DE69207937T2

DE69207937T2 - Polarisierendes Element und Bildanzeigegerät mit diesem polarisierenden Element

Info

Publication number: DE69207937T2
Application number: DE69207937T
Authority: DE
Inventors: Kazumi Kimura; Hideaki Mitsutake
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-04-04
Also published as: EP0507316A2; EP0507316A3; CA2064669A1; DE69207937D1; JPH04362902A; EP0507316B1; JP3165704B2; CA2064669C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polarisationselement mit den Merkmalen des oberbegriffs von Patentanspruch 1 und eine Bildanzeigevorrichtung und eine Projektionsvorrichtung, die das Polarisationselement enthält.
Ein Polarisationselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist aus JP-A-63271313 bekannt.
Fig. 1 veranschaulicht eine Flüssigkristall- Projektionsvorrichtung als Beispiel eines Gerätes unter Verwendung von polarisiertem Licht. Von einer Lampe 909 emittiertes ungeordnetes Licht wird durch eine Reflexionsvorrichtung 910 kondensiert und durch einen Polarisator 908 in linear polarisiertes Licht verwandelt. Die Flüssigkristallvorrichtung (nachstehend als LCD abgekürzt) 906 wird mit diesem linear polarisierten Licht beleuchtet. Die LCD 906 moduliert die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts. Bilderzeugung wird durch einen Analysator 907 bestimmt, und danach wird dieses Bild auf einen (nicht veranschaulichten) Bildschirm durch eine Projektionslinse 911 projiziert.
Im allgemeinen werden preiswerte Polarisationsplatten als Polarisator 908 und Analysator 907 verwendet. Zusätzlich sind auch solche unter Verwendung von Polarisations- Strahlteilern vorgeschlagen worden.
Auf jeden Fall wird die Hälfte des einfallenden ungeordneten Lichts aufgrund des Polarisators verloren. Daher entsteht solch ein Problem, daß eine Lichtausnutzungseffizienz schlecht ist. Um dies zu beseitigen, ist beispielsweise aus JP- A-63271313 ein Polarisationselement bekannt, bei dem das ungeordnete Licht in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen durch einen Polarisationsstrahlteiler getrennt wird, wobei die Polarisationsrichtung von dem einen polarisierten Lichtstrahl gedreht wird, um mit der Polarisationsrichtung des anderen polarisierten Lichtstrahls zusammenzupassen, und beide polarisierte Lichtstrahlen werden als Beleuchtungslicht verwendet.
Die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts, das als das Beleuchtungslicht verwendet wird, wird so eingestellt, daß sie mit einer Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle der LCD zusammenfällt. Die Orientierungsrichtung des LCD-Flüssigkristalls ist typischerweise, wie in Fig. 4 veranschaulicht, im wesentlichen auf 45. zu einem Randabschnitt der LCD eingestellt. Das liegt daran, daß der Kontrast verstärkt ist, wenn die Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls zum Randabschnitt der LCD geneigt ist. Zum Beispiel zeigen die Figuren 2 und 3 denkbare Verfahren, die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts, das von dem Polarisationselement emittiert wird, zu neigen. In Fig. 2 ist eine Halbwellenplatte (λ/2-Platte) in das Beispiel des vorstehend erwähnten Polarisationselements eingebaut. Das ungeordnete Licht wird in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen S, P durch einen Vielschichtfilm 1001 des Polarisations-Strahlteilers getrennt. Das S-polarisierte Licht wird durch eine total reflektierende Oberfläche des rechteckigen Prismas 1002 in derselben Fortbewegungsrichtung wie das P-polarisierte Licht umgelenkt. Danach wird die Polarisationsrichtung des S-polarisierten Lichts durch eine λ/2-Platte 1003a in dieselbe Richtung des P- polarisierten Lichts gedreht. Die zwei polarisierten Lichtstrahlen, bei denen die Fortbewegungsrichtung und die Polarisationsrichtungen zueinander auf diese Weise in Einklang gebracht wurden, werden dann auf eine λ/2-Platte 1003b geleitet. Die Polarisationsrichtung der zwei polarisierten Lichtstrahlen kann dadurch in eine Richtung geneigt werden, die von der optischen Achse der λ/2-Platte 1003b abhängt.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, in dem eine Viertelwellen Platte (λ/4-Platte) anstelle der λ/2-Platte verwendet wird. Die Schritte, in denen das S-polarisierte Licht durch die totalreflektierende Oberfläche des rechteckigen Prismas 1002 in dieselbe Bewegungsrichtung mit dem P-polarisierten Licht abgelenkt wird, sind dieselben wie diejenigen, die in Fig. 2 gezeigt sind. Die λ/4-Platten 1112 sind jedoch auf den optischen Wegen der zwei polarisierten Lichtstrahlen angeordnet, so daß die zwei polarisierten Lichtstrahlen jeweils zirkular polarisiertes Licht werden. Ferner sind die λ/4- Platten 1112b so angeordnet, daß die zwei Strahlen aus zirkular polarisiertem Licht linear polarisiertes Licht mit vorbestimmter Polarisationsrichtung werden.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Polarisationselemente haben jedoch die folgenden Probleme.
Auf jeden Fall muß mindestens ein Lichtstrom durch eine Vielzahl von Phasenplatten durchdringen, und daher steigt ein Verlust der Lichtmenge aufgrund der Oberflächenreflexionen der Phasenplatten an. Außerdem zeigt die Platte eine Wellenlängenabhängigkeit. Daher können, wenn die Polarisationsrichtung von Licht mit einer weiten Bandbreite wie beispielsweise weißes Licht in einen bestimmten Zustand verwandelt wird und wenn beispielsweise die Phasenplatte in bezug auf eine Wellenlänge der G-Komponente des weißen Lichts gestaltet ist, die Phasen für die B- und R-Komponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen von der der G-Komponente nicht mit derselben Größe wie die G-Komponente verschoben werden. Daher können, obwohl die Polarisationsrichtung von einem großen Teil der G-Komponente in einen vorbestimmten Zustand gesetzt werden kann, die Polarisationsrichtungen von einem großen Teil der B- und R-Komponenten nicht in einen solchen Zustand versetzt werden.
Das Polarisationselement ist als ein Element zum Zuführen von Licht definiert, das eine spezielle Polarisationsrichtung annimmt, und daher folgt, daß das Licht, das diese Polarisationsrichtung nicht annimmt, nicht ausgenutzt wird. Folglich werden aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit der Phasenplatte ein großer Teil der B- und R-Komponenten verloren. Außerdem nimmt das Licht von dem vorstehend erwähnten Element eine grüne Farbe an. Solch ein Verlust und eine Verfärbung vergrößern sich in der Abhängigkeit von der Zahl der Durchgänge durch die Phasenplatten. Wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht, wird dieses Problem daher bei einer Betriebsart auffallend, bei der Durchgänge durch eine Vielzahl von Phasenplatten bewirkt wird. Insbesondere in Fig. 2 ist die Anzahl von Durchgängen durch die Phasenplatten zwischen den zwei Lichtstrahlen aus polarisiertem Licht unterschiedlich. Dadurch wird ein Unterschied der Lichtmenge zwischen den beiden Lichtstrahlen und ein Ungleichgewicht der Farbe verursacht. Zusätzlich steigen, wenn die Vielzahl von Phasenplatten bereitgestellt wird, die Kosten entsprechend an. Außerdem wird die Winkelanpassung der optischen Achsen der Phasenplatten streng, und die Schritte zur Herstellung sind auch kompliziert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Polarisationselement bereitzustellen, in dem ein Verlust der Lichtmenge verringert ist, und eine entsprechend verbesserte Bildanzeigevorrichtung und eine entsprechend verbesserte Projektionsvorrichtung bereitzustellen.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Polarisationselement nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 7 bereitgestellt.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird die Projektionsvorrichtung nach Anspruch 8 bereitgestellt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden während der folgenden Diskussion in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, in denen:
