lichts stattfindet, diese umgebenden Randabschnitt sind, sind daher die Abschnitte, an welchen die Spalten L notwendig sind, die zuvor beschriebenen umgebenden Randabschnitte, so dass kein Problem aufgrund einer internen Totalreflexion in den ungefähr mittleren Abschnitten dieser Oberflächen auftritt, selbst wenn keine Spalten dort gebildet sind. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Verschlechterung der Nutzungseffizienz des einfallenden Lichts zu verhindern.
Ferner ist die Einstellung des Spalts L leicht, da es möglich ist, den Spalt L durch Einstellen der Höhe der konvexen Abschnitte 65a und 65b einzustellen, und daher wird die Konstruktion dieses Stangenintegrators 60 leicht.
Es sollte offensichtlich sein, dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene bevorzugte Ausführungsform eingeschränkt sein soll; es ist vielmehr möglich, verschiedenen Änderungen an dem Umfang der vorliegenden Erfindung vorzunehmen, vorausgesetzt, es wird nicht vom Hauptgedanken abgewichen.
Obwohl zum Beispiel in der zuvor beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Erklärung hinsichtlich eines Beispiels erfolgte, in dem die Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtungen als LEDs ausge führt waren, sind diese Lichtquellen tatsächlich nicht auf LEDs beschränkt; es wäre auch zum Beispiel möglich, die vorliegende Erfindung bei Fällen verschiedener anderer Arten von Lichtquellen, wie Halogenlampen oder dergleichen, anzuwenden.
Obwohl ferner in der zuvor beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Erklärung hinsichtlich eines Beispiels erfolgte, in dem die Stangenintegratoren etwa 90° abgewinkelt waren, ist dieser Winkel von 90° eigentlich nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen; es wäre möglich, die vorliegende Erfindung in Fällen anzuwenden, in welchen diese Stangenintegratorwinkel verschiedene andere Werte einnehmen.
(Dritte Ausführungsform)
6 ist ein Blockdiagramm zur allgemeinen Erklärung der Struktur einer Projektionsanzeigevorrichtung (d. h., eines Projektors) gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Projektor 110 umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 120, eine Lichtmodulationsvorrichtung 130, eine Projektionslinse 140 und eine Steuervorrichtung 150. Hier enthält die Beleuchtungsvorrichtung 120 eine Beleuchtungsvorrichtung 121 für grünes (G) Licht, eine Beleuchtungsvorrichtung 123 für blaues (B) Licht, eine Beleuchtungsvorrichtung 125 für rotes (R) Licht und eine Lichtquellenantriebsvorrichtung 127. Ferner umfasst die Lichtmodulationsvorrichtung 130 drei Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135, die räumliche Lichtmodulationsvorrichtungen sind, ein kreuzdichroitisches Prisma 137, das ein optisches Lichtkombinationssystem ist, und eine Elementlichtantriebsvorrichtung 138, die Antriebssignale für die Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 ausgibt.
Die Beleuchtungsvorrichtung G umfasst eine Lichtquelleneinheit 121a für grünes (G) Licht, eine erste Kondensorlinse 121b, ein optisches Integratorsystem 121c, und eine zweite Kondensorlinse 121d. Hier besteht die Lichtquelleneinheit 121a für grünes Licht aus dem Zusammenfügen mehrerer LEDs 121f, die als Festkörperquellen bezeichnet werden können, zu einer passenden zweidimensionalen Gruppe, auf einer Schaltungsgrundplatte 121g, und sie umfasst auch optische Elemente 121h, die Linsenelemente sind, die einzeln zum Formen der Strahlen an der Vorderseite jeder der LEDs 121c angeordnet sind. Jede der LEDs 121f erzeugt ihren eigenen Strahl aus grünem (G) Licht, der im Bereich von grünem (G) Licht enthalten ist, die eine der drei Primärfarben ist. Das grüne (G) Licht, das von den LEDs 121f ausgestrahlt wird, mit anderen Worten, der erste Lichtstrahl LG der Lichtquelle, nach dem Durchgang durch die optischen Elemente 121h und die erste Kondensorlinse 121b, fällt auf eine Einfallsöffnung IP des optischen Integratorsystems 121c, das ein Lichtuniformisierungsmittel ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Licht von jeder der LEDs 121f zu einem passend konvergierten Strahl durch die erste Kondensorlinse 121b gemacht, und durch die erste Kondensorlinse 121b ohne Verlust konvergiert, und dann werden diese Strahlen wechselseitig überlagert und fallen auf die Einfallsöffnung IP des optischen Integratorsystems 121c. Das erste Beleuchtungslicht LG', das durch das optische Integratorsystem 121c gegangen ist, und von der Ausstrahlungsöffnung OP ausgestrahlt wird, fällt über die zweite Kondensorlinse 121d auf das Flüssigkristalllichtventil 131 für grünes (G) Licht in der Lichtmodulationsvorrichtung 130. Dadurch wird die Beleuchtungsempfangsregion (die Bildelementinformationserzeugungsregion) des Flüssigkristalllichtventils 131 gleichförmig mit grünem (G) Licht beleuchtet. Zuvor bilden die oberen Linsen der LEDs 121f, die optischen Elemente 121h und die erste Kondensorlinse 121b ein Lichtkondensatormittel, das Licht LG der ersten Lichtquelle LG in einem geeigneten Ausmaß kondensiert.
In der Folge werden die Struktur und die Funktion des optischen Integratorsystems 121c unter Bezugnahme auf 7A bis 8 beschrieben. Es sollte offensichtlich sein, dass 7A eine Draufsicht auf dieses optische Integratorsystem 121c ist, während 7B eine Seitenansicht des optischen Integratorsystems 121c ist. Ferner ist 8 eine vergrößerte Ansicht, die einen Endabschnitt des optischen Integratorsystems 121c zeigt.
