DE69024545T2

DE69024545T2 - Lichtquellen-Apparat zur Aufteilung von weissem Licht in Licht mit mehreren Farbkomponenten

Info

Publication number: DE69024545T2
Application number: DE69024545T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hamada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: EP0405953B1; US5096280A; EP0405953A2; EP0405953A3; DE69024545D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Lichtquellenvorrichtung zum Auftrennen polychromen, z. B. weißen Lichts in Licht mehrerer Farben, und sie betrifft z. B. eine Lichtquellenvorrichtung, die sich zur Verwendung in einem Farbbild-Projektionsanzeigegerät eignet, in dem ein passives Matrix-Anzeigeelement verwendet wird, und genauer gesagt betrifft sie eine Lichtquellenvorrichtung, die bei einem Projektions-Farbfernsehempfänger mit großem Schirm und einem Gerät zum Anzeigen von Information verwendbar ist.
Zunächst wird ein Farbbild-Projektionsanzeigegerät beschrieben, bei dem die erfindungsgemäße Lichtquelle verwendbar ist. Ein passives Anzeigeelement zur Verwendung im Farbbild- Projektionsanzeigegerät, auf das die Erfindung anwendbar ist, emittiert selbst kein Licht, sondern die Transmission oder Reflexion desselben ändert sich abhängig von einem Ansteuersignal, und es zeigt Bilder und Zeichen dadurch an, daß die Intensität des von einer Lichtquelle emittierten Lichts moduliert wird. Das passive Anzeigeelement kann aus einem Flüssigkristall-Anzeigeelement, einem elektrochromen Anzeigeelement oder Anzeigeelementen aus lichtdurchlässiger Keramik wie PLZT (lichtdurchlässige Keramik aus Blei, Lanthan, Zirconium und Titan) bestehen. Flüssigkristall-Anzeigeelemente werden in großem Umfang in tragbaren Fernsehgeräten, Textprozessoren und dergleichen verwendet. Wenn ein Flüssigkristall-Anzeigeelement verwendet wird, wird ein vergleichsweise kleines Anzeigeelement bei direkt betrachteten Geräten verwendet, in denen die Schirmdiagonale ungefähr 2" bis 10" beträgt (Zoll wird als Einheit verwendet; 1 Zoll = 25,4 mm).
Hinsichtlich einer Anzeige auf einem großen Schirm mit mehr als 40" wird herkömmlicherweise ein Projektionsfernseher zum Projizieren eines auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigten Bilds verwendet. Jedoch besteht der Nachteil, daß ein Fernseher hinsichtlich der Helligkeit des Bilds beschränkt ist, das auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt werden kann, so daß die Schwierigkeit besteht, daß der Schirm umso dunkler wird, je größer die Vergrößerung für einen Projektionsschirm ist. Außerdem wiegt ein Anzeigegerät, bei dem die Schirmdiagonale ungefähr einige zehn Zoll hat, einige zehn Kilogramm.
Als Ersatz hierfür ist käuflich bereits ein Projektionsfernseher (Fernsehempfänger) erhältlich, der ein entwickeltes Flüssigkristallelement verwendet. Das Flüssigkristallelement emittiert selbst kein Licht, so daß es erforderlich ist, eine Lichtquelle bereitzustellen. Jedoch ist es ein Nerkmal, daß die Helligkeit eines Schirms im Prinzip abhängig vom Ausmaß der Helligkeit der Lichtquelle erhöht werden kann. Ferner hat ein Projektionsfernseher, der ein Flüssigkristallelement verwendet, im Vergleich mit einem Projektionsfernseher gemäß einem Kathodenstrahlröhren-System mit derselben Schirmgröße das Merkmal, daß er kompakt und leicht ist, so daß weitere Entwicklungen zu erwarten sind.
Zu Farbbild-Projektionsanzeigesystemen, die ein solches Flüssigkristall-Anzeigeelement verwenden, gehört ein System, das nur ein Flüssigkristallelement verwendet, und ein System, das drei Flüssigkristallelemente verwendet.
Ähnlich wie bei einem Flüssigkristall-Fernseher, der direkt betrachtet wird, wird beim ersteren ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, das mit einem mosaikförmigen Farbfilter versehen ist, durch ein optisches System ähnlich wie bei einem Diaprojektor beleuchtet, wobei dieses System z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 59- 230 383 offenbart ist. Das dort offenbarte System hat hinsichtlich seines optischen Systems einen einfachen Aufbau, und die Anzahl verwendeter Flüssigkristall-Anzeigeelemente ist nur eins, weswegen es als kompaktes Projektionssystem geeignet ist. Jedoch wird gemäß diesem System ungefähr 2/3 des auf das Flüssigkristallelements gestrahlten Lichts durch das Farbfilter absorbiert. Zum Beispiel absorbiert ein Filter roter Farbe, das einem roten Bildelement entspricht, grüne und blaue Lichtstrahlen. Daher werden nur 1/3 des von der Lichtquelle emittierten Lichts verwendet, so daß der Schirm im Vergleich zu dem bei einem System (das unten beschrieben wird), das drei Flüssigkristall-Anzeigeelemente verwendet, in einer Vorrichtung dunkel ist, die ein Flüssigkristall-Anzeigeelement verwendet, wobei angenommen ist, daß in beiden System dieselbe Lichtquelle verwendet wird.