Fig. 1 eine erklärende Ansicht eines herkömmlichen Beispiels ist;
Fig. 2 eine erklärende Ansicht eines herkömmlichen Beispiels ist;
Fig. 3 eine erklärende Ansicht einer herkömmlichen Beispiels ist;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Orientierung von Molekülen einer typischen LCD veranschaulicht;
Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 eine unterstützende Ansicht zur Erklärung des optischen Wegs in dem Polarisationselement, das in Fig. 5 gezeigt ist, ist;
Fig. 7 eine unterstützende Ansicht zur Erklärung einer λ/2-Platte in dem Polarisationselement von Fig. 5 ist;
Fig. 8 eine unterstützende Ansicht zur Erklärung des Betriebs der λ/2-Platte ist;
Fig. 9 eine unterstützende Ansicht zur Erklärung des Betriebs der λ/2-Platte in dem Polarisationselement von Fig. 1 ist;
Fig. 10 ein Blockdiagramm ist, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 ein Blockdiagramm ist, das noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ein Blockdiagramm ist, das eine Flüssigkristall-Projektionsvorrichtung unter Verwendung eines Polarisationselements gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 13 ein Blockdiagramm ist, das einen Teil einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 14 ein Blockdiagramm ist, das einen Teil von noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Film 101 ist auf einem Verbindungsbereich zwischen rechtwinkligen Prismen 102b, 102c bereitgestellt. Der Film 101 ist aus einem Vielschichtfilm oder dergleichen wie beispielsweise einem dünnen Metallfilm gebildet und hat die Funktion, unpolarisiertes ungeordnetes Licht in zwei Strahlen aus linear polarisierten Lichtkomponenten zu trennen, die senkrecht zueinander sind. Eine Einheit, die allgemein als ein Polarisations-Strahlteiler bekannt ist, ist aus den Prismen 102b, 102c und dem Film 101 aufgebaut. Der Polarisations-Strahlteiler ist als eine Einrichtung zum Trennen des einfallenden Lichts in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen definiert.
Ein rechtwinkliges Prisma 102a ist so bereitgestellt, daß es an das Prisma 102b angrenzt oder mit ihm verbunden ist.
Das Prisma 102a hat eine Bodenfläche (durch schräge Linien angegeben), durch die das polarisierte Licht, das durch den Film 101 des Prismas 102b durchgeht und sich nach vorne bewegt, total reflektiert wird. Das reflektierte polarisierte Licht wird dadurch auf einen optischen Weg geleitet, der parallel zu dem optischen Weg des polarisierten Lichts ist, der von dem Film 101 reflektiert wurde. Das Prisma 102a dient als eine Einrichtung, um zu verursachen, daß die Bewegungsrichtungen der zwei Strahlen aus polarisiertem Licht miteinander zusammenfallen.
λ/2-Platten 103a, 103b sind so bereitgestellt, daß sie die Prismen 102a, 102c auf einem Weg des Lichts, das aus den Prismen 102a, 102c austritt, eng berühren. Optische Achsen der λ/2-Platten 103a, 103b sind so eingestellt, daß sie einen Winkel von 45º zueinander einnehmen. Die λ/2-Platten 103a, 103b sind Einrichtungen, um die Polarisationsrichtung der zwei Strahlen aus polarisiertem Licht in einer beliebigen Richtung anzuordnen.
Der Betrieb dieser Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 beschrieben.
Zuerst sind die optischen Wege in Fig. 6 veranschaulicht. Diese Figur ist eine Ansicht, die in Fig. 5 von oben aufgenommen wurde. In derselben Ausführungsform stellen dieselben Symbole dieselben Komponenten dar. Die Symbole L, P, S bezeichnen Lichtstrahlen.
Einfallendes Licht L&sub2;&sub1; fällt, wie in der Figur dargestellt, senkrecht auf die Oberfläche des Prismas 102c von der linken Seite ein. Dieses einfallende Licht L&sub2;&sub1; ist ungeordnetes Licht, aber unpolarisiert. Das einfallende Licht L&sub2;&sub1; bewegt sich durch das Prisma 102c und erreicht den Film 101. Der Film 101 ist mit einem Winkel von 45º zu dem ungeordneten, darauf einfallenden Licht angeordnet, so daß nur die Lichtkomponente mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zu der Papieroberfläche der Figur reflektiert wird, während die Lichtkomponente mit einer Polarisationsrichtung parallel zu der Papieroberfläche durchgelassen wird. Das von dem Film reflektierte polarisierte Licht wird als S-polarisiertes Licht bezeichnet, während das durch den Film durchgelassene polarisierte Licht als P-polarisiertes Licht bezeichnet wird. In der Figur werden diese Strahlen aus polarisiertem Licht jeweils durch S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1; angegeben.
Die Bewegungsrichtungen von dem polarisierten Licht S&sub2;&sub1; und dem einfallenden Licht L&sub2;&sub1; sind senkrecht zueinander. Das polarisierte Licht S&sub2;&sub1;, das von dem Film 101 reflektiert wird, wird von einer Austrittsoberfläche des Prismas 102c emittiert. Diese Austrittsoberfläche ist mit einer λ/2-Platte 103a ausgestattet. Das polarisierte Licht S&sub2;&sub1; geht durch die λ/2- Platte 103a durch. Gleichzeitig wird die Polarisationsrichtung von dem polarisierten Licht S&sub2;&sub1;, obwohl senkrecht zu sowohl der Papieroberfläche und der Fortbewegungsrichtung, um den Pfeil der Bewegungsrichtung gedreht, wobei er ein Lichtstrahl L&sub2;&sub2; wird. Die Funktion der λ/2-Platte wird nachstehend beschrieben.
Andererseits bewegt sich der polarisierte Lichtstrahl P&sub2;&sub1;, der durch den Film 101 durchgelassen wird, in das Prisma 102b. Das polarisierte Licht P&sub2;&sub1; fällt auf das Prisma 102a angrenzend an die Austrittsoberfläche des Prismas 102b ein und wird von einer schrägen Oberfläche des Prismas 102a totalreflektiert. Ferner ist eine Austrittsoberfläche des Prismas 102a mit einer λ/2-Platte 103b ausgestattet. Das polarisierte Licht P&sub2;&sub1; geht durch die λ/2-Platte 103b durch. In diesem Moment wird die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts P&sub2;&sub1;, obwohl parallel zu der Papieroberfläche und senkrecht zu der Fortbewegungsrichtung, um den Pfeil der Bewegungsrichtung gedreht, wodurch er zu einem Lichtstrahl L&sub2;&sub3; wird.
Einer der Punkte der vorliegenden Erfindung ist, daß die optischen Achsen der λ/2-Platten 103a, 103b so eingestellt sind, daß die Polarisationsrichtung von dem Licht L&sub2;&sub3; und dem Licht L&sub2;&sub2; miteinander zusammenfallen.
