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Die
vorliegende Erfindung beansprucht Priorität von der vorläufigen Patentanmeldung
der Vereinigten Staaten Nr. 60/562,370, eingereicht am 15. April
2004 mit dem Titel „Illumination
System Utilizing Polarization Recovery", und der vorläufigen Patentanmeldung der
Vereinigten Staaten Nr. 60/569,746, eingereicht am 10. Mai 2004,
mit dem Titel „Illumination
System Utilizing Polarization Recovery", welche hierin durch Referenz für alle Zwecke
eingebunden sind.
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Bereich der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, wie sie gewöhnlich in
einem Projektionsanzeigesystem verwendet wird, und im besonderen ein
Beleuchtungssystem, das eine verbesserte polarisierte Ausgabe bereitstellt.
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Hintergrund der Erfindung
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In
Projektionsanzeigesystemen ist die Funktion des Beleuchtungssystems,
eine einheitliche Beleuchtung eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) bereitzustellen.
Typischerweise besteht das Beleuchtungssystem in einer Projektionsanzeige
aus einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer Bogenlampe oder Leuchtdioden
(LEDs), irgendeiner Art von Homogenisator, der homogenisiertes Licht
an dem SLM bereitstellt, und einer Relaislinse, die einen Strahl
bereitstellt, der eine erwünschte
Größe, Form
und Telezentrizität
aufweist.
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In
einigen Projektionsanzeigesystemen werden Flüssigkristallräumliche-Lichtmodulatoren
verwendet, und es ist wünschenswert,
solche Modulatoren mit polarisiertem Licht zu beleuchten. Ein Polarisator
kann zu dem Beleuchtungssystem hinzugefügt werden, um das Licht zu
filtern, so dass ein polarisier ter Strahl dem SLM bereitgestellt
wird, allerdings weist dieses Verfahren einen zugehörigen Verlust von
50% des Lichts auf, da ein Polarisationszustand absorbiert wird
oder anderweitig verloren geht. Beleuchtungssysteme, die Polarisationsrückgewinnungstechniken
verwenden, streben danach, dieses verlorene Licht zu nehmen und
in den erwünschten Polarisationszustand
zu wandeln, so dass es zurückgewonnen
und verwendet werden kann, wobei somit die Effizienz des Systems
und daher die Helligkeit der Projektion erhöht werden kann. Verfahren nach dem
Stand der Technik zum Ausführen
dieser Polarisationsrückgewinnung
und Wandlung umfassen die Verwendung von Anordnungen kleiner Linsen
und eine Polarisationswandlungsanordnung (PCA) oder die Verwendung
eines polarisationswandelnden Lichtrohrs (PCLP).
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Projektionsanzeigen,
die durchlässige
Flüssigkristall-SLMs
einbeziehen, verwenden typischerweise eine Anordnung von kleinen
Linsen und eine PCA; einige reflektive Flüssigkristall-SLMs, auch bekannt
als Flüssigkristall
auf Silizium (LCoS), verwenden auch eine Anordnung kleiner Linsen
und eine PCA. Stand der Technik
1 der beiliegenden Zeichnungen
ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Bereiche eines anderen
Flüssigkkristall-Projektors,
der in dem
US-Patent Nr. 6,139,157 offenbart
ist. In
1 wird das von einer Lampe
201 ausgestrahlte
Licht in Richtung eines Bildanzeigeelements
207 von einem
Reflektor
203 reflektiert, und tritt in eine erste Linsenanordnung
201b ein,
die eine Vielzahl von Linsen umfasst, die in der Form eines Gitters
angeordnet sind. Das oben genannte Licht wird in der Nähe der Linsen
einer zweiten Linsenanordnung
202 verdichtet, die in der
Konstruktion ähnlich
der ersten Linsenanordnung
201 ist, und Linsen umfasst,
die dasselbe Maß an
Brennweite aufweisen wie der Abstand zwischen der ersten Linsenanordnung
201 und
der zweiten Linsen anordnung
202, und wird von den Linsen
der ersten Linsenanordnung
201 in der Form eines Gitters
angeordnet, und wird veranlasst, durch die Linsen der zweiten Linsenanordnung
202 transmittiert
zu werden, wonach es in ein polarisationswandelndes Element
204 eintritt.