Beim System, das drei Flüssigkristall-Anzeigeelemente verwendet, sind getrennt für jedes Anzeigeelement, das ein Bild durch Steuern von Lichtstrahlen für rot, grün und blau verwendet, Einrichtungen zum Erzeugen von Lichtstrahlen in den drei Primärfarben rot, grün und blau vorhanden, so daß eine Vollfarbenanzeige dadurch erzielt wird, daß die Bilder jeder Farbe optisch überlagert werden. Die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 60-3291 offenbart ein Beispiel für ein System, das Lichtquellen für jede der drei Primärfarben und damit verwendbare Farbfilter verwendet. Es ist möglich, Licht, wie es durch eine einzelne weiße Lichtquelle emittiert wird, durch dichroitische Spiegel in Lichtstrahlen in den drei Primärfarben aufzuteilen und das Licht jeder Farbe auf das jeder entsprechende Flüssigkristall-Anzeigeelement zu strahlen. Dieses System ist in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 60-179 723 offenbart. Der bei diesem System verwendete dichroitische Spiegel wird durch die Kombination aus einem mehrschichtigen Film, wie er durch eine bekannte Dünnfilm-Herstelltechnik zum Herstellen eines dichroitischen Spiegels auf einem transparenten Substrat, wie einem solchen aus Glas, das selektiv Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektiert oder transmittiert, hergestellt wird, und einem wellenlängenselektiven Mehrschichtfilm gebildet, der auf der Oberfläche eines Prismas, wie eines dichroitischen Prismas zur Verwendung in einer Bilderzeuqungsvorrichtung für Farbfernsehen, ausgebildet ist. Beide Mehrschichtfilme werden nachfolgend bei der Beschreibung zum Stand der Technik als "dichroitischer Spiegel" bezeichnet. Als weiße Lichtquelle kann eine Halogenlampe, eine Xenonlampe, eine Metallhalogenidlampe oder dergleichen verwendet werden. Das zugehörige Emissionsspektrum kann ein kontinuierliches Spektrum oder ein helles Linienspektrum sein.
Das durch jedes Bildelement erzeugte Bild wird durch eine Projektionslinse auf einen Schirm projiziert; es existieren abhängig von der Bildbetrachtungsseite in bezug auf den Schirm zwei Projektionssysteme. Das eine ist ein Vorderseiten-Projektionssystem, bei dem unter Verwendung eines reflektierenden Schirms das Bild auf der Projektionsseite betrachtet wird, und das andere ist ein Rückseiten-Projektionssystem, bei dem das Bild unter Verwendung eines halbtransparenten Schirms von der der Projektionsseite entgegengesetzten Seite betrachtet wird.
Da beim Rückseiten-Projektionssystem ein Projektionsteil und ein Schirm in einem Gehäuse untergebracht sind, ist der Abstand zwischen der Projektionslinse und dem Schirm konstant. Vorderseiten-Projektionssysteme sind in den Fall, bei dem wie im Fall des Einbaus in ein Gehäuse der Abstand zwischen der Projektionslinse und dem Schirm konstant ist, und den Fall unterteilt, bei dem ähnlich wie bei einem Diaprojektor der Abstand zwischen dem Projektionsteil und dem Schirm veränderlich ist. Im Fall, bei dem der Abstand zwischen der Projektionslinse und dem Schirm konstant ist, ist es nicht erforderlich, den Brennpunkt der Projektionslinse nachträglich einzustellen, wenn der Brennpunkt bei der Herstellung eingestellt wird, so daß durch Versehen jedes Anzeigeelements für die drei Primärfarben mit einer Projektionslinse das Bild für jede der drei Primärfarben direkt durch die Projektionslinse auf dem Schirm zusammengesetzt werden kann. Die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 61- 167 297 offenbart ein Beispiel dieses Typs. Andererseits ist im Fall, bei dem der Abstand zwischen dem Projektionsteil und dem Schirm veränderlich ist, dieser Abstand zwischen den beiden Teilen nicht konstant. Daher muß der Benutzer bei einem System, bei dem jedes Anzeigeelement für die drei Pnmärfarben mit einer Projektionslinse versehen ist, wie oben beschrieben, und die Bilder der drei Primärfarben durch die Projektionslinse auf dem Schirm zusammengesetzt werden, den Brennpunkt der Projektionslinse und die Überlagerung der Bilder bei jedem Gebrauch einstellen, was dazu führt, daß der Benutzer durch diese Vorgänge belastet wird. Das folgende System wird verwendet, um dies zu vermeiden: ein System, bei dem im Projektionsabschnitt Lichtstrahlen zusammengesetzt werden, die durch ein Anzeigeelement liefen, wie es jedem der drei Primärfarben entspricht, wobei die Bilder unter Verwendung einer gemeinsamen Projektionslinse auf den Schirm projiziert werden. In diesem Fall muß der Benutzer nur den Brennpunkt einer Projektionslinse einstellen. Ein Beispiel dieses Typs ist in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 60-3291 offenbart.