Das optische Integratorsystem 121c ist ein viereckiges, transparentes, stabförmiges Element, das durch Bearbeitung von Glas hergestellt wird, und an einem seiner Enden eine Außenform aufweist, die durch Beschneiden dieser viereckigen Stabform in einem Winkel mit einer Neigung von 45° gebildet wird. Mit anderen Worten, dieses optische Integratorsystem 121c besteht aus einem viereckigen, stabförmigen Stangenintegratorhauptkörper 161c, der einen rechteckigen Querschnitt hat, und einem rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163, der an einem Ende des Stangenintegratorhauptkörpers 161 bereitgestellt ist. Von diesen hat der Stangenintegratorhauptkörper 161 einen erstes Paar wechselseitig gegenüber liegender Seitenflächen 161a und 161b, und ein zweites Paar wechselseitig gegenüber liegender Seitenflächen 161d und 161e, die so gebildet sind, dass sie zu dem ersten Paar von Seitenflächen 161a und 161b orthogonal sind. Andererseits umfasst der rechtwinkelige Prismenabschnitt 163 eine geneigte Endfläche 163a, die als Seitenfläche dient, die der Hypotenuse entspricht, und diese geneigte Endfläche 163a ist senkrecht zu dem ersten Paar von Seitenflächen 161a und 161b, während sie einen Winkel von 45° in Bezug auf eine 161d des zweiten Paares von Seitenflächen bildet, und sie ist imstande, das Licht LG von der Lichtquelle, das durch eine Einfallsöffnung IP gegangen ist, die ein transparenter Fensterflächenabschnitt ist, intern total zu reflektieren.
Das Licht LG von der Lichtquelle, das auf die Einfallsöffnung IP dieses optischen Integratorsystems 121c gefallen ist, fällt direkt auf die geneigte Endfläche 163a, die der Einfallsöffnung gegenüber liegt, oder fällt auf die geneigte Endfläche 163a, nachdem es durch das Paar von Endflächenabschnitten 163c, 163d des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 163 oder dergleichen reflektiert wurde. Das Licht LG von der Lichtquelle, das auf die geneigte Endfläche 163a fällt, wird durch diese geneigte Endfläche 163a intern total reflektiert, und sein optischer Pfad wird ohne Verlust gebogen, so dass es zu dem Stangenintegratorhauptkörper 161 geleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Licht LG von der Lichtquelle auf das Innere der Einfallsöffnung IP, mit anderen Worten, innerhalb der Ränder EG1, EG2 und EG3, wie in 8 dargestellt ist. Ferner fällt das Licht LG von der Lichtquelle hinter die Schnittlinie EG4 zwischen der Seitenfläche 161d des Stangenintegratorhauptkörpers 161 und der geneigten Endfläche 163a des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 163, mehr zu der Seite der geneigten Endfläche 163a. Infolgedessen fällt das Licht LG von der Lichtquelle auf die Einfallsöffnung IP im Inneren der Grenzlinie B1. Wenn ferner, bevor oder nachdem das Licht LG von der Lichtquelle auf die geneigte Endfläche 163a fällt, es auf die inneren Fläche, wie die Endflächenabschnitte 163c und 163d und so weiter, die den rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 definieren, fällt, wird dieses Licht LG von der Lichtquelle an diesen Innenflächen intern total reflektiert. Mit anderen Worten, der rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 dient auch als Integrator.
Wie in 8 dargestellt ist, wird der Lichtstrahl L1, der zu der optischen Achse in dem Licht LG parallel ist, das von der Einfallsöffnung IP auf den rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 fällt, um einen Winkel von 90° gebogen, indem er durch die geneigte Endfläche 163a intern total reflektiert wird, die an dem rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 bereitgestellt ist, und fällt auf den Stangenintegra torhauptkörper 161, und setzt sich entlang der Achsenrichtung des Stangenintegratorhauptkörpers 161 fort. Ferner hat das Licht LG von der Lichtquelle, das auf den rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 fällt, einen bestimmten Winkelbereich, und der Lichtstrahl L2, der in einem Maximalwinkel an einer Seite in Bezug auf die optische Achse geneigt ist, wird durch die Einfallsöffnung IP gebrochen, und ebenso wie der Lichtstrahl L1 durch die geneigte Endfläche 163a intern total reflektiert. Ferner wird der Lichtstrahl L3, der in dem Maximalwinkel an der anderen Seite in Bezug auf die optische Achse geneigt ist, durch die Einfallsöffnung IP gebrochen und genau wie der Lichtstrahl L2 durch die geneigte Endfläche 163a intern total reflektiert.