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Der
Lichtstrahl, welcher in das polarisationswandelnde Element 204 eingetreten
ist, wird in verschiedene polarisierte Komponenten (S-Komponente
und P-Komponente) von einer polarisationstrennenden Oberfläche 204a getrennt,
und S-polarisiertes
Licht, das von der polarisationstrennenden Oberfläche 204a reflektiert
wurde, wird von einem reflektierenden Spiegel 204b reflektiert
und wird von einer Halbewellenlängenplatte 205 transmittiert,
wobei es in den gleichen Polarisationszustand wie das P-polarisierte
Licht, das durch die polarisationstrennende Oberfläche 204a transmittiert
wurde, gewandelt wird.
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P-polarisierte
Lichstrahlen, die die gleichen Polarisationsrichtungen aufweisen,
welche aus dem polarisationswandelnden Element 204 ausgetreten sind,
beleuchten das Bildanzeigeelement 207, das nahe der Fokusposition
(der zu bestrahlenden Oberfläche)
einer Kondenserlinse 206 bereitgestellt wird, durch die
Kondenserlinse 206. Ein von dem Bildanzeigeelement 207 angezeigtes
Bild wird auf eine vorbestimmte Oberfläche von einer Projektionslinse
projiziert.
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Andererseits
bildet der in 1 gezeigte Flüssigkristallprojektor
eine Vielzahl von zweiten Lichtquellenbildern durch einen fliegenaugenartigen optischen
Integrator, und überlagert
die Lichtstrahlen von der Vielzahl von zweiten Lichtquellenbildern übereinander
auf der zu bestrahlenden Oberflä che, um
die zu bestrahlende Oberfläche 207 einheitlich
zu beleuchten.
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Der
Flüssigkristallprojektor
von 1 benötigt
allerdings erste und zweite Linsenanordnungen mit demselben Maß von Größe wie eine Öffnung in dem
reflektierenden Spiegel 203, und darum neigt die gesamte
Vorrichtung dazu, voluminös
zu sein.
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Es
wurden vordem verschiedene Flüssigkristallprojektoren
vorgeschlagen, um ein Flüssigkristallelement
durch einen Lichtstrahl von einer Lichtquelle zu beleuchten, und
um abbildendes Licht wie beispielsweise von dem Flüssigkristallelement
transmittiertes oder reflektiertes Licht auf eine Leinwand oder Wand
durch eine Projektionslinse zu vergrößern und zu projizieren.
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Gewöhnlich verwendet
das Flüssigkristallelement
die polarisierenden Eigenschaften von Flüssigkristallen. Darum werden
gewöhnlich
polarisierende Filter wie beispielsweise ein Polarisator und ein Analysator
vor und nach dem Flüssigkristallelement bereitgestellt.
Der polarisierende Filter hat die Eigenschaft, polarisiertes Licht,
das in einer bestimmten Polarisationsrichtung von einfallendem Licht
polarisiert ist, hindurch zu lassen, und polarisiertes Licht, dessen
Polarisationsrichtung dazu orthogonal ist, aufzufangen. Darum wird
von dem Licht von der Lichtquelle, die in dem Flüssigkristallprojektor verwendet
wird, mindestens eine Hälfte
von dem Polarisator, welcher ein polarisierender Filter ist, aufgefangen,
und somit war die Helligkeit des Bildes, das auf die Leinwand oder
die Wand projiziert wurde, nicht ausreichend.
