DE69021418T2

DE69021418T2 - Polarisierender Strahlteiler und System für die Bildprojekion durch Lichtventile.

Info

Publication number: DE69021418T2
Application number: DE69021418T
Authority: DE
Inventors: Yoshito Miyatake
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2010-03-21
Also published as: EP0389240B1; JPH02250026A; DE69021418D1; JPH0738050B2; EP0389240A2; EP0389240A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine polarisierende Strahlteileranordnung, die herkömmlich als ein Polarisator und ein Analysator und als ein System für die Bildprojektion durch Lichtventile bzw. Lichtmodulatoren unter Verwendung derselbigen verwendbar ist, indem ein optisches Bild, das auf einem Reflexionslichtventil gebildet ist, durch Beleuchtungslicht bestrahlt wird, um es auf einen Projektionsschirm durch eine Projektionslinse bzw. ein -objektiv zu projizieren.
Als ein Verfahren, um ein großes Projektionsschirmbild zu erhalten, ist ein Projektionszeigesystem, das eine Flüssigkristalltafel als das Lichtventil verwendet, herkömmlich ausreichend bekannt. In diesem System wird eine optische Abbildung entsprechend einem Bildsignal auf einer Flüssigkristalltafel gebildet und das optische Bild, das so darauf gebildet ist, wird durch ein Beleuchtungslicht bestrahlt und vergrößert und auf einen Projektionsschirm durch eine Projektionslinse projiziert. Ein Projektionszeigesystem, bei dem eine Reflexionsflüssigkristalltafel für das Lichtventil verwendet wird, ist zum Beispiel in der japanischen, offengelegten Patentanmeldung No. 61-13885 und dem US-Patent No. 4,464,018 offenbart. Das optische System dieses Projektionszeigesystems besteht aus einer Lichtquelle zum Abstrahlen eines annähernd parallelen Lichts, aus einem polarisierenden Strahlteiler, der herkömmlich als Polarisator und Analysator verwendet wird, aus einer Reflexionsflüssigkristalltafel und aus einer Projektionslinse. Ein Licht, das von der Lichtquelle abgegeben wird, wird durch den Polarisationsstrahlteiler in eine S-polarisierte Komponente, die reflektiert werden soll, und eine P-polarisierte Komponente, die gerade hindurchgelassen werden soll, aufgeteilt. Die S-polarisierte Komponente, die so erhalten wird, fällt auf die Flüssigkristalltafel auf und das Reflexionslicht davon wird wieder zu dem polarisierenden Strahlteiler geschickt. Die P-polarisierte Komponente, die in dem Reflexionslicht enthalten ist, führt gerade durch den Polarisationsstrahlteiler hindurch, um in die Reflexionslinse einzutreten. Die Reflexionsflüssigkristalltafel nutzt die Doppelbrechung eines Flüssigkristalls und besitzt eine Reflexionselektrode zum Reflektieren von Licht. Die Reflexionsflüssigkristalltafel ist im wesentlichen nicht doppelbrechend, wenn eine Spannung nicht auf die Flüssigkristallschicht beaufschlagt wird, allerdings wenn eine Spannung daran angelegt wird, werden die doppelbrechenden Charakteristika realisiert. Wenn ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Polarisationsrichtung besitzt, in die flüssige Kristalltafel gerichtet wird, kann der Polarisationszustand des Lichts, das davon reflektiert wird, durch die Spannung gesteuert werden, die darauf beaufschlagt wird. Da ein solches optisches Bild auf der Flüssigkristalltafel als folge der Änderung in der Doppelbrechung gebildet werden kann, kann das optische Bild, das so gebildet wird, vergrößert und auf einen Projektionsschirm durch die Projektionslinse projiziert werden.
In der Reflexionsflüssigkristalltafel kann ein Umschaltelement unter der Pixelelektrode so angeordnet werden, daß eine hochdichte Anordnung durch Verringerung des Pixelabstandsmusters ohne das Erfordernis möglich gemacht wird, das Umschaltelement klein zu gestalten, wodurch es demzufolge vorteilhaft zur Erzielung eines projizierten Bilds einer höheren Auflösung auf einem Projektionsschirm geeignet ist als in dem fall der Verwendung einer Transmissionsflüssigkristalltafel.
Wenn allerdings mit dem System für die Bildprojektion durch Lichtventile der Winkel zwischen dem Licht, das auf den polarisierenden Strahlteller einfällt, und der einfallenden, optischen Achse vergrößert wird, kann ein Problem dahingehend entstehen, daß der Kontrast eines projizierten Bilds reduziert wird. Deshalb ist eine Xenonlampe, die einen kleinen Lichtreflektor besitzt und eine hohe Leuchtstärke aufweist, in vielen Fällen verwendet worden. In diesem Fall allerdings ist festgestellt worden, daß die Xenonlampe im Wirkungsgrad niedrig und in der Betriebsdauer kurzlebig ist. Von dem Gesichtspunkt der Effektivität und der Lebenszeit einer Lampe, die verwendet werden soll, kann die Verwendung einer Metallhalogenldlampe ins Auge gefaßt werden, allerdings besitzt eine solche einen größeren Lichtstrahler verglichen mit der Xenonlampe, so daß der Winkel zwischen dem einfallenden Licht zu dem polarisierenden Strahlteiler und der einfallenden, optischen Achse vergrößert wird, wobei das Ergebnis dasjenige ist, daß es schwierig ist, die Helligkeit und den Kontrast eines projizierten Bilds gleichzeitig zu erreichen.