Fig. 7 ist eine Ansicht, wenn die λ/2-Platten 103a, 103b von der Richtung der Austrittsoberfläche beobachtet werden. Die unterbrochenen Linien 304a, 304b geben Richtungen der optischen Achsen der λ/2-Platten 103a, 103b an. Die Symbole u, u', t bezeichnen beliebige Punkte auf den optischen Achsen, und t gibt einen Schnittpunkt der unterbrochenen Linien 304a, 304b an.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die λ/2-Platten 103a, 103b so gestaltet, daß utu' (Winkel, der durch die Punkte u, t und u' definiert wird) = 45º. Gemäß dieser Ausführungsform, die so gestaltet ist, daß utu' = 45º, werden die Strahlen des austretenden Lichts - z.B. die Lichtstrahlen L&sub2;&sub2; und L&sub2;&sub3; in Fig. 6 - so emittiert, daß sie dieselbe Polarisationsrichtung annehmen. Der Grund dafür wird unter Bezugnahme auf die Figuren 8 und 9 erläutert.
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Unterstützung der Erklärung der Funktion der λ/2-Platte. Die λ/2-Platte, die eine Art einer Phasenplatte ist, wird durch Polieren eines doppelbrechenden Kristalls wie beispielsweise von Quarz, Calcit usw. hergestellt. Die quadratische λ/2-Platte 103 hat eine Achse tu, die als eine optische Achse 404 bezeichnet wird.
Wenn linear polarisiertes Licht L&sub4;&sub1;, das in einer Richtung θ&sub4;&sub1; von der optischen Achse 404 oszilliert, nun einfällt, kann man so betrachten, daß das einfallende Licht in zwei linear polarisierte Lichtkomponenten getrennt werden kann, d.h. einen polarisierten Lichtstrahl (außerordentlicher Strahl) L&sub4;&sub4;, der in einer Richtung tu oszilliert und eine polarisierten Lichtstrahl (ordentlicher Strahl) L&sub4;&sub3;, der senkrecht zu der Richtung tu oszilliert. Eine Pfeilrichtung ist die Oszillationsrichtung, nämlich die Polarisationsrichtung. Wenn der Brechungsindex ne des außerordentlichen Strahls größer als der Brechungsindex n&sub0; des ordentlichen Strahls ist, ist die optische Weglänge des außerordentlichen Strahls L&sub4;&sub4; länger als die des ordentlichen Strahls. Die λ/2-Platte ist so angeordnet, daß eine Phasendifferenz zwischen den zwei Strahlen verursacht wird, nachdem sie durch die Platte in dieser Weise durchgegangen sind, und diese Phasendifferenz wird auf π(1/2 Wellenlänge) eingestellt. Aus diesem Grund werden die zwei Strahlen zu Lichtstrahlen L&sub4;&sub4;, L&sub4;&sub5; nach dem Durchgang, und daher wird das austretende Licht zu linear polarisiertem Licht L&sub4;&sub2;. Die Lichtstrahlen L&sub4;&sub3;, L&sub4;&sub5; haben dieselbe Amplitude und daher gilt: θ&sub4;&sub1; = θ&sub4;&sub2;. Der Winkel zwischen der optischen Achse und der Polarisationsrichtung des polarisierten Lichts, bevor es auf die λ/2-Platte einfällt, ist nämlich gleich dem Winkel zwischen der optischen Achse und der Polarisationsrichtung des polarisierten Lichts, nachdem es aus der λ/2-Platte ausgetreten ist, gemacht. Im allgemeinen unterliegt die λ/2-Platte, wie vorstehend beschrieben, dem Einfall von linear polarisiertem Licht mit einer Polarisationsrichtung von 45º zu der optischen Achse und emittiert Licht, dessen Polarisationsrichtung um 90º gedreht worden ist.
Eine Einrichtung zum Anordnen der Polarisationsrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 erklärt. In Fig. 9 sind zusätzlich zu denen von Fig. 7 virtuelle Bezugsachsen x, x', y, einfallende Lichtstrahlen S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1; und austretende Lichtstrahlen L&sub2;&sub2;, L&sub2;&sub3; veranschaulicht. Die Achsen x, x' sind senkrecht zur Achse y. Die einfallenden Lichtstrahlen S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1; geben jeweils das S-polarisierte Licht und das P-polarisierte Licht an, und sind dieselben wie S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1; wie in Fig. 6 gezeigt. Die polarisierten Lichtstrahlen bewegen sich von der Seite hinter der Papieroberfläche senkrecht zu der Papieroberfläche. θ&sub5;&sub2; - θ&sub5;&sub1; = utu' (der Winkel, der durch die Punkte u, t und u' definiert wird), worin θ&sub5;&sub1; die Größe des Winkels ist, der durch die Linien tu und x dargestellt wird, und θ&sub5;&sub2; die Größe des Winkels ist, der durch die Linien tu' und x' dargestellt wird.
Die Erklärung beginnt mit 103a. Die Größe des Winkels, der durch die optische Achse tu und die einfallenden Lichtstrahlen S&sub2;&sub1; gebildet wird, ist θ&sub5;&sub1;, und daher ist, wie vorstehend erklärt, die Größe des Winkels, der durch die optische Achse tu und das austretende Licht L&sub2;&sub2; gebildet wird, auch θ&sub5;&sub1;. Daher ist die Größe des Winkels, der durch y und das austretende Licht L&sub2;&sub2; hergestellt wird, durch (90 - 2 x θ&sub5;&sub1;) gegeben.
Als nächstes wird 103b beschrieben. Die Größe des Winkels, der durch die optische Achse tu' und das einfallende Licht P&sub2;&sub1; gebildet wird, wird beispielsweise durch (90 - θ&sub5;&sub2;) ausgedrückt, und daher wird, wie vorstehend festgestellt, eine Größe des Winkels, der durch die optische Achse tu' und das austretende Licht L&sub2;&sub3; gebildet wird, auch durch beispielsweise (90 - θ&sub5;&sub2;) ausgedrückt. Daher ist ein Winkel, der durch die Achse y und das austretende Licht L&sub2;&sub3; gebildet wird, durch {2 x (90 - θ&sub5;&sub2;)} gegeben.
Der austretende Lichtstrahl L&sub2;&sub2; und der austretende Lichtstrahl L&sub2;&sub3; können parallel gerichtet werden, so daß diese Strahlen in derselben Richtung angeordnet sind, und daher gilt:
90 - 2 x θ&sub5;&sub1; = 2 x (90 - θ&sub5;&sub2;).
Denn
θ&sub5;&sub2; - θ&sub5;&sub1; = 45
Daraus und aus den vorstehend erwähnten Tatsachen ist die Größe des Winkels von utu' = 45º. Wenn nämlich ein Winkel von 45º von den zwei optischen Achsen tu und tu' gebildet wird, bedeutet dies, daß die Polarisationsrichtungen miteinander zusammenfallen.
Das als das ungeordnete Licht bezeichnete einfallende Licht kann durch eine Kombination aus einer herkömmlichen Lampe und aus einer parabolischen Reflexionseinrichtung erzeugt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wie aus der vorstehend diskutierten Ausführungsform offensichtlich ist, die Austrittsoberfläche zweimal so breit wie die Einfallsoberfläche, und daher kann die Blende der Reflexionsvorrichtung verringert werden.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 10 gezeigt. Die Symbole 601, 602b, 602c entsprechen 101, 102b, 102c. Die Symbole 601, 602b, 602c bezeichnen Einrichtungen zum Trennen des ungeordneten Lichts in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen, d.h. einen sogenannten Polarisations- Strahlteiler. Der einfallende ungeordnete Lichtstrahl L&sub6;&sub1; wird durch 601 in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen S&sub6;&sub1;, P&sub6;&sub1; getrennt. Das Licht S&sub6;&sub1; wird als linear polarisiertes Licht wahrgenommen, das eine Polarisationsrichtung senkrecht zu der Papieroberfläche annimmt, während das Licht P&sub6;&sub1; als linear polarisiertes Licht wahrgenommen wird, das eine Polarisationsrichtung parallel zu der Papieroberfläche aber senkrecht zu der Fortbewegungsrichtung annimmt.