Hier sollte die Bedingung für die interne Totalreflexion durch die geneigte Endfläche 163a der Lichtstrahlen L1 bis L3, die auf den rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 fallen, berücksichtigt werden. Somit wird der Lichtstrahl L3 berücksichtigt, für den das Eintreten dieser internen Totalreflexion am schwierigsten ist. Wenn der Einfallswinkel von Luft auf die Einfallsöffnung IP als a bezeichnet wird, der Brechungskoeffizient des Stangenintegratorhauptkörpers 161 und des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 163 als n bezeichnet wird, und der Brechungswinkel innerhalb des Glases, mit anderen Worten, innerhalb des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 163, als b bezeichnet wird, ist b gegeben durch: b = sin–1((sin a)/n)
Andererseits ist der kritische Winkel θc für die interne Totalreflexion des Einfallswinkels θ = (45° – b) an der geneigten Endfläche 163a gegeben durch: θc = sin–1(1/n) und, wenn θ größer als θc, dann wird der Lichtstrahl L3 an der geneigten Endfläche 163a intern total reflektiert. Konkret gesagt, wenn der Brechungskoeffizient n des Glases mit n = 1,7581 angenommen wird, und der Einfallswinkel, der dem Winkelbereich des Lichts LG von der Lichtquelle entspricht, mit a = 18° angenommen wird, wird der Brechungswinkel b b = 10,1° und der minimale Einfallswinkel θ wird θ = 34,9°. Da andererseits der kritische Winkel θc 34,7° ist, werden alle Lichtstrahlen L1 bis L3 durch die geneigte Endfläche 163a intern total reflektiert. Mit anderen Worten, einfach durch Einstellen des Brechungskoeffizienten des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 163 und ohne Bereitstellen einer reflektiven Schicht auf der geneigten Endfläche 163a ist es möglich, das Licht LG von der Lichtquelle, das von der Einfallsöffnung IP zu dem Stangenintegratorhauptkörer 161 fällt, durch eine 100% interne Totalreflexion mit dem rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 zu lenken, der senkrecht dazu liegt. Es sollte offensichtlich sein, dass, wenn eine reflektive Schicht, die aus einem Dielektrikum oder Aluminium dergleichen besteht, auf der geneigten Endfläche 163a gebildet wird, verhindert werden muss, dass sich diese reflektive Schicht zu den Abschnitten ausbreitet, die die geneigte Endfläche 163a umgeben, und daher die Herstellungskosten des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 163, mit anderen Worten, des optischen Integratorsystems 121c insgesamt erhöht sind.
Unter Wiederaufnahme der Besprechung von 6 enthält die blaue (B) Beleuchtungsvorrichtung 123 eine Lichtquelleneinheit 123a für blaues (B) Licht, eine erste Kondensorlinse 123b, ein optisches Integratorsystem 123c und eine zweite Kondensorlinse 123d. Von diesen hat die Lichtquelleneinheit 123a für blaues (B) Licht dieselbe Struktur wie die Lichtquelleneinheit 121a für grünes (G) Licht, aber die LEDs 123f auf der Schaltungsgrundplatte 123g sind solche, die blaues (B) Licht erzeugen, das in dem Bereich von blauem (B) Licht enthalten ist, die eine der drei Primärfarben ist, und das Licht LB von der zweiten Lichtquelle, das aus diesem blauen (B) Licht besteht, fällt über die optischen Elemente 123h und die erste Kondensorlinse 123b auf das optische Integratorsystem 123c. Die ausführliche Erklärung dieses optischen Integratorsystems 123c wird hier verkürzt, da es dieselbe Struktur wie jene des optischen Integratorsystems 121c für grünes (G) Licht hat, wie in 7A, 7B und 8 dargestellt ist. Das zweite Beleuchtungslicht LB', das durch dieses optische Integratorsystem 123c gegangen ist, wird durch Wellenfrontteilung und Überlagerung ohne Verluste gleichförmig gemacht, und fällt über die zweite Kondensorlinse 123d auf das Flüssigkristalllichtventil 133 für blaues (B) Licht der Lichtmodulationsvorrichtung 130. Dadurch wird die die Beleuchtungsempfangsregion (die Bildelementinformationserzeugungsregion) des Flüssigkristalllichtventils 133 gleichförmig mit blauem (B) Licht beleuchtet.
Zusätzlich umfasst sie, in Bezug auf die Beleuchtungsvorrichtung 125 für rotes (R) Licht, eine Lichtquelleneinheit 125a für rotes (R) Licht, eine erste Kondensorlinse 125b, ein optisches Integratorsystem 125c und eine zweite Kondensorlinse 125d. Von diesen hat die Lichtquelleneinheit 125a für rotes (R) Licht dieselbe Struktur wie die Lichtquelleneinheit 121a für grünes (G) Licht und die Lichtquelleneinheit 123a für blaues (B) Licht, aber die LEDs 125f auf der Schaltungsgrundplatte 125g sind solche, die rotes (R) Licht erzeugen, das in dem Bereich von rotem (R) Licht enthalten ist, die eine der drei Primärfarben ist, und das Licht LR von der dritten Lichtquelle, das aus diesem roten (R) Licht besteht, fällt über die optischen Elemente 125h und die erste Kondensorlinse 125b auf das optische Integratorsystem 123c. Die ausführliche Erklärung dieses optischen Integratorsystems 125c wird hier verkürzt, da es dieselbe Struktur wie jene des optischen Integratorsystems 121c für grünes (G) Licht und des optischen Integratorsystems 123c für blaues (B) Licht hat, wie in 7A, 7B und 8 dargestellt ist. Das dritte Beleuchtungslicht LR', das durch dieses optische Integratorsystem 125c gegangen ist, wird durch Wellenfrontteilung und Überlagerung ohne Verluste gleichförmig gemacht, und fällt über die zweite Kondensorlinse 125d auf das Flüssigkristalllichtventil 135 für rotes (R) Licht der Lichtmodulationsvorrichtung 130. Dadurch wird die die Beleuchtungsempfangsregion (die Bildelementinformationserzeugungsregion) des Flüssigkristalllichtventils 135 gleichförmig mit rotem (R) Licht beleuchtet.