Wir haben die Verringerung des Kontrasts dann studiert, wenn ein Lichtstrahl auf den polarisierenden Strahlteiler in einer schrägen Richtung auffällt und haben eine effektive Art und Weise einer Verbesserung des Kontrasts hinsichtlich eines Lichtstrahls herausgefunden, der in einer schrägen Richtung auffällt, und zwar durch Kombinieren des polarisierenden Strahlteilers mit einem Viertelwellenlängenplättchen in einer Anordnung, die gegenuber der herkömmlichen, bekannten Anordnung unterschiedlich ist. Die herkömmliche Anordnung ist in dem US-Patent No. 3,497,283 offenbart. Dieses US-Patent offenbart ein optisches System zum Trennen eines weißen Lichtstrahls in drei primäre Farbkomponenten durch Kombinieren dreier polarisierender Strahlteiler mit drei Viertelwellenlängenplättchen und drei Interferenzfiltern, in denen jedes Viertelwellenlängenplättchen so wirkt, um die Polarisationsebene in einem linear polarisierten Llchtstrahl um 90º durch zweimaliges Hindurchführen des Lichtstrahls dort hindurch zu drehen. In dieser Anordnung ist das Viertelwellenlängenplättchen ein inhärentes Element zu dem polarisierenden Strahlteilersystem. Andererseits führt die polarisierende Strahlteileranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine polarisierende Strahlteilerfunktion ohne das Viertelwellenlängenplättchen durch. Die Kombination des polarisierenden Strahlteilers mit dem Viertelwellenlängenplättchen gemäß der vorliegenden Erfindung dient zur Verbesserung des Kontrasts hinsichtlich eines Lichtstrahls, der in einer schrägen Richtung oder in einem weiten, winkelmäßigen Bereich auffällt.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine polarlsierende Strahlteileranordnung zu schaffen, in der ein Lichtstrahl, der beträchtlich von dem parallelen Zustand abweicht, verwendet werden kann. Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein System für die Bildprojektion durch Lichtventile zu schaffen, das dazu geeignet ist, ein projiziertes Bild zu erhalten, das im Kontrast und in der Helligkeit verbessert ist.
Eine polarisierende Strahlteileranordnung dieser Erfindung weist einen polarisierenden Strahlteiler, der üblicherweise sowohl als Polarisator als auch als Analysator zum Übertragen einer ersten polarisierten Komponente eines einfallenden Lichts entlang der ersten optischen Achse des Strahlteilers und zur Reflexion einer zweiten polarisierten Komponente des einfallenden Lichts entlang der zweiten optischen Achse des Strahlteilers verwendbar ist; und
ein Viertelwellenlängenplättchen auf;
wobei das Viertelwellenlängenplättchen an entweder der ersten optischen Achse oder der zweiten optischen Achse, entlang der ein Lichtstrahl von dem polarisierenden Strahlteiler aus läuft, angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß entweder die schnelle optische Achse oder die langsame optische Achse des Viertelwellenlängenplättchens senkrecht zu der Ebene verläuft, die sowohl die erste optische Achse, als auch die zweite optische Achse enthält.
Zusätzlich weist ein System für die Bildprojektion durch Lichtventile eine Lichtquelle, einen polarisierenden Strahlteiler, ein Reflexionslichtventil zur Modulation des Polarisationszustands eines Lichtstrahls und zur Reflexion des Lichtstrahls, der so moduliert ist, ein Viertelwellenlängenplättchen und eine Projektionslinse auf. Ein Ausgangslichtstrahl von der Lichtquelle tritt durch den polarisierenden Strahlteiler entlang der ersten optischen Achse in das Lichtventil ein und eine effektive Komponente, die in dem Lichtstrahl enthalten ist, die von dem Lichtventil reflektiert wird, wird durch den polarisierenden Strahlteiler und die Projektionslinse entlang der zweiten optischen Achse auf einen Projektionsschirm projiziert, in dem das Viertelwellenlängenplättchen in dem Lichtpfad zwischen dem polarisierenden Strahlteiler und dem Lichtventil derart angeordnet ist, daß entweder eine schnelle optische Achse oder eine langsame optische Achse des Viertelwellenlängenplättchens senkrecht zu der Ebene verläuft, die sowohl die erste optische Achse als auch die zweite optische Achse des polarisierenden Strahlteilers enthält.
Mit der vorstehend angegebenen Anordnung wird, wenn ein Lichtstrahl schräg in den polarisierenden Strahlteiler gerichtet wird, der Lichtstrahl, der von dem polarisierenden Strahlteiler abgegeben wird, der als ein Polarisator wirkt, ein linear polarisierter Lichtstrahl, der eine Polarisationsrichtung besitzt, die zu der idealen Richtung gekippt ist. Allerdings wird, wenn der linear polarisierte Lichtstrahl durch das Viertelwellenlängenplattchen zwei Male hindurchgeführt wird, er ein linear polarisierter Lichtstrahl, der eine Polarisationsrichtung besitzt, die zu der entgegengesetzten Richtung davon gekippt ist, die eine Richtung einer Polarisation so ist, daß der polarisierende Strahlteiler, als ein Analysator verwendbar ist. Demzufolge kann der winkelmäßige Bereich eines Lichtstrahls, der für die polarisierende Strahlteileranordnung verwendet werden kann, erweitert werden. Zusätzlich resultiert durch die Verwendung dieser polarisierenden Strahlteileranordnung, wenn der Winkelbereich eines Lichtstrahls, der auf den polarisierenden Strahlteiler einfällt, zum Erhöhen der Helligkeit eines projizierten Bilds vergrößert wird, keine Reduktion in dem Kontrast eines projizierten Bilds, wodurch demzufolge ein System für die Bildprojektion durch Lichtventile geschaffen wird, das im Kontrast und in der Helligkeit verbessert ist.
Merkmale und Effekte dieser Erfindung werden weiter unter Bezugnahme auf die nachfolgende, detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung ersichtlich, die in Verbindung mit den Zeichnungen, die beigefügt sind, vorgenommen wird.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung eines Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
fig. 2 stellt schematisch eine Anordnung einer Lichtquelle dar, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung eines herkömmlichen Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile darstellt;