Ein Spiegel 605 ist eine Einrichtung, die verursacht, daß die Fortbewegungsrichtungen der zwei polarisierten Lichtstrahlen miteinander zusammenfallen. Der Spiegel 605 bildet einen Winkel von 45º mit der Austrittsoberfläche des Prismas 602b. Eine Kante des Spiegels berührt eine rechtwinklige Kante des Prismas 602b. Dieser Spiegel wird erhalten, indem man ein Aluminiummaterial poliert oder ein Glasmaterial mit einem Vielschicht-Dünnfilm beschichtet. Das Reflexionsvermögen des Spiegels ist vorzugsweise ungefähr gleich 100%. Wenn das Reflexionsvermögen klein ist, tritt die Möglichkeit auf, daß ein Unterschied der Lichtmenge zwischen dem Austrittslicht L&sub6;&sub3; und dem Austrittslicht L&sub6;&sub2; verursacht wird. In diesem Fall wird ein lichtverringerndes Element wie beispielsweise ein ND-Filter auf dem optischen Weg des Austrittslichts L&sub6;&sub2; bereitgestellt, wodurch die Lichtmengen der Strahlen der austretenden Lichtstrahlen L&sub6;&sub3;, L&sub6;&sub2; einander gleich gemacht werden
λ/2-Platten 603a, 603b entsprechen 103a, 103b und sind Mittel zum Ausrichten der Polarisationsrichtungen der zwei polarisierten Lichtstrahlen. Die Funktion der Platten ist wie vorstehend beschrieben. Die zwei polarisierten Lichtstrahlen P&sub6;&sub1;, S&sub6;&sub1; gehen durch die X/2-Platten 603a, 603b durch, wodurch diese Strahlen als austretendes Licht L&sub6;&sub2;, L&sub6;&sub3; emittiert werden, die dieselbe Polarisationsrichtung annehmen.
Im Fall einer unzureichenden Genauigkeit eines Verbindungsbereichs zwischen dem Spiegel 605 und dem rechtwinkligen Prisma 602b und auch einer unzureichenden Genauigkeit eines Verbindungsbereichs zwischen den λ/2-Platten 603a, 603b treten in einigen Fällen Verbindungsstellen ("splices") des Beleuchtungslichts auf einem Körper auf, der mit den Strahlen des austretenden Lichts L&sub6;&sub2;, L&sub6;&sub3; beleuchtet wird. In diesem Fall wird der Winkel, der zwischen dem Spiegel 60 und dem rechtwinkligen Prisma 602b gebildet wird, nicht bei 45º eingestellt, sondern er kann mehrere Male eingestellt werden. Wenn er beispielsweise kleiner als 45º eingestellt ist, überlappt mindestens ein Teil des austretenden Lichts L&sub6;&sub3; mit dem austretenden Licht L&sub6;&sub2;, mit dem Ergebnis, daß die Verbindungsstellen nicht auffallend sind. Ferner wird ein keilartiges Glaselement auf dem optischen Weg des austretenden Lichts L&sub6;&sub3; bereitgestellt, mindestens ein Teil des austretenden Lichts L&sub6;&sub3; überlappt mit dem austretenden Licht L&sub6;&sub2; mit der Absicht, die Verbindungsstellen unauffällig zu machen. In ähnlicher Weise kann das keilartige Glaselement auf dem optischen Weg des austretenden Lichts L&sub6;&sub2; oder auf den optischen Wegen von sowohl L&sub6;&sub2; als auch L&sub6;&sub3; bereitgestellt sein.
Noch eine weitere Ausführungsform wird durch Fig. 11 gezeigt. Die Symbole 701 bis 705, L&sub7;&sub1; bis L&sub7;&sub3;, S&sub7;&sub1; und P&sub7;&sub1; entsprechen jeweils 601 bis 605, L&sub6;&sub1; bis L&sub6;&sub3;, S&sub6;&sub1; und P&sub6;&sub1;.
In den vorstehend beschriebenen zwei Ausführungsformen wird das einfallende natürliche Licht in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen geteilt, und die Polarisationsrichtungen werden nach Ausrichten der Fortbewegungsrichtungen ausgerichtet.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das einfallende Licht in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen geteilt, und die Polarisationsrichtungen werden in dieselbe Richtung ausgerichtet, wenn sie von dem beleuchteten Körper aus beobachtet werden, und danach werden die Fortbewegungsrichtungen ausgerichtet.
Eine λ/2-Platte 703b ist so bereitgestellt, daß sie das rechtwinklige Prisma 702b eng berührt. Einfallendes Licht L&sub7;&sub1; wird durch 701 in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen P&sub7;&sub1;, S&sub7;&sub1; geteilt, die von den Prismen 702c, 702b emittiert werden und gleichzeitig jeweils durch die λ/2-Platten 703a, 703b durchgehen. In diesem Moment werden die Polarisationsrichtungen der zwei polarisierten Lichtstrahlen P&sub7;&sub1;, S&sub7;&sub1; um die Fortbewegungsrichtung gedreht, wodurch die Polarisationsrichtungen ausgerichtet werden, wenn von dem beleuchteten Körper aus gesehen.
Optische Achsen der λ/2-Platten 703a, 703b sind so eingestellt, daß sie einen Winkel von 45º zueinander bilden, wenn entlang des optischen Wegs auf den beleuchteten Körper projiziert.
In dem Fall dieser Ausführunqsform ist die λ/2-Platte 703b zwischen dem Spiegel 705 und dem rechtwinkligen Prisma 702 b dazwischengeschoben. Daher gibt es eine Möglichkeit, daß die Verbindungsstellen auf dem beleuchteten Körper, der mit den Strahlen der austretenden Lichtstrahlen L&sub7;&sub2;, L&sub7;&sub3; beleuchtet wird, auffallend werden. In diesem Fall werden, wie vorstehend beschrieben, die Verbindungsstellen unauffällig gemacht, so daß die Strahlen der austretenden Lichtstrahlen L&sub7;&sub2;, L&sub7;&sub3; einander überlappen.
Fig. 12 veranschaulicht eine Projektionsvorrichtung unter Verwendung des Polarisationselements gemäß der Erfindung. Bezugszeichen 801 bis 803 entsprechen 101 bis 103. Diese Komponenten sind Einrichtungen zum Trennen von einfallendem ungeordneten Licht L&sub8;&sub1; in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen S&sub8;&sub1;, P&sub8;&sub1; und um zu verursachen, daß die Ausbreitungsrichtungen und die Polarisationsrichtungen jeweils zusammenfallen. Zweiseitige Pfeile, mit denen das linear polarisierte Licht S&sub8;&sub1;, P&sub8;&sub1; markiert ist, geben die Polarisationsrichtungen an.
Die linear polarisierten Lichtstrahlen S&sub8;&sub1;, P&sub8;&sub1; gehen durch die λ/2-Platten 803a, 803b durch, wodurch sie linear polarisierte Lichtstrahlen L&sub8;&sub2;, L&sub8;&sub3; werden, deren Polarisationsrichtungen miteinander zusammenfallen. Dies wird nachstehend erklärt.
Die linear polarisierten Lichtstrahlen L&sub8;&sub2;, L&sub8;&sub3; fallen auf eine LCD 806 ein. Die LCD 806 ist in derselben Weise wie bei dem herkömmlichen Beispiel so aufgebaut, daß eine Orientierung des Kristalls um 45º gegenüber dem Rand der LCD geneigt ist. Diese LCD ist in eine Vielzahl von Bildelementen unterteilt. Ferner ist eine Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen in den jeweiligen Bildelementen angeordnet. Gemäß Eingabesignalen variiert die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle pro Bildeinheit, und eine Bildmodulation wird bewirkt, indem man die Polarisationsrichtung des polarisierten Lichts dreht. Das Licht, das der Bildmodulation unterläuft, wird als notwendige optische Information L&sub8;&sub4; durch einen Analysator 807 nachgewiesen. Das Licht wird dann auf einen nicht veranschaulichten Bildschirm durch eine Projektionslinse 811 projiziert. Der Analysator 807 beinhaltet die Verwendung einer Polarisationsplatte, eines Polarisations-Strahlteilers und dergleichen.
Eine Lichtquelle ist nicht in dieser Ausführungsform dargestellt. Wie im Stand der Technik kann jedoch eine Kombination der Lampe und der Reflexionsvorrichtung oder eine Laser-CRT als Lichtquelle denkbar sein.
Eine Farb-Projektionsvorrichtung kann durch die folgende Weise bereitgestellt werden.