Es sollte offensichtlich sein, dass in dem Beispiel, das in den Zeichnungen dargestellt ist, die ersten Kondensorlinsen 121b bis 125b zwischen den Lichtquelleneinheiten 121a bis 125a für jede der Farben und den entsprechenden optischen Integratorsystemen 121d bis 125d angeordnet sind, und die zweiten Kondensorlinsen 121b bis 125b zwischen den entsprechenden optischen Integratorsystemen 121c bis 125c und den entsprechenden Flüssigkristalllichtventilen 131 bis 135 für jede der Farben angeordnet sind; aber es wäre als Alternative auch möglich, falls zutreffend, entweder die ersten Kondensorlinsen 121b bis 125b oder die zweiten Kondensorlinsen 121d bis 125d entsprechend der Variation der Größe der optischen Integratorsysteme 121c bis 125c oder dergleichen wegzulassen. Ferner wäre es möglich, zwischen den Lichtquelleneinheiten 121a bis 125a und den ersten Kondensorlinsen 121b bis 125b Polarisationsvariationselemente zum Standardisieren des Beleuchtungslichts anzuordnen, das auf die Flüssigkristalllichtventile 131 bis 135 fällt, zum Beispiel auf eine S-Polarisation oder P-Polarisation.
Das Licht von den Lichtbeleuchtungsvorrichtungen 121, 123 und 125 der verschiedenen Primärfarben, das auf jedes der Flüssigkristalllichtventile 131, 133 beziehungsweise 135 fällt, wird durch diese Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 in zwei Dimensionen moduliert. Nachdem die jeweiligen Lichtstrahlen durch die Flüssigkristalllichtven tile 131, 133 und 135 gegangen sind, werden sie durch das kreuzdichroitische Prisma 137 kombiniert und von dessen einer Seitenfläche ausgestrahlt. Das Bild, das auf diese Weise durch die kombinierten Lichtstrahlen gebildet wird, die von dem kreuzdichroitischen Prisma 137 ausgestrahlt werden, fällt auf die Projektionslinse 140, die ein optisches Projektionssystem bildet, und wird in einer passenden Vergrößerung auf einen Schirm (in den Figuren nicht dargestellt) projiziert. Mit anderen Worten, die Farbbildelemente, die durch Kombinieren der Bildelemente jeder Farbe, Rot (R), Grün (G) und Blau (B), gebildet wurden, die durch die entsprechenden Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 gebildet wurden, werden von dem Projektor 110 auf den Schirm als bewegliches Bild oder als Standbild projiziert. Es sollte offensichtlich sein, dass Polarisierungsplatten an geeigneten Positionen in der Nähe der Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 bereitgestellt sind, um diese Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 mit polarisiertem Licht zu beleuchten, und um diese auszulesen, obwohl diese Anordnungen in den Figuren nicht dargestellt sind.
Die Steuervorrichtung 150 gibt Steuersignale an die Lichtquellenantriebsvorrichtung 127 aus, und bewirkt, dass Licht zu passenden Zeitpunkten von den LEDs 121f, 123f und 125f erzeugt wird, die in den ersten bis dritten Lichtquelleneinheiten 121a, 123a und 125a enthalten sind, die bei den Beleuchtungsvorrichtungen 121, 123 und 125 für färbiges Licht bereitgestellt sind. Ferner gibt diese Steuervorrichtung 150 Steuersignale an die Elementantriebsvorrichtung 138 aus und bildet eine zweidimensionale Polarisierungsverteilung in jedem der Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 entsprechend der gewünschten Intensität für die projizierten Bildelemente.
In der Folge wird der Betrieb des Projektors 110, der in 6 dargestellt ist, erklärt.
Die Beleuchtungslichtstrahlen der verschiedenen Primärfarben von der Beleuchtungsvorrichtung 121 für grünes (G) Licht, der Beleuchtungsvorrichtung 123 für blaues (B) Licht und der Beleuchtungsvorrichtung 125 für rotes (R) Licht, die an der Beleuchtungsvorrichtung 120 bereitgestellt sind, fallen auf die entsprechenden Flüssigkristalllichtventile 131, 133 beziehungsweise 135. Jedes dieser Flüssigkristalllichtventile 131, 133 und 135 wird durch die Elementantriebsvorrichtung 138 moduliert, die entsprechend dem Bildelementsignal von außen arbeitet, so dass sie einer zweidimensionalen Brechungskoeffizientenverteilung unterzogen wird, und dadurch werden die Beleuchtungslichtstrahlen der verschiedenen Primärfarben zweidimensional in Einheiten von Bildelementen moduliert. Auf diese Weise fällt das Beleuchtungslicht, das von den Flüssigkristalllichtventilen 131, 133 und 135 moduliert wurde, mit anderen Worten, das Bildlicht, nachdem es durch das kreuzdichroitische Prisma 137 kombiniert wurde, auf die Projektionslinse 140, die das optische Projektionssystem bildet, und wird auf den Schirm (in den Figuren nicht dargestellt) projiziert. Da in diesem Fall die optischen Integratorsysteme 121c bis 125c, die an den grünen (G), blauen (B) und roten (R) Beleuchtungsvorrichtungen 121, 123 und 125 bereitgestellt sind, die Lichtstrahlen LG bis LR von den Lichtquellen der verschiedenen Farben mit den rechtwinkeligen Prismenabschnitten 163 intern total reflektieren und sie zu dem Stangenintegratorhauptkörper 161 lenken, der orthogonal dazu liegt, ist es somit möglich, die Wahlfreiheit für die Anordnung und die Größe der Beleuchtungsvorrichtung 120 zu verbessern und daher ist es möglich, die Beleuchtungsvorrichtung 120 kompakter zu gestalten. Es sollte offensichtlich sein, dass die Stangenintegratorhauptkörper 161 als Stablinsen zur Ausführung der Wellenfrontteilung und Überlagerung der Lichtstrahlen LG bis LR von den Lichtquellen dienen, während auch eine interne Totalreflexion in den rechtwinkeligen Prismenabschnitten 163 erzeugt wird, nicht nur durch deren geneigte Endflächen 163a, sondern auch durch die Endflächenabschnitte 163c, 163d und so weiter. Daher ist es in der Praxis durch Verlängerung der Stablinsen möglich, die Beleuchtungslichtstrahlen LG bis LR von den Lichtquellen durch eine weitere Stufe noch gleichförmiger zu machen.