Fig. 4 und 5 zeigen Darstellungen zur Erläuterung der Betriebsweise eines polarisierenden Strahlteilers, der in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 6, 7 und 8 zeigen Darstellungen zur Erläuterung der Betriebsweise eines Viertelwellenlängenplättchens, das in Fig. 1 dargestellt ist;
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung eines Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Fig. 1 stellt eine Anordnung eines optischen Systems gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung dar. Eine polarisierende Strahlteileranordnung weist einen polarisierenden Strahlteiler 22 und ein Viertelwellenlängenplättchen 25 auf. Der polarisierende Strahlteiler 22 weist ein Paar Prismen 101 und 102, eine polarisierende Strahlteiler-Abgrenzung 38, die zwischen dem Paar Prismen 101 und 102 zwischengefügt ist, auf. Der polarisierende Strahlteiler besitzt vier Facetten 104, 105, 106 und 107. Unter den vier Facetten sind zwei Facetten 104 und 105 parallel zueinander und senkrecht zu der ersten optischen Achse 30 und die verbleibenden zwei Facetten 106 und 107 sind parallel zueinander und senkrecht zu der zweiten optischen Achse 31. Das Viertelwellenlängenplättchen 25 besitzt zwei Facetten, von denen jede senkrecht zu der zweiten optischen Achse 31 verläuft, und besitzt eine schnelle optische Achse 28 und eine langsame optische Achse 29, die beide senkrecht zueinander und senkrecht zu der zweiten optischen Achse 31 verlaufen. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, weist eine Lichtquelle 21 eine Lampe 32, eine Kondensorlinse 33, einen konkaven Spiegel 34 und einen Wärmeabsorptionsfilter 35 auf. Licht, das von der Lampe 32 abgestrahlt wird, wird durch die Kondensorlinse 33 und den konkaven Spiegel 34 in einen etwa parallelen Lichtstrahl konvertiert, der dann durch ein Wärmeabsorptionsfilter 35 hindurchgeführt wird und davon abgegeben wird. Das Licht 108, das so von der Lichtquelle 21 abgegeben ist, führt entlang der ersten optischen Achse In den polarisierenden Strahlteiler 22 zum Separieren von diesem an der Abgrenzung 38 in eine P-polarisierte Komponente 23, die gerade hindurchgeführt wird, und eine S-polarisierte Komponente 24, die entlang der zweiten optischen Achse 31 reflektiert wird, von der die S-polarisierte Komponente 24 durch das Viertelwellenlängenplättchen 25 zu einer Flüssigkristallplatte 26 hindurchführt, die senkrecht zu der zweiten optischen Achse 31 verläuft. Das Licht 109, das von der Flüssigkristallplatte 26 reflektiert wird, führt durch das Viertelwellenlängenplättchen 25 hindurch, um in den polarisierenden Strahlteiler 22 einzutreten. Aus dem Licht 110, das so eingetreten ist, erreicht Licht 111, das gerade durch den polarislerenden Strahlteiler hindurchgeführt ist, einen Projektionsschirm, nachdem es durch die Projektionslinse bzw. das Projektionsobjektiv 27 hindurchgeführt ist. Das Viertelwellenlängenplättchen 25 ist so angeordnet, daß entweder die schnelle optische Achse 28 oder die langsame optische Achse 29 davon senkrecht zu der Ebene, die sowohl die erste optische Achse 30 als auch die zweite optische Achse 31 des polarisierenden Strahlteilers 22 enthält, verläuft.
Die Flüssigkristalltafel 26 ist eine Flüssigkristallplatte eines um 45º verdrehten Modus und jedes Pixel davon besitzt eine Reflexionselektrode. Auch sind Umschaltelemente für eine aktive Matrixansteuerung unter der Reflexionselektrode angeordnet. Demgemäß wird ein hochdichtes System durch Reduzierung des Pixelteilungsabstands ohne das Erfordernis einer Reduzierung der Größe jedes Umschaltelements möglich, was zu einem projizierten Bild mit einer verbesserten Auflösung führt. Der Pixelteilungsabstand ist so, daß er 30 um in der Länge und 35 um quer beträgt.
Wenn keine Spannung angelegt wird, wird die Flüssigkristallschicht isotrop, und andererseits wird sie, wenn eine Spannung angelegt wird, doppelbrechend. Als Folge variiert sich, falls ein linear polarisiertes Licht einer vorbestimmten Polarisationsrichtung auf die Flüssigkristalltafel 26 auftrifft, der Polarisationszustand eines Lichts, das von jedem Pixel reflektiert wird, in Abhängigkeit einer Spannung, die an jedem Pixel angelegt wird.
Das Viertelwellenlängenplättchen 25 macht es möglich, daß die Phasendifferenz zwischen der schnellen optischen Achse 28 (die Richtung der Polarisation, um einen Brechungsindex zu minimieren oder die Phasengeschwindigkeit zu maximieren) und der langsamen optischen Achse 29 (die Polarisationsrichtung, um den Brechungsindex zu maximieren oder die Phasengeschwindigkeit zu minimieren), im wesentlichen eine Viertelwellenlänge hinsichtlich der Hauptwellenlänge eines Lichtstrahls, der von der Projektionslinse 27 abgegeben wird, ist. Die Phasendifferenz dazwischen, die im wesentlichen eine Viertelwellenlänge ist, bedeutet, daß dann, wenn n ein positives Ganzzahliges ist, die Phasendifferenz dazwischen (2n-1)/4 Male die Wellenlänge ist. Das Licht läuft durch das Viertelwellenlängenplättchen 25 zwei Male hindurch, was bedeutet, daß es so wirkt, um als Halbwellenlängenplättchen im wesentlichen zu arbeiten. Das Halbwellenlängen plättchen wird wie folgt ausgeführt: (1) wenn ein einfallendes Licht linear polarisiertes Licht ist, wird das Licht, das abgegeben wird, auch linear polarisiert; und (2) die Richtung, die den Winkel zwischen der Richtung einer Polarisation eines einfallenden, linear polarisierten Lichts und der Richtung einer Polarisation eines abgegebenen, linear polarisierten Lichts in zwei gleiche Teile unterteilt, stimmt mit entweder der schnellen optischen Achse 28 oder der langsamen optischen Achse 29 überein.
