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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem und
einen Projektor, der mit diesem ausgestattet ist, und insbesondere
auf ein Beleuchtungssystem, das ein Farbbild ohne ein Farbrad mit
Hilfe einer Lichtemissionsvorrichtung oder einer Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen
realisieren kann, sowie einen Projektor, der mit diesen ausgestattet
ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Unter
Bezugnahme auf 1 enthält ein herkömmlicher Projektor eine Lichtquelle 100,
eine erste Relaislinse 102 zum Bündeln eines Lichtstrahls, der
von der Lichtquelle 100 abgestrahlt wird, ein Farbrad zum
Teilen eines einfallenden Lichtstrahls in drei Lichtstrahlen aus
Rot (R), Grün
(G) und Blau (B), eine Fliegenaugenlinse 107, die bewirkt, dass
der Lichtstrahl, der das Farbrad 105 durchläuft, einheitlich
wird, eine zweite Relaislinse 110 zum Bündeln der Lichtstrahls, der
die Fliegenaugenlinse 107 durchläuft, eine Anzeigevorrichtung 112 zum
Ausbilden eine Farbbildes aus den Strahlen der Farben R, G und B,
die nacheinander einfallen, nachdem sie das Farbrad 105 durchlaufen
haben, und eine Projektionslinseneinheit 115 zum Vergrößern des
Bildes, das durch die Anzeigevorrichtung 112 ausgebildet wird,
und Projizieren des vergrößerten Bildes
auf einen Bildschirm 118.
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Eine
Xenon-Lampe, eine Metallhalogenid-Lampe oder eine UHP-Lampe wird
als Lichtquelle 100 verwendet. Diese Lampen emittieren
im Überschuss
infrarote und ultraviolette Strahlen. Demzufolge wird starke Wärme erzeugt,
weshalb ein Kühlgebläse erforderlich
ist. Das Kühlgebläse ist jedoch
eine Lärmquelle.
Da zudem das Spektrum der Lichtquellenlampe über das gesamte Wellenlängenspektrum weit
verteilt ist, ist infolge einer engen Farbskala die Auswahl der
Farbe eingeschränkt,
die Farbreinheit unzureichend und die Lebensdauer kurz, wodurch eine
stabile Verwendung der Lampe unmöglich
ist.
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Beim
herkömmlichen
Einzelpaneelprojketor wird, um ein Farbbild zu realisieren, das
Farbrad 105 mit einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) mit
einer hohen Geschwindigkeit gedreht, so dass Lichtstrahlen der Farben
R, G und B nacheinander auf die Anzeigevorrichtung 112 fallen.
Da jedoch die R-, G- und B-Farbfilter gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des
Farbrades 105 verteilt sind und die Filter nacheinander
während
der Drehung des Farbrades 105 verwendet werden, gehen gemäß einer
Ansprechgeschwindigkeit der Anzeigevorrichtung 2/3 des Lichtes verloren.
Da zudem ein Zwischenraum einer vorbestimmten Breite die benachbarten
Farbfilter für
eine bevorzugte Erzeugung von Farbe trennt, geht Licht in diesem
Bereich verloren.
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Das
sich das Farbrad 105 mit einer hohen Drehzahl dreht, entsteht
Lärm. Zudem
hat die mechanische Bewegung des Antriebsmotors einen nachteiligen
Einfluss auf die Stabilität,
wobei es infolge mechanischer Einschränkungen beim Antriebsmotor
schwierig ist, Drehzahlen über
einen bestimmten Punkt hinaus zu erhalten, wodurch ein Farbzerfallsphänomen auftritt.
Da das Farbrad weiterhin sehr teuer ist, steigen die Herstellungskosten.
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Der
Stand der Technik; der für
das Beleuchtungssystem der Erfindung relevant ist, findet sich in den
folgenden Druckschriften. WO-A-9422050 beschreibt ein Video-Projektionssystem
für die
Farbprojektion, das eine seitlich verschobene Positionierung des
projizierten Bildes auf einem Bildschirm erzeugt. Bei einer Ausführungsform
wird Licht zahlreicher Farben durch Anordnungen von Laserdioden
erzeugt. Die seitliche Verschiebung kann durch optische Beugungselemente
erzeugt werden. US-A-5546200 beschäftigt sich mit der Verringerung
der Abmes sungen von chromatischen Lichttrenneinrichtungen. Eine chromatische
Lichttrenneinrichtung enthält
drei holografische Spiegel, die monochrome Lichtstrahlen reflektieren.