Die vorstehende Beschreibung skizziert ein Farbbild-Projektionsanzeigegerät, das ein passives Anzeigeelement verwendet.
Hinsichtlich Farbbild-Projektionsanzeigegeräten, die ein passives Anzeigeelement verwenden, wie vorstehend beschrieben, ist die Erfindung auf das Farbbild-Projektionsanzeigegerät anwendbar, das drei Anzeigeelemente verwendet. In diesem Farbbild-Projektionsanzeigegerät ist es hinsichtlich des Energieverbrauchs und des Wärmewerts von Vorteil, die durch eine einzelne weiße Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen in Lichtstrahlen der drei Primärfarben rot, grün und blau aufzuteilen. Eine bekannte Technik ist in Fig. 8 dargestellt.
In Fig. 8 wird von einer Lichtquelle 1 emittiertes weißes Licht durch einen Kondensorlinse 3 und ebene dichroitische Spiegel 2b1, 2b2, 2r1 und 2r2 geführt. Außerdem sind reflektierende Spiegel 5, 6 und 7 vorhanden, und für jede Farbe sind Flüssigkristall-Anzeigeelemente 9r, 9g und 9b vorhanden. Licht, das durch die Projektionsimse 4 getreten ist, wird auf einen Schirm projiziert. Die ebenen dichroitischen Spiegel 2b1 und 2b2 reflektieren selektiv im blauen Wellenlängenband, und die ebenen dichroitischen Spiegel 2r1 und 2r2 reflektieren selektiv im roten Wellenlängenband.
Beim System gemäß Fig. 8 ist es schwierig, den Raum zwischen der Lichtquelle 1 und jedem der Anzeigeelemente 9r, 99 und 9b zu verkürzen, da zwei dichroitische Spiegel 2bl, 2b2; 2r1, 2r2 mit ungefähr derselben Größe wie der jedes der Anzeigeelemente 9r, 9g und 9b zwischen die Kondensorlinse 3 und die Anzeigeelemente 9r, 9g und 9b eingefügt sind, wobei die zwei dichroitischen Spiegel unter einem Winkel von 45º zur optischen Achse der Kondensorlinse 3 stehen. So besteht bei diesem System die Schwierigkeit, daß dann, wenn das Licht von der Lichtquelle nicht gut kollimiert ist, dieses Licht streut, bevor es die Anzeigeelemente erreicht, so daß die effektiv nutzbare Lichtmenge verringert ist.
Außerdem besteht beim System von Fig. 8 die folgende Schwierigkeit: die dichroitischen Spiegel werden mit einem Einfallswinkel von ungefähr 45º verwendet, so daß in diesem Fall, verglichen mit dem Fall, bei dem Licht rechtwinklig auf einen dichroitischen Spiegel fällt, das Ausmaß der Abhängigkeit der Spektralcharakteristik vom Einfallswinkel groß ist. Daher besteht die Wahrscheinlichkeit, daß dann, wenn das Licht von der Lichtquelle nicht gut kollimiert ist, Farbungleichförmigkeit (Ungleichförmigkeit des Weißgleichgewichts) auf dem Schirm auftritt.
Um diese Schwierigkeit zu überwinden, offenbart die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 61-99 118 dichroitische Spiegel, die als orthogonaler X-Typ angeordnet sind, um als Einrichtung zum Auftrennen von durch eine einzelne weiße Lichtquelle emittierten Lichts in Lichtstrahlen der drei Primärfarben rot, grün und blau und zum Zusammensetzen des durch jedes Anzeigeelement für jede der drei Primärfarben erzeugten Bilds verwendet zu werden. Als optisches Gerät, das mit orthogonalem X-Typ angeordnete dichroitische Spiegel verwendet, offenbart die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 50-10 019 einen "Fernsehempfänger vom Projektionstyp zum optischen Zusammensetzen von durch drei Kathodenstrahiröhren, die drei Primärfarben emittieren, erzeugten Bildern durch mit orthogonalem X-Typ angeordnete dichroitische Spiegel."
Jedoch bestehen die mit orthogonalem X-Typ angeordneten dichroitischen Spiegel aus zwei Paaren dichroitischer Spiegel mit X-Konfiguration, die jeweils durch Zweiteilen zweier dichroitischer Spiegel hergestellt wurden, obwohl ein dichroitischer Spiegel im wesentlichen verbindungsfrei sein sollte. Daher besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Spektralcharakteristik und der Reflexionswinkel derselben in Verbindungsbereichen diskontinuierlich sind, so daß Säume auf dem Anzeigeschirm erscheinen und demgemäß die Anzeigequalität verschlechtert ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung soll eine Lichtquellenvorrichtung schaffen, die kompakt ist, polychromes Licht in Lichtstrahlen mehrerer Farben aufteilt und den Nutzungsgrad von durch eine Lichtquelle emittiertem Licht erhöht.