Zwischen der λ/2-Platte 803 und der LCD 806 ist eine Farbtrennvorrichtung dazwischengeschoben, bei der ein Material wie beispielsweise ein dichroitischer Film oder ein Halogramm verwendet wird, das eine Wellenselektivität zeigt, zum Trennen des weißen Lichtes in die jeweiligen Farbkomponenten R, G, B. Die LCDs werden entsprechend den jeweiligen Farbkomponenten R, G, B bereitgestellt. Eine Farb-Synthetisiereinrichtung zum Zusammensetzen der jeweiligen Farbkomponenten R, G, B, die der Bildmodulation durch die LCDs unterzogen wurden, ist zwischen der LCD 806 und dem Analysator 807 oder zwischen dem Analysator 807 und der Projektionslinse 808 bereitgestellt. Somit ist eine Farb-Projektionsvorrichtung erreichbar. Außerdem können die Effekte nicht nur durch das separate Zusammensetzen der drei Farben R, G, B gezeigt werden, sondern auch durch separates Zusammensetzen von zwei oder mehr Farben.
Das folgende ist eine Erklärung der λ/2-Platten 803a, 803b unter Bezugnahme auf Fig. 9.
Die λ/2-Platten 803a, 803b entsprechen 103a, 103b. Zusätzlich entsprechen die Polaristaionsrichtungen der polarisierten Lichtstrahlen S&sub8;&sub1;, P&sub8;&sub1;, L&sub8;&sub2;, L&sub8;&sub3; denen von S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1;, L&sub2;&sub2;, L&sub2;&sub3;.
In der LCD 806 ist der Flüssigkristall in einer Richtung orientiert, die um 45º zum Randabschnitt der LCD geneigt ist, wie in dem herkömmlichen Beispiel gezeigt. Daher ist erforderlich, daß das linear polarisierte Licht solch eine Polarisationsrichtung annimmt. Die Polarisationsrichtungen der zwei linear polarisierten Lichtstrahlen S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1;, die senkrecht zueinander sind, werden nämlich jeweils um 45º gedreht, und die optische Achse der λ/2-Platte ist so eingestellt, daß diese Strahlen als L&sub2;&sub2;, L&sub2;&sub3; emittiert werden. Folglich kann eine erforderliche Beleuchtung des linear polarisierten Lichts erhalten werden.
Wie aus Fig. 9 offensichtlich ist, werden, wenn 2θ&sub5;&sub1; = 45º und 2(90º - θ&sub5;&sub2;) = 45º, die Lichtstrahlen S&sub2;&sub1;, P&sub2;&sub1; um 45º gedreht, wodurch sie L&sub2;&sub2;, L&sub2;&sub3; werden. In diesem Fall ist θ51 = 22,5º und θ&sub5;&sub2; = 67,5º. Dadurch wird wie vorstehend erklärt die Beziehung utu' = θ&sub5;&sub2; - θ&sub5;&sub1; = 45º erfüllt, wobei utu' der Winkel ist, der durch die zwei optischen Achsen gebildet wird.
Man beachte, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend diskutierten Ausführungsformen beschränkt ist. Eine Vielzahl sind natürlich innerhalb eines Bereichs möglich, der nicht vom Kern der Erfindung abweicht. Beispielsweise sind die zwei Lichtströme von dem Polarisations-Beleuchtungssystem nicht notwendigerweise parallel zueinander. Ein Winkel, der von den zwei Lichtströmen gebildet wird, kann gegeben werden, indem man den Winkel der totalreflektierenden Oberfläche des rechtwinkligen Prismas 102a von Fig. 1 oder die Winkel, bei denen die Spiegel 605, 705 geneigt sind, verändert, oder indem man ein keilartiges Glaselement in mindestens einen optischen Weg dazwischenschiebt. Ferner können als Mittel zum Trennen des einfallenden Lichts in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen, d.h. das P-polarisierte Licht und das S-polarisierte Licht, die folgenden Elemente separat in Abhängigkeit von den Zwecken verwendet werden. Diese Elemente sind nicht nur der Polarisations-Strahlteiler wie hier gezeigt, sondern auch eine doppelbrechende Linse aus einem optisch einachsigen Material, das durch eine Ausführungsform dargestellt wird, die später beschrieben wird. Diese Elemente enthalten ferner solche, die die Eigenschaft haben, den einfallenden Lichtstrahl in ein paar polarisierte Lichtstrahlen, die zueinander senkrecht sind, zu trennen, wie beispielsweise ein Glan-Thompson-Prisma, ein Wollaston-Prisma und ein Rochon-Prisma.
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer weiteren Ausführungsform des Polarisationselements der vorliegenden Erfindung darstellt.
Mit 1313 ist eine Linsenanordnung bezeichnet, in der eine Vielzahl von zylindrischen Linsen, die jeweils aus einem optischen Material zusammengesetzt sind, die eine Doppelbrechung zeigen, innerhalb derselben Ebene angeordnet sind. Mit 1303a, 1301b sind λ/2-Platten jeweils aus einer optisch aktiven Substanz bezeichnet.
Die zylindrische Linse 1313 ist aus dem optischen Material zusammengesetzt, das die Doppelbrechung zeigt, wobei es einen Brechungsindex n&sub0; des ordentlichen Strahls in einer Richtung parallel zur Papieroberfläche und einen Brechungsindex ne des außerordentlichen Strahls in einer Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche hat.
Die Eintrittsoberfläche hat eine Krümmung von 1/r, während die Austrittsoberfläche eben ist. In solch einer Kondensorlinse ist die Brennweite gegeben durch ungefähr f&sub0; = r/(n&sub0; - 1) in Bezug auf den normalen Strahl und durch fe = r/(ne - 1) in Bezug auf den außerordentlichen Strahl. Gemäß dieser Ausführungsform gilt ne > n&sub0;.
Von den parallelen Strahlen (a) des ungeordneten Lichts werden die Lichtströme der Komponente, die die Polarisationsebene parallel zur Papieroberfläche annimmt, bei einer Position mit der Brennweite fo als Normalstrahlen kondensiert, während Lichtströme der Komponenten, die die Polarisationsrichtung senkrecht zu der Papieroberfläche annehmen, bei einer Position mit der Brennweite fe als außerordentliche Strahlen kondensiert werden.
Die λ/2-Platte 1303a hat einen Schlitz 1314a, der in dem Bündelbereich eines außerordentlichen Strahls Le angeordnet ist. Andererseits hat die λ/2-Platte 1303b einen Schlitz 1314b, der an der Bündelposition eines ordentlichen Strahls Lo angeordnet ist. Diese Schlitze 1314a, 1314b dienen, um die optische Drehwirkung der λ/2-Platten 1303a, 1303b auf die jeweiligen außerordentlichen und ordentlichen Strahlen zu beseitigen.
Die optische Achse der λ/2-Platte 1303a ist bei 22,5º zur Papieroberfläche eingestellt. Aus diesem Grund unterliegt der ordentliche Strahl L&sub0; der Wirkung der λ/2-Platte 1303a, wenn er durch die λ2-Platte 1303a durchgeht, und wird dadurch ein linear polarisierter Lichtstrahl L, der solch eine Polarisationsrichtung einnimmt, die einen Winkel von 45º zur Papieroberfläche bildet. Andererseits geht der außerordentliche Strahl Le durch den Schlitz 1314a und unterliegt daher keiner Wirkung durch die λ/2-Platte 1303a.
Die optische Achse der lambda/2-Platte 1303b bildet einen Winkel von 67,5º zur Papieroberfläche und ist bei einem Winkel von 45º zur optischen Achse der λ/2-Platte 1303a eingestellt. Aus diesem Grund unterliegt der außerordentliche Strahl Le der Wirkung der λ/2-Platte 1303b, wenn er durch die λ2-Platte 1303b durchgeht, und wird dadurch ein linear polarisiertes Licht L, das solch eine Polarisationsrichtung annimmt, die einen Winkel von 45º zu der Papieroberfläche bildet, in derselben Weise wie der ordentliche Strahl L&sub0; Andererseits geht der ordentliche Strahl L&sub0;, der zuvor der Wirkung der λ/2-Platte 1303a unterzogen worden ist, durch den Schlitz 1314b durch und unterliegt daher keiner Wirkung der λ/2-Platte 1303b.