Bei dem System für
die Erzeugung eines Bildes, das in WO-0077768 beschrieben ist, fungiert eine
Anzeigevorrichtung, in der unterschiedliche Bereiche zum Anzeigen
einer Farbe eingerichtet sind, jeweils als lichtemittierende Vorrichtung.
Es werden holografische optische Elemente als Lichtrichtungsvorrichtungen
verwendet, die jeweils einen Lichtstrahl einer speziellen Farbe
auf den entsprechenden Bereich der Bildebene richten.
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ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Beleuchtungssystem,
das über
Anordnungen einer Lichtemissionsvorrichtung und holografische optische
Elemente verfügt,
um ein Farbbild ohne ein Farbrad zu realisieren, und einen Projektor anzugeben,
der mit dem Beleuchtungssystem ausgestattet ist.
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Um
das Ziel zu erreichen, wird ein Beleuchtungssystem angegeben, enthaltend
zwei Anordnungen einer Lichtemissionsvorrichtung zum Emittieren eines
Lichtstrahls, der eine vorbestimmte Wellenlänge hat, in zwei entgegengesetzte
Richtungen sowie zwei holografische optische Elemente, die auf einem optischen
Weg zwischen den Anordnungen der Lichtemissionsvorrichtungen angeordnet
sind, um den Querschnitt des Lichtstrahls zu verringern, der von den
Anordnungen der Lichtemissionsvorrichtungen emittiert wird, und
die Lichtstrahlen in derselben Richtung zu reflektieren.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das Beleuchtungssystem
eine Lichtemissionsvorrichtung enthält, die eine LED (Leuchtdiode),
eine LD (Laserdiode), eine organische EL-(Elektrolumineszenz-) oder
eine FED (Feldemissions-Anzeigevorrichtung) ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass das Beleuchtungssystem
weiterhin eine Parallel-Lichtstrahl-Formeinheit umfasst, die den
von der Lichtemissionsvorrichtung emittierten Lichtstrahl zu einem
parallelen Lichtstrahl macht.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Parallel-Lichtstrahl-Formeinheit
vorzugsweise eine Kollimationslinsen-Anordnung oder eine Fresnellinsen-Anordnung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung enthält
das Beleuchtungssystem vorzugsweise weiterhin eine Optikweg-Änderungseinheit
zum Ändern
des Weges eines Lichtstrahls durch selektives Senden oder Reflektieren
des Lichtstrahls, der aus dem holografischen optischen Element austritt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bildet vorzugsweise wenigstens eine Lichtemissionsvorrichtung
eine Anordnung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, dass eine Vielzahl
von Lichtemissionsvorrichtungen oder Anordnungen von Lichtemissionsvorrichtungen,
die Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen abstrahlen, in einer Linie
angeordnet sind.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Optikweg-Änderungseinheit vorzugsweise
ein dichriotisches Filter, das den Lichtstrahl, der aus dem holografischen
optischen Element austritt, gemäß der Wellenlänge des
Lichtstrahls reflektiert oder durchlässt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Optikweg-Änderungseinheit vorzugsweise
ein cholesterisches Bandmodulationsfilter, das den Lichtstrahl,
der aus dem holografischen optischen Element austritt, gemäß der Polarisationsrichtung
und der Wellenlänge
des Lichtstrahls reflektiert oder durchlässt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung enthält
das cholesterische Bandmodulationsfilter vorzugsweise eine erste
Spiegelfläche,
die einen Lichtstrahl rechtszirkularer Polarisation reflektiert
und einen Lichtstrahl linkszirkularer Polarisation durchlässt, sowie
eine zweite Spiegelfläche,
die im Bezug auf einen Lichtstrahl mit einer vor bestimmten Wellenlänge einen Lichtstrahl
rechtszirkularer Polarisation durchlässt und einen Lichtstrahl linkszirkularer
Polarisation reflektiert.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Lichtemissionsvorrichtungen
oder eine Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen zum Emittieren
von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen so angeordnet, dass sie
um einen vorgegebenen Winkel getrennt sind.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Optikweg-Änderungseinheit vorzugsweise
ein X-Prisma oder ein dichriotisches Filter vom X-Typ.