Nachfolgend wird das Prinzip eines Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile dieser Erfindung erläutert und mit dem Stand der Technik verglichen.
Fig. 3 stellt eine Anordnung eines herkömmlichen Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile dar. Es unterscheidet sich von dem System, das in Fig. 1 dargestellt ist, dadurch, daß das Viertelwellenlängenplättchen 25 nicht eingebracht ist. In diesem Fall, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, wird ein System, in dem ein planer Spiegel 36 anstelle der Flüssigkristalltafel 29, wie in Fig. 3 dargestellt ist, eingebracht wird, betrachtet. Der plane Spiegel 36 arbeitet so, um äquivalent zu dem Fall zu wirken, In dem die Flüssigkristalltafel 26 nicht doppelbrechend ist. Auch wird angenommen, daß eine Reflexionsebene 37 des Planspiegels 36 senkrecht zu der zweiten optischen Achse 31 des polarisierenden Strahl teilers 22 verläuft und eine Reflexionsebene 38 des polarisierenden Strahlteilers 22 die S-polarisierte Komponente reflektiert und die P-polarisierte Komponente gerade dort hindurchführt. Dies bedeutet die Annahme, daß der ebene Spiegel ideale Charakteristika besitzt. Weiterhin wird angenommen, daß die erste optische Achse 30 und die zweite optische Achse 31 des polarisierenden Strahlteilers 22 jeweils entlang einer X-Achse und einer Z-Achse liegen und daß eine Richtung senkrecht zu der Y- und der Z-Achse eine X-Achse ist.
Fig. 4 stellt eine Lichtfortpflanzung dar, wenn ein unpolarisierter Einfallslichtstrahl 39 innerhalb der Y-Z-Ebene liegt und die Einfallsrichtung nicht parallel zu der Y-Achse verläuft. Die Polarisationsrichtungen der S- und der P-polarisierten Komponenten werden wie folgt bestimmt. Wenn ein Lichtstrahl unter irgendeinem Einfallwinkel auftrifft, sind der Einfallslichtstrahl, der reflektierte Lichtstrahl, der gebrochene Lichtstrahl und die Normale der Oberfläche in einer Ebene enthalten. Diese Ebene wird als "Einfallsebene" bezeichnet. Die S-polarisierte Komponente verläuft senkrecht zu der Einfallsebene und die P-polarisierte Komponente verläuft parallel zu der Einfallsebene. Ein Lichtstrahl 40, der von dem polarisierenden Strahlteiler 22 reflektiert wird, ist ein linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung 41 parallel zu der X-Achse verläuft, da die Einfallsebene des Lichtstrahls 40 parallel zu der YZ-Ebene verläuft und das Licht 42, das von dem ebenen Spiegel 36 reflektiert wird, auch eine Polarisationsrichtung 42 parallel zu der X-Achse besitzt, so daß der Lichtstrahl 43 nicht gerade durch den polarisierenden Strahlteiler 22 hindurchführen kann. Mit dem System, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Fall, in dem das Viertelwellenlängenplättchen 25 in dem Lichtpfad zwischen dem planen Spiegel 36 und dem polarisierenden Strahlteiler 22 angeordnet ist, um so die optische Achse 28 davon zu der Richtung der X-Achse zu richten, betrachtet. In diesem Fall wird ein linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtung parallel zu der schnellen optischen Achse 28 verläuft, in das Viertelwellenlängenplättchen 25 eingeführt, so daß sich der Polarisationszustand davon nicht vor und nach dem Hindurchführen durch das Viertelwellenlängenplättchen 25 ändert, was bedeutet, das Viertelwellenlängenplättchen 25 trägt nicht zu dem Betrieb bei.
Als nächstes wird, wie in Fig. 5 dargestellt ist, der Fall, in dem ein unpolarisierter Einfallslichtstrahl 47 innerhalb der XY-Ebene liegt und die Einfallsrichtung davon nicht parallel zu der Y-Achse verläuft, betrachtet. Da der Einfallslichtstrahl 47 innerhalb der XY-Ebene llegt, liegen sowohl der Einfallslichtstrahl 47 als auch der Reflexionslichtstrahl 49 von dem planen Spiegel 36 innerhalb der XZ-Ebene, so daß die Richtung, die den Hinkel zwischen der Richtung des Lichtstrahls 48 und der Richtung des Lichtstrahls 49 in zwei gleiche Teile unterteilt, parallel zu der Z-Achse verläuft. Allerdings verlaufen die S-Polarisationsrichtungen des polarisierenden Strahlteilers 22 für das Licht 48 und 49 nicht parallel zu der XZ-Ebene, da die Einfallsebene jedes der Lichtstrahlen 48 und 49 nicht parallel zu der XZ-Ebene verläuft.
Fig. 6 stellt Projektionen der S-Polarisationsrichtungen 50 und 51 des polarisierenden Strahlteilers 22 für das Licht 48 und 49 auf der XY-Ebene dar. In Fig. 6 dreht sich, unter Bezug auf die S-Polarisationsrichtung, hinsichtlich der X-Achse der Lichtstrahl 48 im Gegenuhrzeigersinn und der Lichtstrahl 49 dreht sich um Uhrzeigersinn um denselben Winkel. Da der polariserende Strahlteiler 22 dazu dient, als Polarisator zu wirken, wird der Lichtstrahl 48 linear polarisiertes Licht, das die Richtung besitzt, die in Fig. 6 dargestellt ist, allerdings ändert der ebene Spiegel 36 nicht den Polarisationszustand eines Lichtstrahls vor und nach der Reflexion davon, so daß der Lichtstrahl 49 linear polarisiertes Licht wird, der die Richtung 52 besitzt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Da die Polarisationsrichtung 52 des Lichtstrahls 49 nicht identisch zu der S-Polarisationsrichtung 51 des polarisierenden Strahlteilers 22 für den Lichtstrahl 49 ist, führt ein Teil des Lichtstrahls 49 gerade durch den polarisierenden Strahlteiler 22 hindurch. Falls sich der Winkel zwischen der ersten optischen Achse 30 und dem einfallenden Licht 47 erhöht, wird die Komponente, die gerade durch den polarisierenden Strahlteiler 22 hindurchführt, schnell erhöht. Dies ist der Grund, warum mit dem herkömmlichen System, das in Fig. 3 dargestellt ist, wenn der Winkelbereich eines Einfallslichts erhöht wird, der Kontrast eines projizierten Bilds verringert wird.