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Projektionssysteme,
die unter Einbezug von LCos-SLMs hergestellt werden, verwenden derzeit PCLPs
in ihrem Beleuchtungs system. Die gewöhnlichste Form von PCLP umfasst
einen Reflektor in der Form eines Lichtrohrs, das zwei PBSs an dem
Eingangsende des Lichtrohrs aufweist. Licht von der Lichtquelle
fällt auf
einen PBS ein. Der PBS spaltet das Licht in S- und P-Polarisationszustände auf. P-polarisiertes
Licht wird transmittiert und S-polarisiertes Licht wird reflektiert.
Das P-polarisierte Licht fällt
dann auf einen Dreher in der Form eines Halbwellenlängenverzögerers,
welcher derart orientiert ist, dass das austretende Licht eine um
90° gedrehte Polarisationsachse
aufweist, so dass es zu S-polarisiertem Licht umgewandelt wurde.
Das von dem PBS abgespaltete S-polarisierte
Licht fällt
dann auf den zweiten PBS ein, wo es reflektiert wird und in das Lichtrohr
zurückgeleitet
wird. S-polarisiertes
Licht tritt somit von beiden PBS aus und wird dann von dem Lichtrohr
homogenisiert. Das PCLP neigt dazu, ein kostengünstigeres System als die oben
genannte Anordnung kleiner Linsen PCA zu sein, aber es leidet an
einem geringeren Kontrast, näherungsweise
6:1, der aus dem PCLP austritt, im Vergleich mit dem 20 bis 30:1
von der Anordnung kleiner Linsen PCA, und einer geringeren Effizienz;
ungefähr
72% verglichen mit näherungsweise
80%.
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Das
US-Patent 6,139,157 des
Stands der Technik, hierin durch Referenz eingebunden, ist auf eine
Beleuchtungsvorrichtung gerichtet, welche mehrere Elemente mit der
vorliegenden Erfindung gemein zu haben scheint. Eine Lichtquelle,
ein Lichtrohr, Linsen, ein reflektierender polarisierender Strahlteiler,
ein Polarisationswandlungselement und eine Zielebene werden alle
in diesem Patent gezeigt. Dennoch fehlt der Erfindung, die in
13 dieses Patents gezeigt wird und hierin
als
2 gezeigt ist, ein Hindernis oder eine undurchsichtige
Region an einem Eingangsende des Lichtrohrs. Die Anmelderin glaubt,
dass durch Nichtversehen des Lichtrohrs mit einer abgedeckten Region
an dem Eingangsende kein einheitlich polarisierter Strahl resultiert.
Durch Bereitstellen des Hindernisses oder der abgedeckten Region
an einem Eingangsende des Lichtrohrs und Sicherstellen, dass die
Polarisationsverschiebung und Separation an vorbestimmten Orten
in Abhängigkeit
von der Konfiguration der abgedeckten Region stattfindet, wird ein
gewünschter
einheitlich polarisierter Strahl resultieren. Die Beschreibung von
13 ist wie folgt:
„Das in
13 gezeigte Polarisationswandlungselement
74 verwendet
eine transparente Platte, die mit einer polarisationstrennenden
Oberfläche
701 an
deren Oberfläche
als Reflektionsmittel, um den optischen Pfad um 90° zu biegen,
und mit einem reflektierenden Spiegel
702 an deren Rückseite
versehen ist, und die optischen Pfade von S-polarisiertem Licht,
das von der Oberfläche
reflektiert wird, und P-polarisiertem Licht, das von der Rückseite
reflektiert wird, werden parallel zueinander abgelenkt, und eine
Halbewellenlängenplatte
703 ist
auf dem optischen Pfad des von der Oberfläche reflektierten S-polarisierten
Lichts angeordnet (oder dem optischen Pfad des von der Rückseite
reflektierten P-polarisierten Lichts), um dadurch die Richtungen
der Polarisation der beiden Lichter zu vereinheitlichen."