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Bei
der vorliegenden Erfindung sind die Lichtemissionsvorrichtung oder
die Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen sowie das holografische
optische Element vorzugsweise in einer mehrschichtigen Struktur
angeordnet.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, wird ein Projektor angegeben, der umfasst:
ein Beleuchtungssystem, das wenigstens eine Lichtemissionsvorrichtung zum
Emittieren eines Lichtstrahls einer vorbestimmten Wellenlänge enthält, wobei
das Beleuchtungssystem weiterhin umfasst: ein holografisches optisches
Element, das auf einem optischen Weg angeordnet ist, um den Querschnitt
des Lichtstrahls zu verringern, der von der Lichtemissionsvorrichtung emittiert
wird, eine Anzeigevorrichtung zum Ausbilden eines Bildes durch Verarbeiten
des Lichtstrahls, der vom Beleuchtungssystem emittiert wird, gemäß einem
Eingangsbildsignal, und eine Projektionslinseneinheit zum Vergrößern des
Bildes, das von der Anzeigevorrichtung ausgebildet wird, und zum
Projizieren des vergrößerten Bildes
auf einen Bildschirm.
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Es
wird bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Projektor
gemäß Anspruch
13 weiterhin eine Fliegenaugenlinse umfasst, die den Lichtstrahl,
der vom Beleuchtungssystem emittiert wird, zu einem parallelen Strahl
macht, sowie eine Relaislinse, die den durch die Fliegenaugenlinse
in Richtung der Anzeigevorrichtung hindurchtretenden Lichtstrahl
bündelt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Das
obige Ziel und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch
detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
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1 ist
eine Ansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen Projektors zeigt;
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2 ist
eine Perspektivansicht eines Beleuchtungssystems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Frontansicht des Beleuchtungssystems aus 2;
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4 ist
eine Aufsicht des Beleuchtungssystems aus 2;
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5 ist
eine Ansicht, die einen optischen Weg in einem Beleuchtungssystem
gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Perspektivansicht eines Beleuchtungssystems gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine Aufsicht der Beleuchtung aus 6; und
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8 ist
eine Perspektivansicht, die den Aufbau eines Projektors darstellt,
der mit dem Beleuchtungssystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 2 enthält ein Beleuchtungssystem gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wenigstens eine Lichtemissionsvorrichtung
oder eine Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 10 zum
Emittieren eines Lichtstrahls mit einer vorbestimmten Wellenlänge, holografische
optische Elemente 18, die darauf ausgelegt sind, den Querschnitt
des Lichtstrahls zu minimieren, der von der Lichtemissionsvorrichtung
oder der Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 10 emittiert
wird, und eine Optikweg-Änderungseinheit
(auch als Strahlteiler/-vereiniger bekannt) 30, die einen
opti schen Weg ändert,
indem sie den Lichtstrahl der die holografischen optischen Elemente 18 durchläuft, wahlweise
durchlässt
oder reflektiert.
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Die
Lichtemissionsvorrichtung 10 kann aus einer LED (Leuchtdiode),
einer LD (Laserdiode), einer organischen EL-(Elektrolumineszenz-)
oder einer FED (Feldemissions-Anzeigevorrichtung) bestehen. Zudem
kann wenigstens eine Lichtemissionsvorrichtung in einer Anordnung
enthalten sein.
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Die
Lichtemissionsvorrichtung oder die Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10 kann aus
einer ersten, einer zweiten und einer dritten Lichtemissionsvorrichtung
oder Lichtemissionsanordnungen 10a, 10b und 10c bestehen,
die jeweils einen Lichtstrahl einer anderen Wellenlänge abstrahlen. Zudem
können
die Anordnungen der Lichtemissionsvorrichtungen in mehreren Schichten
angeordnet sein. Beispielsweise kann eine weitere Anordnung von
Lichtemissionsvorrichtungen 20 unter den Anordnungen von
Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c vorgesehen
sein.
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Die
holografischen optischen Elemente 18 und 28 sind
symmetrisch zwischen den Anordnungen der Lichtemissionsvorrichtungen 10 und 20 angeordnet.
Die holografischen optischen Elemente 18 und 28 sind
derart beschaffen, dass, wenn die Lichtstrahlen, die von den Anordnungen
der Lichtemissionsvorrichtungen 10 und 20 emittiert
werden, reflektiert werden, deren Querschnitte minimiert werden. Das
heißt,
wenn, wie in 3 gezeigt, die Lichtstrahlen,
die von den Anordnungen der Lichtemissionsvorrichtungen 10 und 20 emittiert
werden, von den holografischen optischen Elementen 18 und 28 reflektiert werden,
ist der Gesamtquerschnitt der Lichtstrahlen, die von den holografischen
optischen Elementen 18 und 28 reflektiert werden,
geringer als der Gesamtquerschnitt der Lichtstrahlen, die auf die
holografischen optischen Elemente 18 und 28 treffen.