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, wird nun der Fall betrachtet, bei dem das Viertelwellenlängenplättchen 25 in dem Lichtpfad zwischen dem polarisierenden Strahlteiler 22 und dem planen Spiegel 36 so angeordnet ist, um die schnelle optische Achse 28 davon zu der Richtung der X-Achse zu richten. Eine Oberflächenreflexion des Viertelwellenlängenplättchens 25 wird zur Vereinfachung vernachlässigt. In Fig. 7 führt ein linear polarisierter Lichtstrahl 53, der auf das Viertelwellenlängenplättchen 25 auftrifft, durch selbiges zwei Male über den planen Spiegel 36 hindurch, um einen Lichtstrahl 54 zu erzeugen. Der Lichtstrahl 54, der so erzeugt wird, ist auch linear polarisiertes Licht, und die Richtung, die den Winkel zwischen der Polarisationsrichtung 55 des Lichtstrahls 53 und der Polarisationsrichtung 56 des Lichtstrahls 54 in zwei gleiche Teile unterteilt, ist identisch zu der schnellen optischen Achse 28. Fig. 8 stellt Projektionen der Polarisationsrichtungen 55 und 56 der Lichtstrahlen 53 und 54 auf die XY-Ebene dar. Wie die Fig. 8 zeigt, ist die Polarisationsrichtung 56 des Lichtstrahls 54 zu der S-Polarisationsrichtung des polarisierenden Strahlteilers 22 für den Lichtstrahl 54 identisch. Als Folge existiert keine Lichtkomponente, die gerade durch den polarisierenden Strahlteiler 22 hindurchführt, in dem Lichtstrahl 54.
Zu der vorstehenden Beschreibung ist angegeben, daß die kombinierte Verwendung des polarisierenden Strahlteilers 22 sowohl als Polarisator als auch als Analysator verwendbar ist, wobei es das Viertelwellenlängenplättchen 25 möglich macht, daß gerade dann, wenn ein winkelmäßiger Bereich eines einfallenden Lichts vergrößert wird, die Polarisationseffektivität des polarisierenden Strahlteilers 22 nicht reduziert wird. Auch reduziert das System für die Bildprojektion durch Lichtventlle, das in Fig. 1 dargestellt ist, nicht den Kontrast eines projizierten Bilds, gerade dann, wenn der winkelmäßige Bereich eines einfallenden Lichts erhöht wird. Falls der winkelmäßige Bereich eines einfallenden Lichts auf den polarisierenden Strahlteiler 22 vergrößert wird, wird ein projiziertes Bild in der Helligkeit erhöht werden. Zusätzlich kann eine Metallhalogenidlampe, die einen großen Strahler besitzt, als Lichtquelle verwendet werden. Vergleichen mit einer Halogenlampe oder einer Xenonlampe ist die Metallhalogenidlampe vorteilhaft höher in der Lampeneffektivität und von einer längeren Lebensdauer und demzufolge ist sie ein wünschenswertes Teil zur Verwendung in einem System zur Bildprojektion durch Lichtventile.
Es sind Beschreibungen vorstehend in Verbindung mit einer polarisierenden Strahlteilereinrichtung und eines Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile unter Verwendung derselben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen worden. Allerdings ist der Schutzumfang dieser Erfindung nicht dadurch beschränkt. Das Merkmal dieser Erfindung ist die kombinierte Verwendung des polarisierenden Strahlteilers 22 mit dem Viertelwellenlängenplättchen 25 und viele Modifikationen können wie folgt betrachtet werden.
Obwohl die Oberflächenreflexion des Viertelwellenlängenplättchens 25 in der vorstehenden Beschreibung vernachlässigt wurde, verringert in einem praktischen Fall ein Lichtstrahl, der von der Oberfläche des Viertelwellenlängenplättchens 25 auf die Seite des polarisierenden Strahlteilers 22 reflektiert ist, nachdem er von dem polarisierenden Strahlteiler 22 abgegeben ist, den Kontrast einer projizierten Abbildung, da die Richtung der Polarisation nicht kompensiert wird. Eine solche Oberflächenreflexion kann durch Ankleben des Viertelwellenlängenplättchens 25 fest an dem polarisierenden Strahlteiler 22 unter Verwendung beispielsweise eines transparenten Klebers beseitigt werden, was zu einer noch weiteren Verbesserung im Kontrast führt.
In der Anordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist, falls eine polarisierende Platte, durch die die S-polarisierte Komponente hindurchgeführt werden kann, in dem Lichtpfad zwischen der Lichtquelle 21 und dem polarisierenden Strahlteiler 22 angeordnet ist, und eine andere polarisierende Platte, durch die die P-polarisierte Komponente hindurchgeführt werden kann, zwischen dem polarisierenden Strahlteiler 22 und der Projektionslinse 27 angeordnet ist, der Kontrast einer projizierten Abbildung noch weiter verbessert werden. In diesem Fall kann gerade dann, wenn die Polarisationseffektivität des polarisierenden Strahlteilers 22 etwas zu niedrig ist, falls die Polarisationseffektivität der polarisierenden Platten demzufolge hoch ausgebildet ist, der Kontrast eines projizierten Bilds verbessert werden. Gerade dann, wenn jede polarisierende Platte der zwei verwendet wird, kann ein vorteilhafter Effekt erreicht werden. In diesem Fall kann, wenn die polarisierende Platte, die verwendet wird, fest an dem polarisierenden Strahlteiler 22 angeklebt wird, unter Verwendung beispielsweise eines transparenten Klebemittels, die Zwischenfläche an Luft reduziert werden, was zu einem vorteilhaften Effekt führt, um die Helligkeit eines projizierten Bilds zu verbessern.
Als nächstes wird eine andere Ausführungsform eines Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile dieser Erfindung erläutert.