Beim Lösen dieser und anderer Aufgaben ist erfindungsgemäß folgendes geschaffen: eine Lichtquellenvorrichtung mit einer polychromen Lichtquelle und einer Einrichtung zum Aufteilen des Lichts von der Lichtquelle in Licht in mehreren ausgewählten Wellenlängenbändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteileinrichtung einen ersten und einen zweiten dichroitischen Spiegel enthält, von denen jeder so ausgebildet ist, daß er Licht in einem jeweiligen Wellenlängenband des Lichts von der Lichtquelle durchläßt und Licht außerhalb dieses Wellenlängenbands reflektiert, wobei die dichroitischen Spiegel so angeordnet sind, daß sie von der Lichtquelle emittiertes Licht über verschiedene Raumwinkel empfangen, und wobei die Anordnung der Spiegel in bezug auf die Lichtquelle dergestalt ist, daß das von jedem Spiegel reflektierte Licht über die Lichtquelle zum anderen Spiegel läuft, um dadurch den Nutzungsgrad des von der Lichtquelle ausgegebenen Lichts zu erhöhen.
Beim erfindungsgemäßen Aufbau sind der erste und zweite dichroitische Spiegel einander gegenüberstehend in bezug auf die weiße Lichtquelle angeordnet. Jeder dichroitische Spiegel wählt das Licht innerhalb eines Teils des Wellenlängenbands des sichtbaren Lichts aus, um das ausgewählte Licht hindurchzulassen, und er reflektiert Licht mit Wellenlängen außerhalb des ausgewählten Wellenlängenbands. Da gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung der Aufbau dergestalt ist, daß das reflektierte Licht zur weißen Lichtquelle zurückgeliefert wird, wird das vom einen dichroitischen Spiegel reflektierte Licht zum anderen dichroitischen Spiegel geführt, der an der anderen Seite angeordnet ist. So kann der Nutzungsgrad des von der weißen Lichtquelle emittierten Lichts erhöht werden. Die dichroitischen Spiegel teilen das weiße Licht in Lichtstrahlen mehrerer Farben auf, wobei die Wellenlängenbänder der durch die dichroitischen Spiegel transmittierten Lichtstrahlen einander nicht überlappen. Anders gesagt, sind die Wellenlängenbänder voneinander getrennt, wobei ein Intervall zwischen ihnen liegt.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen, wie sie später beschrieben werden, ist ein dritter dichroitischer Spiegel vorhanden, um von der Lichtquelle emittiertes Licht über einen Raumwinkel zu empfangen, der sich von den Raumwinkeln unterscheidet, über die der erste und der zweite dichroitische Spiegel Licht empfangen, wobei der dritte dichroitische Spiegel so ausgebildet ist, daß er Licht in einem weiteren ausgewählten Wellenlängenband durchläßt, das sich von den Wellenlängenbändern unterscheidet, wie sie vom ersten und zweiten dichroitischen Spiegel durchgelassen werden, und er anderes Licht als solches im weiteren Wellenlängenband reflektiert; und ein reflektierendes Element ist vorhanden, um Licht von der Lichtquelle zum dritten dichroitischen Spiegel zu reflektieren. Bei den speziell beschriebenen Anordnungen bilden ein rotes Licht durchlassender dichroitischer Spiegel und ein blaues Licht durchlassender dichroitischer Spiegel ein Paar und ein grünes Licht durchlassender dichroitischer Spiegel und ein Spiegel, der zumindest grünes Licht reflektiert, bilden ein anderes Paar. In diesem Fall können die Transmissionsspektren der dichroitischen Spiegel unabhängig konzipiert werden, so daß die ein Paar bildenden dichroitischen Spiegel den Nutzungsgrad des von der leihweisen Lichtquelle emittierten Lichts erhöhen können und sie das weiße Licht in Lichtstrahlen mehrerer Farben aufteilen können. Außerdem kann der Aufbau der Vorrichtung kompakt sein.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen enthält die Lichtquellenvorrichtung ferner eine jeweilige Kondensorlinse, die jedem dichroitischen Spiegel zugeordnet ist, um vom zugeordneten dichroitischen Spiegel durchgelassenes Licht zu fokussieren. Jeder der dichroitischen Spiegel ist vorzugsweise halbkugelförmig. Jeder der dichroitischen Spiegel ist vorzugsweise zwischen der Lichtquelle und der ihm zugeordneten Kondensorlinse positioniert. Bei einer Ausführungsform verfügt jede der Kondensorlinsen über eine konkave Fläche, die der weißen Lichtquelle zugewandt ist, und jeder der dichroitischen Spiegel ist auf einer jeweiligen konkaven Fläche jeder zugeordneten Kondensorlinse ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform ist jede zugeordnete Kondensorlinse plankonvex, wobei die ebene Fläche den zugeordneten dichroitischen Spiegel zugewandt ist.