Somit kann das Volumen des Beleuchtungssystems bei derselben Lichtmenge
verringert und der Lichtverlust reduziert werden.
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Hier
ist die Parallel-Licht-Formeinheit 15 und 25,
wie etwa eine Kollimationslinsen-Anordnung oder eine Fresnellinsen-Anordnung,
die den Lichtstrahl, der von den Anordnungen der Lichtemissionsvorrichtungen 10 und 20 emittiert
wird, zu einem parallelen Lichtstrahl machen, weiterhin zwischen
der Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10 und dem holografischen
optischen Element 18 sowie zwischen den Anordnungen der
Lichtemissionsvorrichtungen 20 und dem holografischen optischen
Element 28 vorgesehen. Bei der vorliegenden Erfindung wird
eine Kollimationslinsen-Anordnung als Parallel-Licht-Formeinheit 15 und 25 verwendet.
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Da
die Lichtemissionsanordnungen 10 und 20 symmetrisch
angeordnet sind und die Kollimationslinsen-Anordnungen 15 und 25 sowie
die holografischen optischen Elemente 18 und 28 beinhalten, sind
die optischen Funktionen der Lichtemissionsanordnungen 10 und 20 dieselben.
Daher wird lediglich die Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10 beschrieben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung können,
wie in 4 gezeigt, die erste zweite und dritte Anordnung
der Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c in
einer Linie angeordnet sein. Der Lichtstrahl, der jeweils von der
ersten, der zweiten und der dritten Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 10, 10b und 10c emittiert
wird, durchläuft
die Kollimationslinsen-Anordnung 15 und
das holografische optische Element 18 und breitet sich
zur Optikweg-Änderungseinheit 30 aus.
Die Optikweg-Änderungseinheit 30 reflektiert einen
einfallenden Lichtstrahl oder lässt
diesen wahlweise durch, damit sich die einfallenden Lichtstrahlen,
die entlang unterschiedlicher optischer Wege eingegeben werden,
entlang desselben optischen Weges ausbreiten. Die Optikweg-Änderungseinheit 30 kann
ein erstes, ein zweites und ein drittes dichriotisches Filter 30a, 30b und 30c beinhalten,
die gemäß der Wellenlänge des
Lichtstrahls, der jeweils von der ersten, der zweiten und der dritten
Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c emittiert
wird, reflektierend oder durchlassend wirken. Beispielsweise können Lichtstrahlen,
die rote (R), grüne
(G) und blaue (B) Wellenlängen
haben, von der ersten, der zweiten bzw. der dritten Anordnung von
Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c emittiert
werden.
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Das
erste dichriotische Filter 30a reflektiert lediglich einen
R-Lichtstrahl und lässt
die anderen Lichtstrahlen mit G- und B-Wellenlängen durch. Das zweite dichriotische
Filter 30b reflektiert lediglich einen G-Lichtstrahl und
lässt die
anderen Licht strahlen, die R- und B-Wellenlängen haben, durch. Das dritte
dichriotische Filter 30c reflektiert lediglich einen B-Lichtstrahl
und lässt
die anderen Lichtstrahlen durch, die R- und G-Wellenlängen haben.
Wenn der R-Lichtstrahl, der von der ersten Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10a emittiert
wird, auf das erste dichriotische Filter 30a über die
Kollimationslinsen-Anordnung 15 und das holografische optische Element 18 trifft,
wird somit der Lichtstrahl vom ersten dichriotischen Filter 30a reflektiert
und breitet sich in der Richtung aus, die durch einen Pfeil A in 4 gekennzeichnet
ist. Wenn der G-Lichtstrahl, der von der zweiten Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10b emittiert
wird, auf das zweite dichriotische Filter 30b über die
Kollimationslinsen-Anordnung 15 und das holografische optische
Element 18 trifft, wird der Lichtstrahl ebenso vom zweiten
dichriotischen Filter 30b reflektiert und durchläuft das
erste dichriotische Filter 30a, um sich in Richtung A auszubreiten.
Wenn der B-Lichtstrahl, der von der dritten Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10c emittiert
wird, auf das dritte dichriotische Filter 30c über die
Kollimationslinsen-Anordnung 15 und das holografische optische
Element 18 trifft, wird der Lichtstrahl vom dritten dichriotischen
Filter 30c reflektiert und durchläuft das zweite und das erste
dichriotische Filter 30b und 30a, um sich in der
Richtung A auszubreiten. Infolgedessen breiten sich der R-, der
G- und der B-Farblichtstrahl, die auf unterschiedliche optische
Wege treffen, entlang derselben optischen Wege aus.