Wie vorstehend gezeigt, können, wenn die optischen Achsen der λ/2-Platten 1303a, 1303b so eingestellt sind, daß sie im wesentlichen einen Winkel von 45º bilden, wenn von der Seite des austretenden Lichts aus gesehen, sowohl der außerordentliche Strahl als auch der ordentliche Strahl in linear polarisierte Lichtstrahlen verwandelt werden, die dieselbe Polarisationsrichtung annehmen. Danach ist es, wenn die optischen Achsen der λ/2-Platten 1303a, 1303b innerhalb des Bereichs eingestellt sind, der nicht von diesen Bedingungen abweicht, möglich, das linear polarisierte Licht zu erhalten, das eine erwünschte Polarisationsrichtung außer der Polarisationsrichtung annimmt, die einen Winkel von 45º zu der Papieroberfläche, wie in dieser Ausführungsform gezeigt, annimmt.
Bei dieser Ausführungsform geht man davon aus, daß die einfallenden Lichtstrome eine Vielzahl von Lichtströmen sind, wobei der Lichtstrom pro Einheitselement einfällt. Wenn die Anzahl der Unterteilungen erhöht wird, kann ein Effekt der Verringerung der Größe erwartet werden. Daher kann ein Abstand von der Lichtquelle zu der LCD verringert werden, wodurch die Kondensoreffizienz des Beleuchtungslichts verbessert wird.
Außerdem wird angenommen, daß die jeweiligen Zwischenräume zwischen den Elementen 1313, 1303a, 1303b Luft- Zwischenräume sind. Es wird jedoch Glas oder dergleichen zur Abdichtung verwendet, wobei diese Elemente zu einem einheitlichen Körper gebildet werden. Alternativ kann eine Fliegenaugenlinse anstelle der zylindrischen Linse 1313 verwendet werden. In diesem Fall sind jedoch 1314a, 1314b keine Schlitze sondern nadelfeine Löcher. Ferner ist es natürlich möglich, so zu verfahren, daß die zylindrische Linse 1313 nicht in einer Anordnung vorliegt, sondern daß sie als eine einzelne doppelbrechende Linse aufgebaut ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Austrittsoberfläche der zylindrischen Linse als eine ebene Oberfläche gebildet. Die Eintrittsoberfläche kann jedoch eben sein, und eine Rasterlinse mit gekrümmten Oberflächen auf beiden Seiten kann auch verwendet werden. Zusätzlich kann eine Fresnellinse als eine Kondensor-Einrichtung verwendet werden, bei der das optische Element verwendet wird, das die Doppelbrechung zeigt. Das Polarisationselement in dieser Ausführungsform ist als ein Element vom kompakten Plattentyp aufgebaut und ist daher für die Projektionsvorrichtung geeignet. Außerdem kann das Polarisationselement, da es kompakt ist, als eine LCD bereitgestellt sein, die jeder Farbe einer Farb-Projektionsvorrichtung entspricht. Die λ/2-Platte mit der Wellenlängenabhängigkeit kann für jede Farbe aufgebaut sein, und daher ist es möglich, eine Licht-Ausnutzungseffizienz zu erhöhen und eine gute Farb-Reproduzierbarkeit zu verwirklichen.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil von noch einer anderen Ausführungsform des Polarisationselements gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In dieser Ausführungsform werden eine Linsenanordnung 1413a und eine doppelbrechende Platte 1413b als eine Kondensoreinrichtung unter Verwendung des optischen Elements, das Doppelbrechung zeigt, in dem Polarisations- Beleuchtungssystem verwendet. λ/2-Platten 1403a, 1403b sind dieselben wie in der vorstehenden Ausführungform. Eine Linsenanordnung 1413a ist eine Linse, die aus einem isotropen optischen Material mit einem Brechungsindex n gemacht ist, und ihre Brennweite wird beispielsweise durch f = r/(n-1) ausgedrückt, wobei die Krümmung der Austrittsoberfläche durch 1/r gegeben ist. Andererseits ist die doppelbrechende Platte 1413b aus einem doppelbrechenden optischen Material zusammengesetzt, das einen Brechungsindex n&sub0; für einen ordentlichen Strahl in der Richtung der Papieroberfläche und einen Brechungsindex ne des außerordentlichen Strahls in der Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche hat. Ein einfallender Lichtstrom (a) wird durch die Linsenanordnung 1413a kondensiert, wobei die Brennweite f = r/(n-1). Da die komplex-brechende bzw. doppelbrechende Platte 1413b bereitgestellt ist, weicht eine Bündelposition um Δ&sub0; = d(1 -1/no) in Bezug auf den ordentlichen Strahl auf der Austrittsseite und um Δe = d(1 - 1/ne) in Bezug auf den außerordentlichen Strahl auf der Austrittsseite ab (worin d die Dicke der doppelbrechenden Platte 1413b ist). Die λ/2-Platten 1403a, 1403b, die jeweils mit einem Schlitz oder mit einem nadelfeinen Loch gebildet sind, sind in den jeweiligen Brennpunkten angeordnet
Der Betrieb dieser Ausführungsform ist derselbe wie der der vorhergehenden Ausführungsform, und seine Beschreibung wird weggelassen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, daß das doppelbrechende Element von neuem in eine Linsenanordnung verarbeitet wird, und daher können die Kosten verringert werden. In den vorstehend diskutierten Ausführungsformen werden die Polarisationsrichtungen gedreht, indem man zwei linear polarisierte Lichtstrahlen durch die λ/2- Platte durchgehen läßt. Eine λ/4-Platte läßt jedoch zwei linear polarisierte Lichtstrahlen zu und läßt das Licht wiederum über ein Reflexionselement durch, so daß das austretende Licht, dessen Polarisationsrichtung gedreht ist, erhalten werden kann. In diesem Fall wird nämlich verursacht, daß die Lichtstrahlen durch die λ/4-Platte zweimal durch das Reflexionselement durchgehen, wodurch sie dieselbe Funktion wie die einer λ/2- Platte hat. Ferner werden diselben Effekte nicht nur durch die Phasenplatte, sondern auch durch andere Substanzen wie beispielsweise einen Flüssigkristall, der eine optische Drehkraft hat, erzielt. Die vorliegende Erfindung ist auf alle Vorrichtungen wie beispielsweise Auto-Scheinwerfer, bei denen linear polarisiertes Licht erforderlich ist, zusätzlich zu Vorrichtungen, wie beispielsweise einen Flüssigkristall- Druckkopf unter Verwendung eines optischen Flüssigkristallverschlusses, in dem die LCD mit dem Licht bestrahlt wird, anwendbar.
Wie vorstehend erklärt, können gemäß der vorliegenden Erfindung die Polarisationsrichtungen der zwei linear polarisierten Lichtstrahlen an die Orierntierungsrichtung des Flüssigkristalls durch die Verwendung einer einzelnen Phasenplatte fur einen optischen Weg angepaßt werden. Es ist daher möglich, das polarisierte Beleuchtungslicht mit einer guten Lichtausnutzungs-Effizienz in einer beliebigen Polarisationsrichtung zu erhalten. Außerdem wird die Anzahl an Faktoren zum Anpassen des Winkels der optischen Achse der Phaenplatte während des Herstellungsverfahrens verringert. Das Farb-Ungleichgewicht und die Oberflächenreflexion der Phasenplatte können minimiert werden. Dies macht es wiederum möglich, das Polarisationselement zu erhalten, dessen Kosten im Vergleich zum Stand der Technik bemerkenswert verringert sind.
Die Projektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt solche Vorteile, daß die LCD mit dem linear polarisierten Licht, das die Polarisationsrichtung annimmt, die den optimalen Winkel zur Orientierung des Flüssigkristalls und andere zahlreiche Bedingungen annimmt, beleuchtet werden kann; und das helle Bild mit einem hohen Kontrast aber ohne Ungleichförmigkeit kann bereitgestellt werden.
Obwohl die veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt ist. Zahlreiche Veränderungen oder Modifikationen können vom Fachmann gemacht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Polarisationselement, umfassend:

Trenneinrichtungen (101, 102b, 102c; 601, 602b, 602c; 701, 702b, 702c; 801, 802b, 802c; 1313; 1413a, 1413b) zum Trennen von eintretendem Licht in erstes linear polarisiertes Licht und zweites linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtungen senkrecht zu einander sind; und eine erste Halbwellenplatte (103a; 603a; 703a; 803a; 1303a; 1403a) zum Drehen der Polarisationsrichtung des ersten linear polarisierten Lichts gekennzeichnet durch eine zweite Halbwellenplatte (103b; 603b; 703b; 803b; 1303b; 1403b) zum Drehen der Polarisationsrichtung des zweiten linear polarisierten Lichts, wobei die erste und zweite Halbwellenplatten so angeordnet sind, daß die Richtungen der optischen Achsen (304a, 304b) von der ersten und zweiten Halbwellenplatte einen Winkel von 45 Grad in bezug aufeinander bilden.

2. Polarisationselement nach Anspruch 1, bei dem die Trenneinrichtung Reflexionseinrichtungen (101, 102a; 601, 605; 701, 705; 801, 802a) umfaßt, um die Trennung zu bewirken, indem das erste linear polarisierte Licht transmittiert wird und das zweite linear polarisierte Licht reflektiert wird und die optischen Wege von dem ersten linear polarisierten Licht und dem zweiten linear polarisierten Licht, die getrennt worden sind, parallel gerichtet werden.