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Auch
werden in dem System von 13 des Stands
der Technik Halbwellenlängenplatten 703 periodisch
auf der flachen Oberfläche
der plankonvexen integrierten Linse 5 bereitgestellt, um
dadurch die Polarisationsrichtung von dem einfallenden S-polarisierten Licht
in dieselbe Richtung wie das P-polarisierte
Licht zu wandeln."
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Es
ist nicht klar, ob die in 13 gezeigte Struktur
so funktioniert, wie sie soll. Da keine Struktur gelehrt wird, die
Licht von dem Eingangsende blockiert, scheint es, als ob alles Licht
einer linearen Polarisation, das auf die Oberfläche 701 einfällt, auf
die gesamte empfangende Oberfläche
von 5 reflektiert wird. Es scheint auch, als ob alles Licht, das
von der Oberfläche 702 reflektiert
wird, auf die gleiche Region von 5 reflektiert wird. Darum ist es
nicht klar, wie diese Ausführungsform
arbeitet, um eine lineare Polarisation und nicht die andere selektiv
zu rotieren.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein System und ein Verfahren
bereitzustellen, um einen räumlichen
Lichtmodulator einheitlich zu beleuchten, welches ein neues, relativ
kostengünstiges
Verfahren der Polarisationsrückgewinnung
umfasst.
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Es
ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein einfaches, kostengünstiges
System bereitzustellen, um im Wesentlichen einheitlich polarisiertes
Licht für
die Verwendung in einem Projektionsanzeigesystem bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung wird ein Beleuchtungssystem bereitgestellt,
das aufweist:
- a) ein Lichtrohr, das ein Eingangsende
zum Aufnehmen von im Wesentlichem unpolarisiertem Licht von einer
Lichtquelle und ein Ausgangsende zum Ausgeben von reflektiertem
Licht aufweist, wobei das Eingangsende einen abgedeckten Bereich
und einen nicht abgedeckten Bereich aufweist, wobei der abgedeckte
Bereich Licht im Wesentlichen vom Eindringen in das Lichtrohr abhält, und
der nicht abgedeckte Bereich Licht das Eindringen in das Lichtrohr
ermöglicht,
wobei das Lichtrohr zum Reflektieren von Licht und zum Herstellen
einer Vielzahl von virtuellen Bildern vorgesehen ist, wobei jedes
virtuelle Bild eine dunkle nicht beleuchtete Region aufweist, die
der abgedeckten Region entspricht, und eine beleuchtete Region,
die der nicht abgedeckten Region entspricht, und die an die dunkle
Region angrenzt;
- b) eine Linse, die optisch an das Ausgangsende des Lichtrohrs
gekoppelt ist, um eine Vielzahl von reellen Bildern in oder in der
Nähe einer
Bildebene bereitzustellen, wobei jedes reelle Bild einem der virtuellen
Bilder derart entspricht, dass jedes reelle Bild eine dunkle, nicht
beleuchtete Region aufweist, die dem abgedeckten Bereich entspricht,
und eine beleuchtete Region, die dem nicht abgedeckten Bereich entspricht,
wobei die Vielzahl von reellen Bildern zusammen eine Anordnung von
dunklen Regionen und beleuchteten Regionen ausbilden; und
- c) ein Polarisationswandlungssystem, das optische gekoppelt
ist, um Licht von der Anordnung von dunklen und hellen Regionen
aufzunehmen, und um die dunklen Regionen mit etwas Licht von den
beleuchteten Regionen in einer polarisationsabhängigen Weise derart zu füllen, dass
etwas Licht von einer beleuchteten Region zu einer dunklen Region
räumlich
verschobeben wird, wobei das Polarisationswandlungssystem Licht
so umwandelt, dass im Wesentlichen das gesamte Licht, das durch
dieses hindurch läuft,
einheitlich polarisiert wird.