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Alternativ.
kann ein cholesterisches Bandmodulationsfilter 35, das
sich gemäß der Polarisationsrichtung
des einfallenden Lichtes reflektierend oder durchlassend verhalten
kann, als Optikweg-Änderungseinheit
verwendet werden, wie es in 5 gezeigt
ist. Das cholesterische Bandmodulationsfilter 35 kann den
optischen Weg eines Lichtstrahls, der eine vorbestimmte Wellenlänge hat,
beispielsweise dadurch ändern,
dass es einen Lichtstrahl einer rechtszirkularen Polarisation reflektiert
und einen Lichtstrahl einer linkszirkularen Polarisation durchlässt, oder
dadurch, dass es einen Lichtstrahl einer rechtszirkularen Polarisation
durchlässt
und einen Lichtstrahl linkszirkularer Polarisation reflektiert.
Das cholesterische Bandmodulationsfilter 35 kann ein erstes,
ein zweites und ein drittes cholesterisches Bandmodulationsfilter 35a, 35b und 35c umfassen, die
sich gemäß der Richtung
der zirkularen Polarisation eines R-Lichtstrahls, eines G-Lichtstrahls
bzw. eines B-Lichtstrahls durchlassend oder reflektierend verhalten.
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Um
die Wirkung des Lichtes unter Verwendung der Lichtstrahlen sowohl
mit rechtszirkularer Polarisation als auch linkszirkularer Polarisation
zu verbessern, enthalten das erste, das zweite und das dritte cholesterische
Bandmodulationsfilter 35a, 35b und 35c jeweils
eine erste Spiegelfläche 37 zum
Reflektieren eines Lichtstrahls einer rechtszirkularen Polarisation
und Durchlassen eines Lichtstrahls linkszirkularer Polarisation,
gemäß der Wellenlänge, die
dem jeweiligen Filter entspricht, sowie eine zweite Spiegelfläche 38 zum
Durchlassen eines Lichtstrahls einer rechtszirkularen Polarisation
und Reflektieren eines Lichtstrahls linkszirkularer Polarisation,
die in geeigneter Weise angeordnet sind. Hier sind der Lichtstrahl
rechtszirkularer Polarisation und der Lichtstrahl linkszirkularer
Polarisation mit + bzw. – gekennzeichnet,
Beispielsweise bezeichnet R+ einen R-Lichtstrahl rechtszirkularer Polarisation,
während R– einen
R-Lichtstrahl linkszirkularer Polarisation kennzeichnet.
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Die
Lichtstrahlen, die von der ersten, der zweiten und der dritten Anordnung
der Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c emittiert
werden, und die Kollimationslinsen-Anordnung 15 sowie das holografische
optische Element durchlaufen haben, breiten sich zum ersten, zweiten
und dritten cholesterischen Bandmodulationsfilter 35a, 35b bzw. 35c aus.
Beim ersten, zweiten und dritten cholesterischen Bandmodulationsfilter 35a, 35b und 35c sind die
erste und die zweite Spiegeloberfläche 37 und 38 jeweils
diagonal im Bezug auf die Richtung angeordnet, in der der Strahl
eingegeben wird.
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Für den Fall
des Weges des R-Lichtstrahls wird, wenn der Lichtstrahl rechtszirkularer
Polarisation (R+) des R-Lichtstrahls, der vom holografischen optischen
Element 18 reflektiert wird, zuerst auf die erste Spiegelfläche 37 trifft,
der Lichtstrahl von der ersten Spiegelfläche 37 reflektiert.
Wenn dieser Lichtstrahl anschließend auf die zweite Spiegelfläche 38 auf
diesem Weg trifft, wird der Strahl durchgelassen, um sich in einer
Richtung auszubreiten, die mit einem Pfeil A' in 5 gekennzeichnet
ist. Gleichzeitig durchläuft,
wenn der Lichtstrahl zuerst auf die zweite Spiegelfläche 38 trifft,
der Lichtstrahl die zweite Spiegelfläche 38 und wird von
der ersten Spiegelfläche 37 reflektiert,
um sich in der Richtung A' auszubreiten.
Wenn im Gegensatz dazu der Lichtstrahl der linkszirkularen Polarisation (R–) des R-Lichtstrahls,
der vom holografischen optischen Element 18 reflektiert
wird, zuerst auf die erste Spiegelfläche 37 trifft, durchläuft der
Lichtstrahl die erste Spiegelfläche 37.