(Vierte Ausführungsform)
In der Folge wird eine Projektionsanzeigevorrichtung (ein Projektor) gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieser Projektor gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist einer, der durch Ausführung gewisser Änderungen an dem Projektor der dritten bevorzugten, zuvor beschriebenen Ausführungsform hergestellt wird, und daher wird die Beschreibung der gemeinsamen Abschnitte verkürzt, und nur die Abschnitte dieser vierten bevorzugten Ausführungsform, die sich von der dritten bevorzugten, zuvor beschriebenen Ausführungsform unterscheiden, werden erklärt.
9 ist eine erklärende Figur zur Erklärung der wesentlichen Abschnitte dieser Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist der Stangenintegratorhauptkörper 161 auf der Seite der Einfallsöffnung IP des optischen Integratorsystems 521 bereitgestellt, das die Beleuchtungsvorrichtung bildet, und der rechtwinkelige Prismenabschnitt 163 ist auf der Seite der Ausstrahlungsöffnung OP bereitgestellt. Die Form des optischen Integratorsystems 521c selbst ist dieselbe wie für die dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 7A, 7B und 8 dargestellt ist. Mit dieser Beleuchtungsvorrichtung ist es möglich, das Licht LG von der Lichtquelle von einer Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse des Flüssigkristalllichtventils 131 liegt, zu lenken, indem die geneigte Endfläche 163a genutzt wird, die an dem rechtwinkeligen Prismenabschnitt 163 bereitgestellt ist. Es sollte offensichtlich sein, dass, obwohl in diesem Fall nur die Beleuchtungsvorrichtung 521 für grünes (G) Licht erklärt wurde, die anderen Beleuchtungsvorrichtungen für blaues (B) Licht und rotes (R) Licht auch dieselbe Struktur wie die Beleuchtungsvorrichtung 521 für das grüne (G) Licht haben, und sie auch optische Integratorsysteme enthalten, die dieselben sind wie das optische Integratorsystem 521c, das in den Zeichnungen dargestellt ist.
(Fünfte Ausführungsform)
In der Folge wird eine Projektionsanzeigevorrichtung (ein Projektor) gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieser Projektor gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Variante des Projektors der dritten bevorzugten, zuvor beschriebenen Ausführungsform. 10 ist eine erklärende Figur zur Erklärung der wesentlichen Abschnitte dieser Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In diesem Fall sind rechtwinkelige Prismenabschnitte 163 an gegenüber liegenden Enden des Stangenintegratorhauptkörpers 161 bereitgestellt, der die Beleuchtungsvorrichtung bildet, d. h., sowohl an der Seite der Einfallsöffnung IP, wie auch an der Seite der Ausstrahlungsöffnung OP des optischen Integratorsystems 621c. Mit dieser Beleuchtungsvorrichtung ist es möglich, das Licht LG von der Lichtquelle von Richtungen zu lenken, die etwas in Bezug auf die Achse des Flüssigkristalllichtventils 131 abweichen, indem das Paar geneigter Endflächen 163a genutzt wird, das an dem Paar rechtwinkeliger Prismenabschnitte 163 bereitgestellt ist. Auch hier sollte offensichtlich sein, dass, obwohl in diesem Fall nur die Beleuchtungsvorrichtung 621 für grünes (G) Licht erklärt wurde, die anderen Beleuchtungsvorrichtungen für blaues (B) Licht und rotes (R) Licht auch dieselbe Struktur wie die Beleuchtungsvorrichtung 621 für das grüne (G) Licht haben, und sie auch optische Integratorsysteme enthalten, die dieselben sind wie das optische Integratorsystem 621c, das in den Zeichnungen dargestellt ist.
(Sechste Ausführungsform)
In der Folge wird eine Projektionsanzeigevorrichtung (ein Projektor) gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieser Projektor ist ein Projektor, der die SCR-(Sequential Color Recapture)-Technologie verwendet.
11 ist eine erklärende Figur zur Erklärung der gesamten Konstruktion dieser Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Dieser Projektor 300 umfasst, angeordnet in der spezifizierten Reihenfolge entlang der optischen Achse SA des Systems, eine Lichtquelle 371, einen Integrator 373 für SCR, ein Farbrad 375 für SCR, ein optisches Relaissystem 377, einen reflektiven Spiegel 379, eine Feldlinse 381, eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD) 383 und eine Projektionslinse 385.