Alternativ kann jede Kondensorlinse zwischen ihrem zugeordneten dichroitischen Spiegel und der Lichtquelle positioniert sein. In diesem Fall ist jeder dichroitische Spiegel vorzugsweise eben und verfügt über eine ebene Fläche rechtwinklig zur optischen Achse der zugeordneten Kondensorlinse.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise eine weiße Lichtquelle.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Lichtquellenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ein Farbbild-Projektionsanzeigegerät zeigt, das die Lichtquellenvorrichtung verwendet;
Fig. 3 ist eine Vorderansicht, die das in Fig. 2 dargestellte Farbbild-Projektionsanzeigegerät zeigt;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die das Farbbild-Projektionsanzeigegerät zeigt;
Fig. 5, 6 und 7 sind Schnittansichten, die andere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen; und
Fig. 8 ist ein Schnitt, der eine bekannte Technik zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevor die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele weiterschreitet, wird darauf hingewiesen, daß gleiche Teile in den gesamten beigefügten Zeichnungen mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet sind.
Fig. 1 ist eine vereinfachte Schnittansicht, die eine Lichtquellenvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Die Lichtquellenvorrichtung 10 kann in einem Farbbild-Projektionsanzeigegerät 11 enthalten sein, wie es in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist. Eine Lichtquelle 12 für weißes Licht in Form einer Halogenlampe, einer Xenonlampe oder einer Metallhalogenidlampe ist im wesentlichen eine Punktlichtquelle, und sie emittiert Licht zumindest in horizontaler und vertikaler Richtung, wie in Fig. 1 dargestellt. Jeder von drei dichroitischen Spiegeln 13R, 13G und 13B läßt selektiv Licht in einem jeweiligen Wellenlängenband für rot, grün bzw. blau durch, wobei sichtbares Licht mit Ausnahme des jeweils ausgewählten Lichts reflektiert wird. Jedes Wellenlängenband kann sich teilweise mit einem anderen überlappen. Diese dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B sind um einen Punkt 14 kugelig ausgebildet, der als Punktlichtquelle der weißen Lichtquelle 12 als Zentrum dient. Diese dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B sind Bandpaß- oder Bandreflexionsfilter, die die Interferenz in mehreren dielektrischen Dünnfilmen mit verschiedenen Brechungsindizes nutzen. Diese dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B verfügen über einen mehrschichtigen Dünnfilm zum Ausführen einer jeweiligen Farbaufteilung, wie oben beschrieben, und jeder Spiegel ist so aufgebaut, daß Filme mit hohem und niedrigem Brechungsindex abwechselnd mit einer Filmdicke abgeschieden sind, die im wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches von 1/4 einer Bezugswellenlänge ist. Eine Filmcharakteristik mit transparenten und reflektierenden Bändern wird dadurch erhalten, daß einander abwechselnde Filme auf diese Weise abgeschieden werden. Die dichroitischen Spiegel 13R und 13B sind symmetrisch in bezug auf den Punkt 14. Der dichroitische Spiegel 13G und ein reflektierender Kugelspiegel 13 sind symmetrisch auf den Punkt 14.
Der Zustand eines mehrschichtigen Dünnfilms wird abhängig von einer Beschichtungstechnik für mehrschichtige Dünnfilme so eingestellt, daß der dichroitische Spiegel 13R für rot sichtbares Licht mit einer Wellenlänge über ungefähr 590 nm durchläßt, der dichroitische Spiegel 13B für blau sichtbares Licht mit- einer Wellenlänge kürzer als ungefähr 500 nm durchläßt und der dichroitische Spiegel 13G für grün sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von ungefähr 590 nm bis 500 nm durchläßt. Der reflektierende Spiegel 13 reflektiert grünes Licht zum dichroitischen Spiegel 13G für grün und reflektiert kein Licht in anderen Wellenlängenbändem. Die Lichtquelle 12 ist so aufgebaut, daß vom reflektierenden Spiegel 13 reflektiertes Licht auf den dichroitischen Spiegel 13G fallen kann, um durch diesen hindurchzulaufen. Der Punkt 14 dient als Emissionsbereich für die weiße Lichtquelle 12. Um paralleles Licht zu erhalten, sind Kondensorlinsen 15, 16 und 17 entsprechend den dichroitischen Spiegeln 13R, 13G bzw. 13B angebracht.