Wenn dieser Lichtstrahl auf die zweite Spiegelfläche 38 auf diesem
Weg trifft, wird anschließend der
Lichtstrahl von der zweiten Spiegelfläche 38 reflektiert,
um sich in Richtung A' auszubreiten.
Wenn der Lichtstrahl zuerst auf die zweite Spiegelfläche 38 trifft,
wird in der Zwischenzeit der Lichtstrahl von der zweiten Spiegelfläche 38 reflektiert,
um sich in Richtung A' auszubreiten.
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Der
obige Vorgang wird in gleicher Weise auf die rechtszirkulare Polarisation
G+ und die linkszirkulare Polarisation G– des G-Lichtstrahls und die rechtszirkulare
Polarisation B+ sowie die linkszirkulare Polarisation B– des Lichtstrahls
B angewendet, so dass sich sämtliche
Lichtstrahlen schließlich
in derselben Richtung A' ausbreiten.
Das erste, zweite und dritte cholesterische Bandmodulationsfilter 35a, 35b und 35c lassen
wahlweise Lichtstrahlen, die die Wellenlänge entsprechend diesem Filter
haben, durch oder reflektieren diese, lassen jedoch sämtliche Lichtstrahlen,
die andere Wellenlängen
haben, unabhängig
von der Richtung der Polarisation durch. Da sämtliche Lichtstrahlen der rechtszirkularen
Polarisation und der linkszirkularen Polarisation wirkungsvoll verwendet
werden können,
ist somit die Ausbeute des Lichts sehr hoch.
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6 zeigt
ein Beleuchtungssystem gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 6 enthält ein Beleuchtungssystem
gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine erste, eine zweite und eine dritte
Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c,
die jeweils einen Lichtstrahl mit anderer Wellenlänge emittieren,
Parallel-Lichtstrahl-Formeinheiten 45a, 45b und 45c,
wie etwa eine erste, eine zweite und eine dritte Kollimationslinsen-Anordnung oder eine
Fresnellinsen-Anordnung, die jeweils jeden der Lichtstrahlen, die
von der ersten, der zweiten und der dritten Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c emittiert werden,
parallel machen, ein erstes, ein zweites und ein drittes holografisches
optisches Element 48a, 48b und 48c zum
Reflektieren eines einfallenden Lichtstrahls, der die Parallel-Lichtstrahl-Formeinheiten 45a, 45b und 45c durchlaufen
hat, wobei der Querschnitt dieses Lichtstrahls verringert wird,
und eine Optikweg-Änderungseinheit,
die den Weg von Lichtstrahlen ändert,
die aus unterschiedlichen Richtungen eingegeben werden.
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Hier
können
eine vierte Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 50a,
eine vierte Kollimationslinsen-Anordnung 55a und ein viertes
holografisches optisches Element 58a zusätzlich symmetrisch zur
ersten Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 40a, der
ersten Kollimationslinsen-Anordnung 45a bzw. des ersten
holografischen optischen Elementes 48a vorgesehen sein.
Natürlich
kann das oben Beschriebene in gleicher Weise auf die zweite Anordnung
von Lichtemissionsvorrichtungen 40b und die dritte Anordnung
von Lichtemissionsvorrichtungen 40c angewendet werden.
Das heißt,
eine fünfte
und eine sechste Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 50b und 50c,
eine fünfte
und eine sechste Kollimationslinsen-Anordnung 55b und 55c sowie
ein fünftes
und ein sechstes holografisches optisches Element 58b und 58c können zusätzlich symmetrisch
zur zweiten und zur dritten Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 40b und 40c,
zur zweiten und zur dritten Kollimationslinsen-Anordnung 45b und 45c bzw.
zum zweiten und zum dritten holografischen optischen Element 48b und 48c vorgesehen sein.
Durch Ausbilden der Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen in
mehreren Schichten kann die maximale Lichtmenge auf minimalem Raum
erzeugt werden. Da der Betrieb der ersten bis dritten Anordnung
von Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c derselbe
ist, wie jener der vierten bis sechsten Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 50a, 50b und 50c,
wird lediglich der Betrieb der ersten bis dritten Anordnung von
Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c beschrieben.
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Die
Optikweg-Änderungseinrichtung
kann aus einem X-Prisma 60 oder einem dichriotischen Filter
des X-Typs ausgebildet sein. Die erste bis dritte Anordnung von
Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c sind
derart angeordnet, dass sie um einen vorbestimmten Winkel im Bezug
auf das X-Prisma 60 getrennt sind. Das X-Prisma 60 hat
eine erste, eine zweite und eine dritte Einfallsfläche 61, 62 und 63,
die derart angeordnet sind, dass sie den jeweiligen holografischen
optischen Elementen 48a, 48b und 48c zugewandt
sind, so dass die Lichtstrahlen, die vom ersten, zweiten und dritten
holografischen optischen Element 48a, 48b und 48c empfangen werden
können,
und eine Austrittsfläche 64.