Die Lichtquelle 371 umfasst einen elliptischen Reflektor 371a, der eine Innenfläche enthält, deren reflektive Fläche ein Rotationsellipsoid ist, und eine Lichtquellenlampe 371b, die eine Metallhalogenlampe oder eine Hochdruckquecksilberlampe oder dergleichen ist. Diese Lichtquellenlampe 371b ist an einem ersten Brennpunkt F1 des elliptischen Reflektors 371a angeordnet und das Licht, das von der Lichtquelle 371 ausgestrahlt wird, wird auf den zweiten Brennpunkt des elliptischen Reflektors 371a fokussiert, und wird in das Innere des Integrators 373 geleitet, der eine Lichteinfallsöffnung 373a enthält, die so angeordnet ist, dass sie mit diesem zweiten Brennpunkt F2 übereinstimmt. Das Lichtquellenlicht von der Lichteinfallsapertur 373a, das somit in den Integrator 373 fällt, wird einer Wellenfrontteilung durch wiederholte Reflexion in seinem Inneren unterzogen, und dann von seinem Ausstrahlungspunkt 373b als Beleuchtungslicht ausgestrahlt, das durch Überlagerung gleichförmig gemacht wurde. Dieses Beleuchtungslicht, das von dem Integrator 373 ausgestrahlt wird, fällt auf das Farbrad 375. Das Farbrad 375 kann durch einen Motor gedreht werden, der in den Figuren nicht dargestellt ist, und umfasst eine Filterfläche 375a, die so angeordnet ist, das sie der Ausstrahlungsöffnung 373b des Integrators 373 gegenüber liegt, und auf der drei lineare Filter der drei Primärfarben Grün (G), Blau (B) und Rot (R) als Spiralen gebildet sind. Diese Filterfläche trennt das Beleuchtungslicht, das von dem Integrator 373 ausgestrahlt wird, in seine drei Primärfarben in zeitlicher Abfolge und strahlt das erhaltene Licht aus. Zu diesem Zeitpunkt wird, abgesehen von dem färbigen Licht, das durch die Filterfläche 375a geht, auch etwas Licht von der Filterfläche 375a reflektiert und zu dem Integrator 373 zurück geleitet. Dieses Licht zur Wiederverwendung, das zu dem Integrator 373 zurück geleitet wird, trifft an dem anderen Ende des Reflektors 373 ein, während es in diesem reflektiert wird, und wird dann von einem Spiegel 363h, der um die Lichteinfallsöffnung 373a angeordnet ist, reflektiert und kehrt in den Integrator 373 zurück, so dass es wieder zum Beleuchten der Filterfläche 375a zurück kehrt. Diese Art einer Technik zur Wiederverwendung von Licht von der Lichtquelle wird als "SCR-Technik" bezeichnet. Das optische Relaissystem 377 erzeugt ein Bild des Lichts von der Ausstrahlungsöffnung 373b des Integrators 373, das durch das Farbrad 375 auf die DMD 383 gegangen ist, und erreicht dadurch eine gleichför mige Beleuchtung der DMD 383. Die DMD 383 ist eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung der Reflexionsrichtungssteuerungsart, die die Funktion aufweist, ein Bildelementlicht, das jedem Bildelement entspricht, in die Richtung der Projektionslinse 385 auszustrahlen, um dadurch jedes der Bildelemente entsprechend dem Bildelementsignal anzuzeigen, durch Reflexion von einem Mikrospiegel, der mit dem Beleuchtungslicht versorgt wird, das darauf fällt. Das Bildelementlicht, das von dieser DMD 383 ausgestrahlt wird, wird über die Feldlinse 381 und die Projektionslinse 385 auf einen Schirm (in den Figuren nicht dargestellt) ausgestrahlt.
12A ist eine Draufsicht auf den Integrator 373 von 11, und 12B ist eine Seitenansicht dieses Integrators 373.
Dieser Integrator 373 hat ein äußeres Erscheinungsbild, das annähernd dasselbe wie jenes des optischen Integratorsystems 121c der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie in 6 dargestellt ist. Mit anderen Worten, dieser Integrator 373 umfasst einen viereckigen, stabförmigen Stangenintegratorhauptkörper 361 und einen rechtwinkeligen Prismenabschnitt 363, der an einem Ende bereitgestellt ist. An der Einfallsseite des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 363 ist eine reflektive Schicht 363h gebildet, die aus einem dielektrischen Material oder Aluminium oder dergleichen besteht, und eine Lichteinfallsöffnung 373a ist an dem mittleren Abschnitt dieser reflektiven Schicht 363h gebildet, so dass Licht von der Lichtquelle 371 eingelassen wird. Dieses Lichtquellenlicht, das auf den rechtwinkeligen Prismenabschnitt 363 über die Lichteinfallsapertur 373a fällt, wird durch die geneigte Endfläche 363a intern total reflektiert, und sein optische Pfad wird gebogen und gefaltet, so dass es sich innerhalb des Stangenintegratorhauptkörpers 361 entlang bewegt und dann von einer Ausstrahlungsöffnung 373a ausge strahlt wird. Andererseits, obwohl das Licht von der Lichtquelle, das durch das Farbrad 375 reflektiert wird und auf die Ausstrahlungsöffnung 373a fällt, entlang dem Stangenintegratorhauptkörper 361 zurück geleitet wird und auf den rechwinkeligen Prismenabschnitt 363 fällt, wird es in diesem Fall, nachdem es von der geneigten Endfläche 363a intern total reflektiert wird, durch die reflektive Filmschicht 363h reflektiert, und somit innerhalb des Stangenintegratorhauptkörpers 361 zurück geleitet. Somit ist es auch in dieser sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einfach durch Einstellen des Brechungskoeffizienten des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 363 und ohne Bereitstellen einer reflektiven Schicht auf seiner geneigten Endfläche 363a durch eine 100% Reflexion von dem rechtwinkeligen Prismenabschnitt 363 möglich, das Licht von der Lichtquelle, das von der Lichteinfallsapertur 373a einfällt, entlang dem Stangenintegratorhauptkörper 361 zu leiten, der orthogonal dazu liegt.
(Siebente Ausführungsform)
In der Folge wird eine Projektionsanzeigevorrichtung (ein Projektor) gemäß der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieser Projektor gemäß der siebenten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Variante des Projektors der zuvor beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform.