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Mindestens
80% des Lichts, das durch das Polarisationswandlungssystem hindurch
läuft,
ist einheitlich polarisiert, und vorzugsweise 90% oder mehr.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Beleuchtungssystem bereitgestellt, das aufweist:
- a) ein Lichtquelle;
- b) ein Lichtrohr, das ein auf eine vorbestimmte Weise abgedecktes
Ende aufweist, um virtuelle Bilder herzustellen, die jeweils eine
dunkle Region, die der abgedeckten Region entspricht, und eine nicht
abgedeckte beleuchtete Region angrenzend an die abgedeckte Region
aufweisen;
- c) eine Linse, die an das Lichtrohr gekoppelt ist, um reelle
Bilder herzustellen, die den virtuellen Bildern entsprechen, wobei
jedes reelle Bild eine beleuchtete Region und eine unbeleuchtete
Region aufweisen;
- d) ein Polarisationswandlungssystem, das Licht von der Linse
aufnimmt, und das die nicht beleuchteten Regionen mit Licht von
angrenzenden beleuchteten Regionen auf eine polarisationsabhängige Weise
füllt,
um einen polarisierten Lichtstrahl herzustellen, der von den reellen
Bildern gebildet wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird in einem Projektionsanzeigesystem
ein Verfahren bereitgestellt, um eine im Wesentliche einheitliche,
homogene, polarisierte Lichtquelle bereitzustellen, das die Schritte
umfasst:
Bereitstellen eines Strahls von im Wesentlichen unpolarisiertem
Licht;
Umwandeln des unpolarisierten Lichts in mindestens vier
reelle Bilder, wobei jedes eine helle Region und eine oder mehrere
dunkle Regionen in einer ersten Bildebene aufweist;
Lenken
eines Teils des Lichts von einer hellen Region in jedem reellen
Bild zu einer oder mehreren dunklen Regionen in jedem der reellen
Bilder in einer polarisationsabhängigen
Weise; und
Homogenisieren des veränderten Bilds in ein einzelnes
Bild von im Wesentlichen polarisiertem Licht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun in Verbindung mit den Figuren beschrieben,
in welchen:
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1 eine
Seitenansicht eines Systems des Stands der Technik für Polarisationswandlung
ist, das eine Fliegenaugenanordnung und eine PCA verwendet.
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2 eine
Seitenansicht eines Polarisationswandlungssystems ist, wie in dem
US-Patent 6,139,157 gezeigt.
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3 eine
Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems
ist.
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4a eine
Darstellung ist, die eine Eingangsendseite eines Lichtrohrs nach 3 veranschaulicht.
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4b eine
Darstellung von mehreren Bildern der Eingangsfläche des Lichtrohrs ist, wie
sie an der Polarisationswandlerebene gesehen werden würde.
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5 eine
Darstellung ist, die das S- und P-polarisierte Licht zeigt, das
auf der Polarisationswandlerebene Seite an Seite zusammengefügt ist.
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6 eine
alternative Ausführungsform
des in 3 gezeigten Beleuchtungssystems ist.
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7 eine
Darstellung des Polarisationstrenners und -verschiebers des Systems
von 6 ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Mit
Bezug auf 3 wird ein Beleuchtungssystem
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform dieser
Erfindung gezeigt. Eine Lichtquelle 30, die einen Reflektor 32 aufweist,
ist optisch an ein Lichtrohr 34 gekoppelt. Das Lichtrohr
ist in allen Gesichtspunkten herkömmlich außer einem. Das Lichtrohr 34 weist eine
abgedeckte Region an seinem Eingangsende auf, die in 3 nicht
gesehen werden kann, aber klar in 4a veranschaulicht
wird. Das Lichtrohr 34 kann einen Lichttunnel oder eine
andere Licht reflektierende Struktur sein, die ein Eingangsende
aufweist, das abgedeckt werden kann, und ein Ausgangsende, um Licht
auszugeben. Ein Polarisationstrenner und -verschieber 36 ist
angeordnet, um im Wesentlichen kollimiertes Licht von dem Lichtrohr mittels
der Linsen 37a und 37b in der Form von mehreren
reellen Bildern aufzunehmen. Ein ähnliches Element 74 ist
im Detail in 2 gezeigt. Jedes reelle Bild
ist ein reduziertes Bild des Eingangsendes des Lichtrohrs. Eine
genauere Beschreibung dessen folgt. Der Polarisationstrenner und
-verschieber 36 ist angeordnet, um das S- und P-polarisierte
Licht zu trennen und dann das Licht in einer polarisationsabhängigen Weise
räumlich
zu verschieben, so dass das S-polarisierte Licht und P-polarisierte
Licht auf die Polarisationswandler-(PC)Platte 38 mit einem vorbestimmten
räumlichen
Muster einfällt.