Zudem verfügt das
X-Prisma 60 über
eine dritte Spiegelfläche 60a,
die einen Lichtstrahl reflektiert, der auf die erste Einfallsfläche 61 trifft,
und Lichtstrahlen durchlässt,
die auf die zweite und die dritte Einfallsflächen 62 und 63 treffen,
sowie eine vierte Spiegelfläche 60b,
die einen Lichtstrahl reflektiert, der auf die dritte Einfallsfläche 63 trifft,
und Lichtstrahlen durchlässt, die
auf die erste und zweite Spiegelfläche 61 und 62 treffen.
Die dritte und die vierte Spiegelfläche 60a und 60b kreuzen
einander wie der Buchstabe X, um einfallende Lichtstrahlen gemäß ihrer
Wellenlänge wahlweise
durchzulassen oder zu reflektieren. Beispielsweise reflektiert die
dritte Spiegelfläche 60a den
R-Lichtstrahl und lässt
die anderen Lichtstrahlen durch, die G- und B-Wellenlängen haben.
Die vierte Spiegelfläche 60b reflektiert
den B-Lichtstrahl
und lässt
die anderen Lichtstrahlen durch, die R- und G-Wellenlängen haben.
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7 ist
eine Aufsicht des Systems, das in 6 gezeigt
ist. Unter Bezugnahme auf 7 treffen
die R-, G- und B-Lichtstrahlen, die von der ersten bis dritten Anordnung
von Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c emittiert
werden und das erste bis dritte holografische optische Element 48a, 48b und 48c durchlaufen,
auf die entsprechende erste bis dritte Einfallsfläche 61, 62 und 63 des
X-Prismas. Der R-, G- und B-Lichtstrahl, die entlang unterschiedlicher
Wege eingegeben werden, werden von der dritten und vierten Spiegelfläche 60a und 60b durchgelassen
oder reflektiert, um in derselben Richtung auszutreten, die durch
die Austrittsfläche 64 verläuft.
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Die
Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen gemäß der obigen bevorzugten Ausführungsformen
kann auf unterschiedliche Art und Weise aufgebaut sein, wobei die
Optikweg-Änderungseinheiten 30, 35 und 60 in
geeigneter Weise für
die Anordnung gewählt
werden können.
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Zudem
gibt die vorliegende Erfindung einen Projektor an, der mit dem oben
beschriebenen Beleuchtungssystem der Lichtemissionsvorrichtung ausgestattet
ist. Ein Projektor, der mit einem Beleuchtungssystem der Lichtemissionsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist, enthält
ein Beleuchtungssystem zum Emittieren eines Lichtstrahls, eine Anzeigevorrichtung 75 zum
Erzeugen eines Bildes mit Hilfe der R-, G- und B-Lichtstrahlen,
die vom Beleuchtungssys tem emittiert werden, und eine Projektionslinseneinheit 77 zum
Projizieren des Bildes, das von der Anzeigevorrichtung erzeugt wird,
auf den Bildschirm 80. Das Beleuchtungssystem enthält eine
Vielzahl der Anordnungen von Lichtemissionsvorrichtungen 10 und 20,
die aus wenigstens einer Lichtemissionsvorrichtung bestehen, um einen
Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge zu emittieren, holografische
optische Elemente 18 und 28, die darauf ausgelegt
sind, den Lichtstrahl zu reflektieren, der von den Anordnungen der
Lichtemissionsvorrichtungen 10 und 20 abgestrahlt
wird, wobei dessen Querschnitt minimiert wird, und die Optikweg-Änderungseinheit 30 zum Ändern des
optischen Weges durch wahlweises Durchlassen oder Reflektieren der
Lichtstrahlen, die von den holografischen Elementen 18 und 28 einfallen.
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Die
Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10 besteht aus
der ersten bis dritten Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c,
die jeweils R-, G- oder B-Lichtstrahlen emittieren. Um eine ausreichende
Lichtmenge sicherzustellen, können
zudem eine oder mehrere Schichten der Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 20,
die denselben Aufbau haben, symmetrisch angeordnet sein. Wenn die
erste bis dritte Anordnung der Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c in
einer Linie angeordnet sind, treten die R-, G- und B-Lichtstrahlen, die
vom holografischen optischen Element 18 reflektiert werden,
in derselben Richtung parallel zueinander aus. Die Optikweg-Änderungseinheit 30 enthält das erste
bis dritte dichriotische Filter 30a, 30b und 30c,
um die Wege der R-, G- und B-Strahlen durch wahlweises Durchlassen
oder Reflektieren der Lichtstrahlen gemäß ihrer Wellenlängen zu ändern.