Gemäß diesem Aufbau läßt der dichroitische Spiegel 13R für rot vom Licht, das durch die Lichtquelle 12 zu ihm hin emittiert wird, eine rote Komponente (R) durch, reflektiert jedoch andere Komponenten, so daß sie zur Lichtquelle 12 zurücklaufen, durch sie hindurchlaufen und zum dichroitischen Spiegel 13B für blau laufen. Von diesen Lichtstrahlen laufen eine blaue Komponente und Licht, das zum dichroitischen Spiegel 13B für blau emittiert wurde, durch diesen hindurch. Dasselbe gilt für den Fall der Komponenten der anderen Farben. So wird von der einzelnen weißen Lichtquelle 12 emittiertes Licht in die Rotkomponente R, die Grünkomponente G und die Blaukomponente B aufgeteilt, die radial in den drei Richtungen entnommen werden. Licht, das in diesen drei Richtungen gelaufen ist, wird durch die Kondensorlinsen 15, 16 und 17 parallel gerichtet. In Fig. 1 besteht jede Kondensorlinse aus einer plankonvexen Linse, jedoch werden mehrere Kondensorlinsen oder asphärische Linsen verwendet, um den Empfangswinkel zu erhöhen.
Durch dieses Ausführungsbeispiel können die folgenden Vorteile erzielt werden. Der erste Vorteil ist der, daß gemäß der in Fig. 8 dargestellten bekannten Technik ein dichroitischer Spiegel mit ungefähr derselben Größe wie der des Anzeigeelements verwendet werden muß, während beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kleine, kugelförmige dichroitische Spiegel 13R, 13G und 13B verwendet werden können, vorausgesetzt, daß sie den Eintrittswinkel der Kondensorlinsen 15, 16 und 17 überdecken. Ein anderer Vorteil ist der, daß das Wellenlängenspektrum von Licht jeder Farbe unabhängig für die dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B eingestellt werden kann. Beim in Fig. 8 dargestellten herkömmlichen optischen System werden die Komponenten rot und blau aus weißem Licht abgetrennt und der Rest wird das grüne Licht, so daß das Spektrum des grünen Lichts automatisch dadurch festgelegt ist, daß die Lichtspektren der roten und der blauen Komponente bestimmt werden. Jedoch kann bei dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau die Wellenlänge jedes der drei dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B unabhängig ausgewählt werden, so daß es möglich ist, die Lichtspektren für alle Farbkomponenten so einzustellen, daß sie einander leicht überlappen, was zu einer Erhöhung der Helligkeit führt, obwohl der Farbwiedergabebereich für ein wiedergegebenes Bild und der Farbton (d.h. die Farbreinheit) in gewissem Ausmaß verlorengehen.
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ein Projektions-Bildanzeigegerät 11 zeigt, das die in Fig. 1 dargestellten Lichtquellenvorrichtung 10 verwendet. Fig. 3 ist eine Vorderansicht, die das Bildanzeigegerät 11 von Fig. 2 zeigt. Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die das Bildanzeigegerät 11 von der rechten Seite in Fig. 2 zeigt. Gemäß diesen Zeichnungen wird jede der Komponenten R, G und B durch jeweilige Flüssigkristall-Anzeigeelemente 18, 19 und 20 gestrahlt, und zwar jeweils durch die Kondensorlinsen 15, 16 und 17, von jeweils einem rechteckigen Prisma 22, 23 und 24 reflektiert, durch einen dichroitischen Spiegel vom orthogonalen X-Typ oder ein Prisma 26 zusammengesetzt und durch eine Projektionslinse 27 auf einen Schirm projiziert. Anstelle jedes der Prismen 22, 23 und 24 kann ein Paar ebener Spiegel verwendet werden. Die Flüssigkristall-Anzeigeelemente 18, 19 und 20 können in der Mitte des optischen Pfads jeder der rechteckigen Prismen 22, 23 und 24 oder jeweils am optischen Auslaß derselben angeordnet sein. Um die Apertur der Projektionslinse 27 zu verringern, ist eine Feldlinse oder eine Überbrückungslinse in der Nähe jedes der Anzeigeelemente 18, 19 und 20 angebracht, um Licht zu konvergieren, das durch jedes dieser Anzeigeelemente 18, 19 und 20 getreten ist.
Der dichroitische Spiegel 13R für rot sowie der dichroitische Spiegel 13B für blau sind an zwei Seiten der Lichtquelle 12 angeordnet, wobei die Durchlaßwellenlängenbänder für die jeweiligen Lichtstrahlen einander nicht überlappen. Durch diese Anordnung kann in günstiger Weise die rote Komponente (R) und die blaue Komponente (B) entnommen werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im Farbbild-Projektionsanzeigegerät die drei dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B, die Licht im Wellenlängenband von jeweils rot, grün und blau durchlassen, auf einer Kugelfläche um den Punkt 14, der als Emissionsbereich der weißen Lichtquelle 12 dient, angeordnet, und die zwei dichroitischen Spiegel 13R und 13B unter diesen drei dichroitischen Spiegeln 13R, 13G und 13B sind zu den zwei Seiten der weißen Lichtquelle 12 positioniert, so daß von der Lichtquelle 12 emittiertes Licht wirkungsvoll genutzt wird und ein helles Projektionsbild angezeigt werden kann. So kann ein Farbbild- Projektionsanzeigegerät erhalten werden, das kompakt ist, das von der Lichtquelle 12 emittiertes Licht mit hohem Lichtfluß nutzen kann und das einen hellen Schirm aufweist.