Der Polarisationswandler 38 ist eine Platte, die gestreifte
Regionen 52 mit einem halbwelleverzögernden Material, das in sich
abwechselnden Regionen vorhanden ist, aufweist. Licht einer linearen
Polarisation fällt
auf die gestreiften Regionen 52, während Licht der anderen linearen
Polarisation durch die Glasregionen 50 unbeeinflusst hindurchläuft, wie
in 5 gezeigt. Relaiselemente 39a und 39b stellen
sicher, dass das Licht, das aus dem PC 38 austritt, einheitlich über die SLM-Ebene 31 verteilt
wird.
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Im
Betrieb wird Licht von der Lichtquelle 30 von dem Reflektor 32 auf
das Eingangsende 33a des Lichtrohrs oder Lichttunnels 34 fokussiert.
Licht durchläuft
das Lichtrohr von der Eingangsendseite zu der Ausgangsseite 33b,
wobei es mehrfache Reflektionen von den Wänden des Lichtrohrs erfährt. Totalreflexion
(TIR) von den Lichtrohrwänden
verhindert, dass Licht aus dem Lichtrohr entweicht. Nach mehrfachen
Reflexionen im Innern des Lichtrohrs 34 wird das Licht
homogenisiert, wobei die Ausgangsfläche 33b des Lichtrohrs
eine im Wesentlichen einheitlich emittierende Oberfläche darstellt.
Ein hohler Tunnel, der aus Spiegeln besteht, kann auch verwendet
werden, und wird als ein Äquivalent
betrachtet. Das Lichtmuster an der Ausgangsendfläche 33b wird dann
von den Beleuchtungsrelais 37a, 37b, 39a und 39b auf
den SLM 31 abgebildet. In dieser Ausführungsform ist der Polarisationstrennerverschieber nach
den ersten zwei Relaiselementen 37a und 37b angeordnet.
Diese Region ist im Wesentlichen kollimierter Raum, in dem das Licht,
das aus dem Relaiselement 37b austritt, kollimiert ist.
Die Funktion des Polarisationstrennerverschiebers 36 ist
es, die orthogonalen linearen Polarisationszustände zu trennen und dann einen
lateral seitwärts
mit Bezug auf den anderen zu verlagern oder zu verschieben. Wie
in 3 gezeigt, fällt
unpolarisiertes Licht auf einen PBS 36a ein, beispielsweise
ein Moxtek ProfluxTM-Drahtgitterpolarisator,
wobei S- Polarisation
reflektiert wird und P-Polarisation hindurchgelassen wird. Das P-polarisierte
Licht wird dann von einem Spiegel 36b an der Rückseite
des Verschiebers 36 durch den PBS reflektiert. Die Trennung
des Spiegels 36b von dem PBS des Verschiebers 36 bewirkt,
dass das P-polarisierte Licht seitwärts relativ zu dem S-polarisierten
Licht verlagert wird. Diese Trennung muss präzise kontrolliert werden, wie
später
gezeigt werden wird.