Fig. 9 stellt perspektivisch ein System für die Bildprojektion durch Lichtventile dar, in dem drei reflektierende Flüssigkristalltafeln, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, für Farbanwendungen (rot, grün und blau), um ein vollfarbiges Bild auf einem Projektionsschirm zu projizieren, eingebracht sind. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeigen 61 eine Lichtquelle, 62, 63 und 64 bezeichnen die dichroitischen Spiegel, 65, 66 und 67 bezeichnen polarisierende Strahlteiler, 68, 69 und 70 bezeichnen jeweils Viertelwellenlängenplättchen, 71, 72 und 73 bezeichnen jeweils eine reflektierende Flüssigkristalltafel und 74, 75 und 76 bezeichnen eine Projektionslinse.
Ein Licht, das von der Lichtquelle 61 abgegeben wird, wird durch die dichroitischen Spiegel 62, 63 und 64 in drei farblichtstrahle blau, grün und rot getrennt. Jede der drei Lichtfarben, die so getrennt sind, fällt entlang der ersten optischen Achsen 77, 78 und 79 auf einen entsprechenden der polarisierenden Strahlteiler 65, 66 und 67 auf, um sie in die S-polarisierte Komponente entlang der zweiten optischen Achsen 80, 81 und 82, um reflektiert zu werden, und die P-polarisierte Komponente, die gerade dort hindurchgeführt wird, zu trennen. Die S-polarisierte Komponente jeder Lichtfarbe wird durch das entsprechende der Viertelwellenlängenplättchen 68, 69 und 70 hindurchgeführt und zu der entsprechenden der Flüssigkristalltafeln 71, 72 und 73 geschickt. Aus dem Reflexionslicht von jeder der Flüssigkristalltafeln 71, 72 und 73 wird die P-polarisierte Komponente durch das entsprechende der Viertelwellenlängenplättchen 68, 69 und 70 hindurchgeführt und geradewegs durch den entsprechenden der polarisierenden Strahlteiler 65, 66 und 67 hindurchgeführt, um in die entsprechende der Projektionslinsen 74, 75 und 76 einzutreten. Demzufolge wird ein vergrößertes, optisches Bild, das auf jeder der Flüssigkristalltafeln 71, 72 und 73 als Folge der Änderung in der Doppelbrechung gebildet wird, durch die entsprechende der Projektionslinsen 74, 75 und 76 auf einem Projektionsschirm projiziert.
Ähnlich zu der Anordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist jedes der Viertelwellenlängenplättchen 68, 69 und 70 so angeordnet, daß entweder eine schnelle optische Achse oder eine langsame optische Achse senkrecht zu der Ebene verläuft, die sowohl die entsprechende der ersten optischen Achsen 77, 78 und 79 als auch die entsprechende der zweiten optischen Achsen 80, 81 und 82 des entsprechenden der polarisierenden Strahlteiler 65, 66 und 67 enthält. Zusätzlich verhindert jedes Viertelwellenlängenplättchen 68, 69 und 70 die Verringerung im Kontrast eines projizierten Bilds, die durch Licht bewirkt wird, das schräg auf den entsprechenden der polarisierenden Strahlteiler 65, 66 und 67 einfällt. Als Folge können gerade dann, wenn eine Metallhalogenidlampe für die Lichtquelle verwendet wird, die Helligkeit und der Kontrast eines projizierten Bilds nebeneinander existieren. Zusätzlich kann jedes der Viertelwellenlängenplättchen 68, 69 und 70 eine Phasendifferenz einer Viertelwellenlänge hinsichtlich der Hauptwellenlänge des Lichts erzeugen, das von der entsprechenden der Projektionslinsen 74, 75 und 76 abgegeben wird. Wenn die Phasendifferenz in die Nähe der Viertelwellenlänge für eine spezifische Wellenlänge kommt, wird, wenn sie von dieser spezifischen Wellenlänge abweicht, der Kontrast eines projizierten Bilds verringert. Mit dem System, das so angeordnet ist, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, wird allerdings der Wellenlängenbereich, der durch jedes Wellenlängenplättchen überdeckt wird, enger als der gesamte sichtbare Bereich, was zu keinem Problem in einer Kontrastverringerung auf einer praktischen Basis führt. Gerade in diesem Fall kann durch Anordnung eines Viertelwellenlängenplättchens in dem Lichtpfad zwischen dem polarisierenden Strahlteiler und dem Lichtventil der winkelmäßige Bereich eines Lichts, das schräg auf den polarisierenden Strahlteiler einfällt, erweitert werden, und eine projizierte Abbildung, die in der Helligkeit und in dem Kontrast verbessert ist, kann erhalten werden.
Ein festes Ankleben jedes Viertelwellenlängenplättchens 68, 69 und 70 an dem entsprechenden der polarisierenden Strahlteiler 65, 66 und 67 macht einen weiter verbesserten Kontrast möglich. Zusätzlich können dann, wenn polarisierende Plättchen zwischen jedem der polarisierenden Strahlteiler 65, 66 und 67 und dem entsprechenden der dichroitlschen Spiegel 62, 63 und 64 und zwischen jedem der Teiler 65, 66 und 67 und der entsprechenden der Projektionslinsen 74, 75 und 76 angeordnet sind und fest an dem entsprechenden der Teiler 65, 66 und 67 angeklebt sind, dieselben Effekte, wie dies vorstehend dargestellt ist, erhalten werden. Im Gegensatz zu einer reflektierenden Flüssigkristalltafel, die in diesen Ausführungsformen dargestellt ist, kann ein Reflexionslichtventil, in dem eine Doppelbrechung von zum Beispiel einem elektro-optischen Kristall eingesetzt wird, für diesen Zweck verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist eine Ausführungsform einer polarisierenden Strahlteileranordnung und eines Systems für die Bildprojektion durch Lichtventile unter Verwendung desselben diese Erfindung im Detail erläutert worden, allerdings ist der Schutzumfang der Erfindung nicht dadurch beschränkt. Eine polarisierende Strahlteileranordnung dieser Erfindung ist dadurch ausgeführt, daß der polarisierende Strahlteiler und das Viertelwellenlängenplättchen in Kombination verwendet werden, so daß viele Modifikationen anders als diejenigen, die vorstehend beschrieben sind, berücksichtigt werden können. Auch ist eine polarisierende Strahlteileranordnung dieser Erfindung nicht nur für ein System für die Bildprojektion durch Lichtventilanordnungen anwendbar, sondern in irgendeinem System, das selbiges verwendet.