Fig. 5 ist eine vereinfachte Schnittansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Flächen der Kondensorlinsen 15, 16 und 17 auf der Seite der Lichtquelle 12 kugelförmig, und die dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B sind jeweils auf deren Oberfläche ausgebildet. Die andere Fläche jeder der Kondensorlinsen 15, 16 und 17 ist als Rotationsellipsoidfläche ausgebildet, und einer der Brennpunkte derselben fällt jeweils mit dem Zentrum der Kugelfläche zusammen, auf der die dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B angebracht sind, mit dem Ergebnis, daß eine bekannte aplanare Linse ausgebildet ist, und paralleles Licht wird dadurch erhalten, daß die weiße Lichtquelle 12 im Zentrum der Kugelfläche angeordnet wird.
Auf ähnliche Weise sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Kondensorlinsen 15, 16 und 17, auf denen die dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B ausgebildet sind, die selektiv Licht jeweils im Wellenlängenband für rot, grün bzw. blau durchlassen, symmetrisch zur weißen Lichtquelle 12 im Zentrum angeordnet. Der Kugelspiegel 13 ist dem dichroitischen Spiegel 13G gegenüberstehend angeordnet, der Licht mit der Wellenlänge für grün durchläßt.
Das Betriebsprinzip dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich dem des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.
Fig. 6 ist eine vereinfachte Schnittansicht, die noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Kondensorlinsen 15, 16 und 17 jeweils zwischen den dichroitischen Spiegeln 13R, 13G und 13B sowie der weißen Lichtquelle 12 angeordnet.
Von der weißen Lichtquelle 12 emittiertes, gestreutes Licht wird jeweils durch die Kondensorlinsen 15, 16 und 17 parallel gerichtet und trifft dann auf jeweils den ebenen dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B, die rechtwinkig zur optischen Achse jeder der Kondensorlinsen 15, 16 und 17 angeordnet sind. Von Lichtkomponenten, die auf jeden dichroitischen Spiegel vielen, läuft Licht mit gewünschter Wellenlänge durch jeden dichroitischen Spiegel, während Licht anderer Wellenlänge durch jeden dichroitischen Spiegel reflektiert wird, es läuft dann entlang dem optischen Pfad desselben zurück, läuft durch die weiße Lichtquelle 12, trifft dann auf die an der entgegengesetzten Seite positionierte Kondensorlinse und fällt danach auf den anderen dichroitischen Spiegel, mit dem Ergebnis, daß die Intensität von Licht mit der in der Richtung entommenen Wellenlänge erhöht ist.
Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 können die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 5 und 6 als Lichtquellenteil im Projektions-Bildanzeigegerät verwendet werden, wie es in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.
Fig. 7 ist eine vereinfachte Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind in einer Ebene, die in der Blattebene gemäß Fig. 7 liegt, die optische Achse eines Teils, in dem weißes Licht in die drei Primärfarben aufgeteilt wird, und die optische Achse eines Teils, in dem die jeweiligen Bilder der drei Primärfarben zusammengesetzt werden, vorhanden. Der Teil, in dem das weiße Licht in die drei Primärfarben aufgeteilt wird, enthält die weiße Lichtquelle 12, die Kondensorlinsen 15, 16 und 17, den reflektierenden Spiegel 13, die dichroitischen Spiegel 13R, 13G und 13B und die Anzeigeelemente 18, 19 und 20, und der Abschnitt, in dem die jeweiligen Bilder der drei Primärfarben zusammengesetzt sind, enthält zwei Paare ebener Spiegel 32, 32a und 34, 34a, zwei Weitergabelinsen 28 und 29, den dichroitischen Spiegel vom orthogonalen X-Typ oder das Prisma 26 und die Projektionslinse 27. Die Weitergabelinsen 28 und 29 sind vorhanden, um die Differenz der optischen Pfadlängen von der weißen Lichtquelle 12 her zu kompensieren und um zu verhindern, daß die Leuchtstärke des Lichts der Farben nicht ausgeglichen ist.
Bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Ebene, die die optische Achse des Teils enthält, in dem das weiße Licht in die drei Primärfarben aufgeteilt wird, parallel zur Ebene, die die optische Achse des Teils enthält, in dem die jeweiligen Bilder der drei Primärfarben zusammengesetzt werden und diese zwei Ebenen sind in den Fig. 3 und 4 vertikal voneinander beabstandet. Im Vergleich mit einem sogenannten zweischichtigen Aufbau ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, die gesamte Vorrichtung mit dünnem Aufbau zu konstruieren.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Fall dargestellt, bei dem die jeweiligen Bilder der drei Primärfarben im Projektionsteil zusammengesetzt werden und durch eine Projektionslinse projiziert werden; jedoch ist die Erfindung auf den Fall anwendbar, bei dem die jeweiligen Bilder der drei Primärfarben durch drei Projektionslinsen zusammengesetzt werden, von denen jede für jedes Bild vorhanden ist.