13A bis 13C sind eine Draufsicht, eine Seitenansicht beziehungsweise ein Aufriss zur Erklärung eines optischen Integratorsystems, das ein wesentlicher Abschnitt dieses Projektors gemäß der siebenten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Dieses optische Integratorsystem 421c ist ein stabförmiges Element, das durch Bearbeiten von Glas hergestellt wurde, ähnlich dem optischen Integratorsystem 121c gemäß der dritten bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, das in 7A und 78 zuvor gezeigt wurde. Die Aspekte, in denen sich diese siebente bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der zuvor beschriebenen dritten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet, sind, dass die Querschnittsform orthogonal zu der optischen Achse OA trapezförmig ist, und dass sie am Ende ihrer konisch zulaufenden Form, wo sie zum Ende hin schmäler wird, eine geneigte Endfläche 463 hat, die in einem Winkel von 45° in Bezug auf die optische Achse OA geneigt ist. Das Licht von der Lichtquelle, das auf die Einfallsöffnung IP dieses optischen Integratorsystems 421c fällt, fällt direkt auf die geneigte Endfläche 163a, die gegenüber liegt, oder fällt auf die geneigte Endfläche 163a nachdem es durch die Endflächenabschnitte des rechtwinkeligen Prismenabschnitts 463 oder dergleichen reflektiert wurde. Das Licht von der Lichtquelle, das auf die geneigte Endfläche 163a fällt, wird durch diese geneigte Endfläche 163a ohne Verlust intern total reflektiert, und sein optischer Pfad wird gefaltet und gebogen, so dass es zu dem Stangenintegratorhauptkörper 461 geleitet wird. Auch in diesem Fall dient nicht nur der Stangenintegratorhauptkörper 461 als Integrator, sondern auch der rechtwinkelige Prismenabschnitt 463.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zuvor beschrieben und dargestellt wurden, sollte offensichtlich sein, dass diese für die Erfindung beispielhaft sind und nicht als Einschränkung zu verstehen sind. Zum Beispiel wäre es mit dem optischen Integratorsystem 121c von 7A und 7B möglich, die Einfallsöffnung IP mit einem Stangenintegrator zu verbinden, der eine rechteckige Querschnittsform mit denselben Dimensionen wie die Öffnung der Einfallsöffnung IP oder größer hat.

Claims

Lichtleiteinheit (50, 60), die zwischen einer Lichtquelle und einer Region, die zu beleuchten ist, angeordnet ist, umfassend: ein polygonales Prisma (52), das aus einem ersten Medium mit einem ersten Brechungskoeffizienten hergestellt ist; eine erste Lichtleiteinheit (51, 62), die Licht lenkt, so dass es auf eine erste Oberfläche (55) des polygonalen Prismas (52) fällt; und eine zweite Lichtleiteinheit (53, 63), auf die Licht fällt, das von einer zweiten Oberfläche (56) des polygonalen Prismas (52) ausgestrahlt wird; wobei das polygonale Prisma (52) eine reflektierende Vorrichtung (57a) umfasst, die Licht, das in das polygonale Prisma (52) von der ersten Oberfläche (55) fällt, zu der zweiten Oberfläche (56) reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Medium mit einem zweiten Brechungskoeffizienten, der kleiner als der erste Brechungskoeffizient ist, an der ersten Oberfläche (55) und der zweiten Oberfläche (56) bereitgestellt ist.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 1, wobei das polygonale Prisma (52) ein dreieckiges Prisma ist.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtleiteinheit (51, 61) und die zweite Lichtleiteinheit (53, 63) in Röhrenform aus mindestens einem reflektierenden Körper (54) herge stellt sind, wobei eine Licht reflektierende Oberfläche nach Innen weist, das Innere der ersten Lichtleiteinheit (51, 61) und der zweiten Lichtleiteinheit (53, 63) mit einem zweiten Medium gefüllt sind, und Oberflächen der ersten Lichtleiteinheit (51, 61) und der zweiten Lichtleiteinheit (53, 63), die nicht mit dem reflektierenden Körper bereitgestellt sind, eine Einfallsfläche (67) und eine Ausstrahlungsfläche (68) bilden.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtleiteinheit (61) und die zweite Lichtleiteinheit (63) in Form von Stäben aus einem dritten Medium mit einem dritten Brechungskoeffizienten gebildet sind, wobei der dritte Brechungskoeffizient größer als der Brechungskoeffizient des Mediums ist, das die erste Lichtleiteinheit (61) und die zweite Lichtleiteinheit (63) umgibt, und das zweite Medium zwischen der ersten Lichtleiteinheit (61) und der ersten Oberfläche (55) und zwischen der zweiten Lichtleiteinheit (63) und der zweiten Oberfläche (56) angeordnet ist.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 4, wobei Spalten zwischen der ersten Lichtleiteinheit (61) und der ersten Oberfläche (55) und zwischen der zweiten Lichtleiteinheit (63) und der zweiten Oberfläche (56) größer sind als das Produkt der Wellenlänge des Lichts, das sich durch die erste und zweite Lichtleiteinheit (61, 63) fortpflanzt, und des zweiten Brechungskoeffizienten.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 4, wobei ein erster konvexer Abschnitt (65a) ungefähr in einem mittleren Abschnitt einer Oberfläche (67) der ersten Lichtleiteinheit (61) bereitgestellt ist, die der ersten Oberfläche (55) gegenüber liegt, ein zweiter konvexer Abschnitt (65b) ungefähr in einem mittleren Abschnitt einer Oberfläche (68) der zweiten Lichtleiteinheit (63) bereitgestellt ist, die der zweiten Oberfläche (56) gegenüber liegt, und der erste konvexe Abschnitt (65a) und die erste Oberfläche (55) in wechselseitigem Kontakt stehen, und der zweite konvexe Abschnitt (65b) und die zweite Oberfläche (56) in wechselseitigem Kontakt stehen.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 3, wobei eine Reflexionsverhinderungsvorrichtung (58), die die Reflexion von Licht unterdrückt, auf mindestens einer von der ersten Oberfläche (55), der zweiten Oberfläche (56) und den Einfallsflächen (67) und den Ausstrahlungsflächen (68) der ersten Lichtleiteinheit (51, 61) und der zweiten Lichtleiteinheit (53, 63) bereitgestellt ist.