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Eine
Fliegenaugenlinse 65 zum gleichmäßigen Verteilen der R-, G-
und B-Lichtstrahlen,
die in derselben Richtung aus dem ersten bis dritten dichriotischen
Filter 20a, 30b und 30c ausgegeben werden,
sowie eine Relaislinse 70 zum Bündeln des Lichtstrahls auf
die Anzeigevorrichtung 75 können ebenfalls vorgesehen sein.
Hier wird ein Farbbild durch die Anzeigevorrichtung 75 mit
Hilfe der R-, G- und
B-Lichtstrahlen ausgebildet. Die Anzeigevorrichtung 75 kann
eine bewegliche Spiegelvorrichtung sein, die ein Farbbild durch
eine Ein-/Ausschalttätigkeit
von Mikrospiegeln realisiert, oder eine LCD-Vorrichtung, die ein
Farbbild durch Modulieren der Polarisation eines einfallenden Lichtstrahls
realisiert.
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Bei
der obigen Beschreibung werden hier das erste bis dritte dichriotische
Filter 30a, 30b und 30c als Optikweg-Änderungseinheit 30 verwendet. Es
kann jedoch auch das cholesterische Bandmodulationsfilter 35 zum
Durchlassen oder Reflektieren des einfallenden Lichtstrahls gemäß seiner
Richtung der zirkularen Polarisation verwendet werden.
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Zudem
können
das X-Prisma 60 oder das dichriotische Filter vom X-Typ
verwendet werden, um den optischen Weg der R-, G- und B-Lichtstrahlen
zu ändern,
die aus unterschiedlichen Richtungen eingegeben werden, um in derselben
Richtung durch Reflektieren oder Durchlassen des einfallenden Lichtstrahls
gemäß ihrer
Wellenlängen
auszutreten. Hier sind die erste bis dritte Vorrichtung der Lichtemissionsvorrichtungen 40a, 40b und 40c derart
angeordnet, dass sie um einen vorbestimmten Winkel im Bezug auf
das X-Prisma 60 oder das dichriotische Filter vom X-Typ
getrennt sind, wie es in 7 gezeigt ist. Das Beleuchtungssystem,
das den oben beschriebenen Aufbau hat, kann das Beleuchtungssystem
ersetzen, das die erste bis dritte Anordnung von Lichtemissionsvorrichtungen 10a, 10b und 10c und
die dichriotischen Filter 30a, 30b und 30c enthält.
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Die
R-, G- und B-Lichtstrahlen, die vom oben beschriebenen Beleuchtungssystem
emittiert werden, treffen auf die Anzeigevorrichtung 75 über die Fliegenaugenlinse 65 und
die Relaislinse 70, um ein Farbbild auszubilden. Das Farbbild
wird durch die Projektionslinseneinheit 77 vergrößert und
auf den Bildschirm 80 projiziert.
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Da,
wie es oben beschrieben wurde, die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Lichtstrahl emittiert, der ein schmales Spektrum einer gewünschten
Wellenlänge
hat, wird die Farbreinheit verbessert und kann eine Farbskala erreicht
werden, die eine größere Verteilung hat.
Da der Querschnitt des Lichtstrahls, der von dem holografischen
optischen Element emittiert wird, minimiert wird, wird das Beleuchtungssystem
kompakt und kann der Verlust von Licht verringert werden. Im Vergleich
zur herkömmlichen
Lampenlichtquelle wird weniger Wärme
erzeugt und die Lebensdauer verlängert.
Da zudem beim Projektor, der mit dem Beleuchtungssystem der Lichtemissionsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist, eine zeitsequentielle Ansteue rung durch
das Beleuchtungssystem der Lichtemissionsvorrichtung möglich ist,
ist das Farbrad nicht erforderlich. Da zudem der Lichtstrahl schneller
als die mögliche
Drehzahl des Farbrades umgeschaltet werden kann, kann eine hohe
Vollbildrate realisiert und der Stromverbrauch verringert werden.
Daher kann der Projektor, der mit dem Beleuchtungssystem der Lichtemissionsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist, ein Bild erzeugen, das eine hohe visuelle
Qualität hat.