Die Erfindung kann nicht nur für ein Projektions-Bildanzeigegerät realisiert werden, sondern auch für andere Verwendungen.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung der Nutzungsgrad des von der weißen Lichtquelle emittierten Lichts durch einen kompakten Aufbau erhöht werden, und demgemäß ist ein Anzeigeschirm hell, wenn die Ausführungsbeispiele der Erfindung z. B. zum Ausführen einer Projektionsanzeige realisiert werden.
Ferner fällt das von der weißen Lichtquelle emittierte Licht gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung rechtwinklig auf den dichroitischen Spiegel. Daher kann der bevorzugte Vorteil erhalten werden, daß keine Farbungleichmäßigkeit, d.h. Ungleichmäßigkeit des Weißgleichgewichts nicht auftritt.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, ist zu beachten, daß dem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen ersichtlich sind. Derartige Änderungen und Modifizierungen sollen im Schutzbereich der Erfindung enthalten sein, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, solange sie nicht davon abweichen.

Claims

1. Lichtquellenvorrichtung (12) mit einer polychromen Lichtquelle (12) und einer Einrichtung (13B, 13R) zum Aufteilen des Lichts von der Lichtquelle (12) in Licht in mehreren ausgewählten Wellenlängenbändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteileinrichtung (13B, 13R) einen ersten und einen zweiten dichroitischen Spiegel (13B, 13R) enthält, von denen jeder so ausgebildet ist, daß er Licht in einem jeweiligen Wellenlängenband des Lichts von der Lichtquelle (12) durchläßt und Licht außerhalb dieses Wellenlängenbands reflektiert, wobei die dichroitischen Spiegel (13B, 13R) so angeordnet sind, daß sie von der Lichtquelle (12) emittiertes Licht über verschiedene Raumwinkel empfangen, und wobei die Anordnung der Spiegel in bezug auf die Lichtquelle dergestalt ist, daß das von jedem Spiegel (13B, 13R) reflektierte Licht über die Lichtquelle (12) zum anderen Spiegel (13B, 13R) läuft, um dadurch den Nutzungsgrad des von der Lichtquelle (12) ausgegebenen Lichts zu erhöhen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit - einem dritten dichroitischen Spiegel (13G), der so angeordnet ist, daß er Licht empfängt, wie es von der Lichtquelle (12) über einen Raumwinkel emittiert wird, der sich von den Raumwinkeln unterscheidet, über die der erste und der zweite dichroitische Spiegel (13B, 13R) Licht empfangen, wobei der dritte dichroitische Spiegel so ausgebildet ist, daß er Licht in einem weiteren ausgewählten Wellenlängenband durchläßt, das sich von den Wellenlängenbändern unterscheidet, wie sie vom ersten und zweiten dichroitischen Spiegel (13B, 13R) durchgelassen werden, und er anderes Licht als das im weiteren Wellenlängenband reflektiert; und - einem reflektierenden Element (13) zum Reflektieren von Licht von der Lichtquelle (12) zum dritten dichroitischen Spiegel (13G).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner mit einer jeweiligen Kondensorlinse (15, 16, 17), die jeweils einem der dichroitischen Spiegel (13R, 13G, 13B) zugeordnet ist, um vom zugeordneten dichroitischen Spiegel (13R, 13G, 13B) durchgelassenes Licht zu fokussieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der jeder der dichroitischen Spiegel (13, 13R, 13B, 13G) halbkugelförmig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei der jeder dichroitische Spiegel (13R, 13G, 13B) zwischen der Lichtquelle (12) und der ihm zugeordneten Kondensorlinse (15, 16, 17) liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem jede der Kondensorlinsen (15, 16, 17) eine konkave Oberfläche aufweist, die der Lichtquelle (12) zugewandt ist und jeder der dichroitischen Spiegel (13R, 13G, 13B) auf einer jeweiligen konkaven Fläche der zugeordneten Kondensorlinse (15, 16, 17) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem jede zugeordnete Kondensorlinse (15, 16, 17) eine plankonvexe Linse ist, wobei die ebene Fläche dem zugeordneten dichroitischen Spiegel (13G, 13B, 13R) zugewandt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der jede Kondensorlinse (15, 16, 17) zwischen ihrem zugeordneten dichroitischen Spiegel (13B, 13G, 13R) und der Lichtquelle (12) liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der jeder dichroitische Spiegel (13R, 13G, 13B) eben ist und über eine ebene Oberfläche rechtwinklig zur optischen Achse der ihm zugeordneten Kondensorlinse (15, 16, 17) verfügt.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Lichtquelle (12) eine weiße Lichtquelle ist.