Lichtleiteinheit nach Anspruch 7, wobei die Reflexionsverhinderungsvorrichtung (58) eine Reflexionsverhinderungsschicht ist.
Beleuchtungsvorrichtung (11r, 11g, 11b), umfassend: eine Lichtquelle (12r, 12g, 12b); und eine Lichtleiteinheit (50, 60) nach Anspruch 1, die zwischen der Lichtquelle (12r, 12g, 12b) und einer Region, die zu beleuchten ist, angeordnet ist.
Projektionsanzeigevorrichtung (10), umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung (11r, 11g, 11b) nach Anspruch 9; eine Lichtmodulationsvorrichtung (31, 32, 33), die das Licht moduliert, das von der Beleuchtungsvorrichtung (11r, 11g, 11b) ausgestrahlt wird; und eine Projektionsvorrichtung (41), die das Licht projiziert, das von der Lichtmodulationsvorrichtung (31, 32, 33) moduliert wurde.
Beleuchtungsvorrichtung (121), umfassend: eine Lichtquelle (121a), die Licht zur Beleuchtung ausstrahlt; eine Lichtkonzentrationsvorrichtung (121b), die Licht von der Lichtquelle (121a) auf einen vorbestimmten Winkelbereich konzentriert; und eine Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c), durch die das Licht von der Lichtkonzentrationsvorrichtung (121b) geht, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) aus einem transparenten Material in der Form eines Stabes gebildet ist und an mindestens einem ihrer Enden eine geneigte Endfläche (163a) aufweist, die einen Neigungswinkel von etwa 45° in Bezug auf die Achse der Stabform definiert, wobei die Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) das Licht von der geneigten Endfläche (163a) vollständig intern reflektiert, wenn das Licht durch die Lichtkonzentrationsvorrichtung (121b) und entlang der Stabform geht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die stabförmige Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) in einer Stabform gebildet ist, die ein Paar von Seitenflächen (161a, 161b) aufweist, die wechselseitig parallel sind, und ein zweites Paar von Seitenflächen (161d, 161e), die wechselseitig parallel und auch orthogonal zu dem ersten Paar von Seitenflächen (161a, 161b) sind, und die geneigte Endfläche (163a) orthogonal zu dem ersten Paar von Seitenflächen (161a, 161b) ist und einen Winkel von etwa 45° in Bezug auf das zweite Paar von Seitenflächen (161d, 161e) definiert.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die stabförmige transparente Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) an mindestens einem Ende ihres viereckigen, stabförmigen Stangenintegratorhauptkörpers (160) als rechtwinkeliger Prismenabschnitt (163) gebildet ist, wobei die geneigte Endfläche (163a) ihre Seitenfläche ist, die der Hypotenuse entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die stabförmige transparente Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) aus einem Glasmaterial gebildet ist, mit einem derartigen Brechungskoeffizienten, dass die totale interne Reflexion an der geneigten Endfläche (163a) für den vorbestimmten Winkelbereich und den Neigungswinkel erreicht wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Lichtkonzentrationsvorrichtung (121b) das Licht (LG) von der Lichtquelle (121a) in die Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) über einen transparenten Fensterflächenabschnitt (IP) auf eine des zweiten Paares von Seitenflächen (161d, 161e) lenkt, die der geneigten Endfläche (163a) gegenüber liegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Lichtkonzentrationsvorrichtung (121b) bewirkt, dass mindestens ein Hauptabschnitt des Lichts (LG) von der Lichtquelle (121a) über den transparenten Fensterflächenabschnitt (IP) auf die geneigte Endfläche (163a) entweder direkt oder indirekt fällt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Lichtuniformisierungsvorrichtung (121c) das Licht (LG), das entlang der Stabform gegangen ist, von der geneigten Endfläche (163a) reflektiert und das Licht nach außen über einen transparenten Fensterflächenabschnitt (IP) auf eine des zweiten Paares von Seitenflächen (161d, 161e) ausstrahlt, die der geneigten Endfläche (163a) gegenüber liegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lichtquelle (121a) eine Festkörperlichtquelle ist.
Projektionsanzeigevorrichtung (110), umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung (121) nach Anspruch 11; eine räumliche Lichtmodulierungsvorrichtung (131), die durch Beleuchtungslicht (LG') beleuchtet wird, das von der Beleuchtungsvorrichtung (121) ausgestrahlt wurde, und die das Beleuchtungslicht moduliert, um ein optisches Bild zu erzeugen; und ein optisches Projektionssystem (140), das das optische Bild, das von der räumlichen Lichtmodulationsvorrichtung (131) erzeugt wird, projiziert.
Projektionsanzeigevorrichtung, umfassend: mehrere Beleuchtungsvorrichtungen (121, 123, 125) für verschiedene Farben, von welchen jede die Beleuchtungsvorrichtung (121) nach Anspruch 11 ist; für jede der verschiedenen Farben eine räumliche Lichtmodulationsvorrichtung (131, 133, 135), die durch das Beleuchtungslicht (LG', LB', LR') ihrer entsprechenden Farbe beleuchtet wird, das von der entsprechenden der Beleuchtungsvorrichtungen (121, 123, 125) ausgestrahlt wurde, und das Beleuchtungslicht (LG', LB', LR') moduliert, um ein optisches Bild der entsprechenden Farbe zu erzeugen; ein optisches Lichtkombinationssystem (137), das die optischen Bilder der verschiedenen Farben kombiniert, die durch die räumlichen Lichtmodulationsvorrichtungen (131, 133, 135) der entsprechenden Farben moduliert sind; und ein optisches Projektionssystem (140), das ein optisches Bild, das durch die Kombination des optischen Lichtkombinationssystems (137) erzeugt wird, projiziert.