Claims

1. Polarisierende Strahlteileranordnung, die aufweist:

einen polarisierenden Strahlteiler (22), der sowohl als Polarisator als auch als Analysator zum übertragen einer ersten polarislerten Komponente eines einfallenden Lichts entlang der ersten optischen Achse (30) des Strahlteilers und zur Reflexion einer zweiten polarisierten Komponente des einfallenden Lichts entlang der zweiten optischen Achse (31) des Strahlteilers verwendbar ist; und

ein Viertelwellenlängenplättchen (25);

wobei das Viertelwellenlängenplättchen an entweder der ersten optischen Achse (30) oder der zweiten optischen Achse (31), entlang der ein Lichtstrahl von dem polarisierenden Strahlteiler (22) aus läuft, angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß entweder die schnelle optische Achse (28) oder die langsame optische Achse (29) des Viertelwellenlängenplättchens (25) senkrecht zu der Ebene verläuft, die sowohl die erste optische Achse (30), als auch die zweite optische Achse (31) enthält.

2. Polarisierende Strahlteileranordnung nach Anspruch 1, wobei das Viertelwellenlängenplättchen (25) fest an dem polarisierenden Strahlteiler (22) angeklebt ist.

3. Polarisierende Strahlteileranordnung nach Anspruch 1, wobei ein polarisierendes Plättchen in dem einfallenden Lichtpfad des polarisierenden Strahlteilers (22) als ein Polarisator und/oder ein austretender Lichtpfad desselben als ein Analysator angeordnet ist (sind), um ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Richtung in einer Polarisation besitzt, dort hindurchzuführen.

4. Polarisierende Strahlteileranordnung nach Anspruch 1, wobei ein polarisierendes Plättchen fest auf der einfallenden Oberfläche des polarisierenden Strahlteilers (22) als ein Polarisator undloder auf die austretende Oberfläche desselben als ein Analysator aufgeklebt ist (sind), um so ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Polarisationsrichtung besitzt, dort hindurchzuführen.