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Wie
in 4a gezeigt, weist die Eingangsendfläche des
Lichtrohrs zwei abgedeckte undurchsichtige Regionen 42a und 42b und
ein lichtdurchlässiges
Fenster 42c zwischen diesen auf. Vorzugsweise ist die Breite
der Fensterregion 42c d/2 und die Breite der abgedeckten
Regionen jeweils d/4. Der Zweck der abgedeckten Regionen ist es,
eine Anordnung von beleuchteten oder hellen Regionen 45a und
nicht beleuchteten oder dunklen Regionen 45b auf der Bildebene
zu ergeben. Das Lichtrohr nimmt das in 4a gezeigte
reelle Bild auf, und indem Licht im Inneren des Lichtrohrs abprallt
wird eine Vielzahl von kleineren virtuellen Bildern, wobei jedes
eine kleinere Version des in 4a gezeigten
reellen Bilds ist, an einer virtuellen Bildebene etwa an dem Eingangsende
des Lichtrohrs erstellt. Diese virtuellen Bilder würden als
reelle Bilder in der Bildebene des PC 38 erfasst werden.
Da das Licht, das auf den Trenner und Verschieber 36 auftritt,
im Wesentlichen kollimiert ist, würden dieselben reellen Bilder,
die den virtuellen Bildern entsprechen und konjugierte dieser sind,
auf dem Trenner und Verschieber 36 vorhanden sein. Daher
würde das
Muster in 4b auf die Elemente 36 und 38 abgebildet
werden.
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Allerdings ändert der
Polarisationstrenner und -verschieber 36 die mehrfachen
reellen Bilder auf eine vorbestimmte Weise, so dass ungefähr die Hälfte des
Lichts innerhalb der beleuchteten Bereiche 45a zu nicht
beleuchteten oder dunklen Regionen 45b mittels räumlicher
Verschiebung geleitet wird, um Seite an Seite S-polarisiertes Licht
und P-polarisiertes Licht zusammenzufügen. Zweckmäßig fallen die verzögernden
gestreiften Regionen 52 des PC 38, das sich in
einer Ebene befindet, welche konjugiert ist zu der Eingangsseite 33b des
Lichtrohrs und durch die eingreifende Relaisoptik gebildet wird,
nur mit dem S- oder P-polarisiertem Licht zusammen, aber nicht mit
beiden. Zusammenfassend wird das in 4b gezeigte
reelle Bild durch den Polarisationstrenner und -verschieber 36 geändert, so dass
Licht gleichmäßig in einer
polarisationsabhängigen
Weise derart verteilt wird, dass die dunklen Regionen mit Licht
eines orthogonalen Polarisationszustands der beleuchteten Regionen
beleuchtet werden, nachdem polarisationsabhängige Verschiebung und Konvertierung
stattfindet. Wenn sachgemäß ausgestaltet
werden sowohl das S-polarisierte
Licht als auch das P-polarisierte Licht als sich abwechselnde Balken
von hellen und dunklen Regionen erscheinen. Das P-polarisierte Licht
wird seitwärts
relativ zu den S-polarisierten Streifen verlagert, so dass die hellen
P-Regionen auf die
S-polarisierten dunklen Regionen mit wenig oder minimaler Überlappung
fallen, und umgekehrt.
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In
dieser beispielhaften Ausführungsform
ist der PC 38 ausgestaltet, um das P-polarisierte Licht
in S-polarisiertes Licht zu transformieren. Eine Weise dieses auszuführen ist,
ein transparentes Substrat wie beispielsweise Glas mit Streifen
von halbewelleverzögerndem
Material, wie beispielsweise Kunststoffverzögerungsfilm, Quarz, Mika oder
anderen doppelbrechenden Materialien, zu beschichten, in einem Muster,
welches dem Muster der hellen Regionen des P-polarisierten Lichts
entspricht. Der Verzögerer
ist ausgebildet, um die Po larisationsachse um 90° zu rotieren oder zu verzögern. Licht,
das aus dem PC 38 austritt, wird dann S-polarisiertes Licht
sein. Natürlich
kann S-polarisiertes Licht in P-polarisiertes Licht auf eine ähnliche
Weise transformiert werden, wenn erwünscht.