5. System für die Bildprojektion durch Lichtventile, das aufweist:

eine Lichtquelle (21);

einen polarisierenden Strahlteiler (22) zum Hindurchlassen einer ersten polarisierten Komponente eines einfallenden Lichts von der Lichtquelle (21) entlang der ersten optischen Achse (30) des Strahl teilers und zum Reflektieren einer zweiten polarisierten Komponenten des einfallenden Lichts entlang der zweiten optischen Achse (31) des Strahlteilers;

ein Reflektionslichtventil (26) zum Modulieren des Polarisationszustands eines austretenden Lichts von dem polarisierenden Strahlteiler (22) und zum Reflektieren des Lichts, das so moduliert ist, zu dem polarisierenden Strahlteiler (22);

ein Viertwellenlängenplättchen (25); und

eine Projektionslinse (27);

wobei ein austretendes Licht von der Lichtquelle (21) durch den polarisierenden Strahlteiler (22) zu dem Lichtventil (26) einfällt und eine effektive, polarisierte Komponete, die in dem Licht, das von dem Lichtventil (26) reflektiert wird, enthalten ist, durch den polarisierenden Strahlteiler (22) und die Projektionslinse (27) auf den einen Projektionsschirm projiziert wird, wobei das Viertelwellenlängenplättchen (25) in dem Lichtpfad zwischen dem polarisierenden Strahlteller (22) und dem Lichtventil (26) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß in entweder der schnellen optischen Achse (28) oder der langsamen optischen Achse (29) das Viertelwellenlängenplättchen (25) senkrecht zu der Ebene verläuft, die sowohl die erste optische Achse (30) als auch die zweite optische Achse (31) enthält.

6. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 5, wobei der polarisierende Strahlteiler (22) und das Viertelwellenlängenplättchen (25) fest miteinander verklebt sind.

7. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 5, wobei ein polarisierendes Plättchen in einem einfallenden Lichtpfad des polarisierenden Strahlteilers (22) als ein Polarisator und/oder ein austretender Lichtpfad desselben als ein Analysator angeordnet ist (sind), um ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Polarisationsrichtung dort hindurch besitzt, hindurchzuführen.

8. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 5, wobei ein polarisierendes Plättchen fest auf einer einfallenden Oberfläche des polarisierenden Strahlteilers (22) als ein Polarisator und/oder auf einer austretenden Fläche desselben als ein Analysator aufgeklebt ist (sind), um so ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Richtung einer Polarisation dort hindurch besitzt, hindurchzul assen.

9. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 5, wobei die Lichtquelle (21) eine Metallhalogenidlampe aufweist.

10. System für die Bildprojektion durch Lichtventile, das aufweist:

eine Lichtquelle (61), die Licht emittiert, das Farbkomponenten von drei primären Farben enthält;

eine Farbseparationseinrichtung (62, 63, 64) zum Separieren eines austretenden Lichts von der Lichtquelle (61) in Licht der drei pirmären Farben;

drei polarisierende Strahlteiler (65, 66, 67), jedes zum Transmittieren einer ersten polarisierten Komponente eines einfallenden Lichts von den Farbseparationseinrichtungen (62, 63, 64) entlang der ersten optischen Achsen (77, 78, 79) des entsprechenden Strahlteilers und zum Reflektieren einer zweiten polarisierten Komponente des einfallenden Lichts entlang der zweiten optischen Achse (80, 81, 82) des entsprechenden Strahlteilers;

drei Reflektionslichtventile (71, 72, 73), jedes zum Modulieren eines polarisierten Zustands eines Lichts und zum Reflektieren des Lichts, das so moduliert ist;

drei Viertelwellenlängenplättchen (68, 69, 70); und

drei Projektionslinsen (74, 75, 76);

wobei jedes Farblicht von den Farbseparationseinrichtungen (62, 63, 64) durch einen entsprechenden der drei polarisierenden Strahlteiler (65, 66, 67) auf ein entsprechendes der drei Reflektionslichtventile (71, 72, 73) auffällt und eine effektive, polarisierte Komponente, die in einem Licht enthalten ist, das von jedem der drei Reflektionslichtventile (71, 72, 73) reflektiert wird, durch einen entsprechenden der polarisierenden Strahlteiler (65, 66, 67) und auf eine entsprechende der drei Projektionslinsen (74, 75, 76) auf einem Porjektionsschirm projiziert wird, und wobei jedes der drei Viertelwellenlängenplättchen (68, 69, 70) in dem Lichtpfad zwischen einem entsprechenden der drei polarisierenden Strahlteiler (65, 66, 67) und einem entsprechenden der drei Reflektionslichtventile (71, 72, 73) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß entweder die schnelle optische Achse oder die langsame optische Achse jedes Viertelwellenlängenplättchens (68, 69, 70) senkrecht zu der Ebene, die sowohl die erste optische Achse (77, 78, 79) als auch die zweite optische Achse (80, 81, 82) des entsprechenden der drei polarisierenden Strahlteiler (65, 66, 67) enthält, verläuft.

11. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 10, wobei drei polarisierende Strahlteiler (65, 66, 67) fest entsprechend den drei Viertelwellenlängenplättchen (68, 69, 70) verklebt sind.

12. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 10, wobei ein polarisierendes Plättchen in einem einfallenden Lichtpfad jedes polarisierenden Strahlteilers (65, 66, 67) als ein Polarisator und/oder in einem austretenden Lichtpfad desselben als ein Analysator angeordnet ist (sind), um so ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Richtung einer Polarisation dort hindurch besitzt, hindurchzulassen.

13. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 10, wobei ein polarisierendes Plättchen fest auf einer einfallenden Oberfläche jedes polarisierenden Strahlteilers (65, 66, 67) als ein Polarisator und/oder einer austretenden Oberfläche desselben als ein Analysator angeklebt ist (sind), um so ein linear polarisiertes Licht, das eine vorbestimmte Richtung einer Polarisation dort hindurch besitzt, hindurchzuführen.

14. System für die Bildprojektion durch Lichtventile nach Anspruch 10, wobei die Lichtquelle (61) eine Metallhalogenldlampe aufweist.