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Obwohl
die vordem beschriebenen Ausführungsformen
mit Bezug auf linear polarisiertes Licht beschrieben wurden, kann
man sich Ausführungsformen
vorstellen, in denen zirkular polarisiertes Licht verwendet wird,
so dass das gesamte ausgegebene Licht einheitlich zirkular polarisiert
ist. Das Element 36 würde
mit einer Platte ersetzt werden müssen, die im Hinblick auf rechts-
und linkshändig
zirkularpolarisiertes Licht unterscheidet und verschiebt statt auf
S- oder P-polarisiertes Licht.
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Wendet
man sich nun 6 zu, ist eine alternative Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, wobei der Polarisationstrenner und -verschieber 36 und
der Polarisationswandler 38 von 3 mit einem
optionalen Spiegel 62 ersetzt sind, um auf diesen einfallendes
Licht zu falten, und um das Licht zu einem Polarisationstrenner,
-verschieber und -wandler 64, der genauer in 7 gezeigt
wird, umzulenken. Unpolarisiertes Licht, das S- und P-linear polarisierte
Komponenten aufweist, fällt
wie gezeigt auf eine Anordnung von Elementen. Das Fehlen von Licht
zwischen den Pfeilen, die Strahlen von S- und P-polarisiertem Licht
aufzeigen, beruht auf den dunklen Regionen als eine Funktion des
Eingangs des Lichtrohrs 32 oder auf einem abgedeckten Reflektor.
Das Licht, das als Beispiel als drei Pfeile gezeigt wird, die drei
Strahlen repräsentieren,
fällt auf
polarisierende Strahlteiler 57a, 57b und 57c.
S-polarisiertes Licht wird reflektiert, während P-polarisiertes Licht durch diese hindurchtritt.
Das reflek tierte S-polarisierte Licht, das von 57a, 57b und 57c reflektiert
wird, wird dann in dieselbe Richtung geleitet wie das P-polarisierte Licht
und wird P-polarisiertes Licht, indem es durch einen Verzögerer hindurchtritt.
Verzögerer 77a, 77b und 77c stellen
die benötigte
Verzögerung
bereit, so dass das gesamte ausgegebene Licht P-polarisiert wird.
Diese Ausführungsform
der Erfindung nutzt auch die mehreren reellen Bilder aus, welche
den abgedeckten Eingang repräsentieren,
um beleuchtete und nicht beleuchtete Regionen bereitzustellen. In dieser
Ausführungsform
werden individuelle Strahlen gespalten und zusammengefügt, einen
neben den anderen, um die dunklen Regionen zu füllen; dies stellt auch eine
Gelegenheit bereit, um das S-polarisierte Licht zu rotieren, während das
P-polarisierte Licht nicht betroffen ist, nachdem die dunklen Regionen
gefüllt
wurden.
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In
den in 3 und 7 gezeigten Ausführungsformen
weist das Lichtrohr oder der Reflektor ein Hindernis auf, das Licht
am Eintreten hindert. Dies erscheint in der Vielzahl reeller Bilder,
die in den kollimierten Raum geleitet werden, als Bilder, die dunkle
und helle Regionen aufweisen. Diese dunklen Regionen können anschließend mit
ungefähr
50% des Lichts, das in den hellen Regionen vorhanden ist, gefüllt werden,
auf eine polarisationsabhängige
Weise, so dass das verbleibende Licht eine lineare Polarisation
aufweist, und das verschobene verlagerte Licht eine orthogonale
Polarisation aufweist. Eine der zwei linearen Polarisationen kann
zweckmäßig verzögert oder
rotiert werden, um dieselbe zu werden wie die andere, wodurch ein
im Wesentlichen einheitlicher Strahl bereitgestellt wird, der einen
gleichen Polarisationszustand aufweist.
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Natürlich kann
man sich zahlreiche andere Ausführungsformen
vorstellen, wie in den Ansprüchen
offenbart.