3. Polarisationselement nach Anspruch 1, bei dem die Trenneinrichtung (1313; 1413a, 1413b) aus Bündeleinrichtungen zum Bündeln des ersten linear polarisierten Lichts und des zweiten linear polarisierten Lichts auf voneinander verschiedenen Positionen besteht, wobei die erste und zweite Halbwellenplatte (1303a, 1303b; 1403a, 1403b) jeweils mit vorbestimmten Öffnungen (1314a, 1314b) gebildet sind und die erste und zweite Halbwellenplatte so angeordnet sind, daß die jeweiligen Öffnungen in den jeweiligen Bündelpositionen angeordnet sind.

4. Polarisationselement nach Anspruch 3, bei dem die Bündeleinrichtung aus einer Linsenanordnung (1313) zusammengesetzt ist, in der eine Vielzahl von Elementen, die jeweils Doppelbrechung zeigen, angeordnet sind, und jede der ersten und zweiten Halbwellenplatte (1303a, 1303b) eine Anordnung von Öffnungen (1314a, 1314b) umfaßt, die jeweils den angeordneten Elementen entspricht.

5. Polarisationselement nach Anspruch 3, bei dem die Bündeleinrichtung aus einer Linsenanordnung (1413a) und einer Platte (1413b), die Doppelbrechung zeigt, besteht und die erste und zweite Halbwellenplatten (1403a, 1403b) Anordnungen aus Öffnungen enthalten, die den Linsenanordnungen entsprechen.

6. Polarisationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem, wenn eine Flüssigkristallvorrichtung (806) mit dem ersten linear polarisierten Licht und dem zweiten linear polarisierten Licht beleuchtet wird, deren Polarisationsrichtungen zusammenfallen, die optischen Achsen von der ersten und zweiten Halbwellenplatte (803a, 806) so eingestellt sind, daß eine Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallvorrichtung im wesentlichen mit der Polarisationsrichtung von dem ersten linear polarisierten Licht und dem zweiten linear polarisierten Licht zusammenfällt.

7. Bildanzeigevorrichtung, umfassend:

ein Polarisationselement (801, 802a, 802b, 802c, 803a, 803b) nach Anspruch 1; und

Bilderzeugungseinrichtungen (806, 807) zum Erzeugen eines Bildes durch Modulieren des linear polarisierten Lichts, das von dem Polarisationselement erhalten worden ist.

8. Projektor, umfassend:

eine Bildanzeigevorrichtung (801, 802a, 802b, 802c, 803a, 803b) nach Anspruch 7; und

Projektionseinrichtungen (811) zum Projizieren des durch die Bildanzeigevorrichtung erzeugten Bildes.

9. Projektor nach Anspruch 8, bei dem die Bilderzeugungseinrichtung (806, 807) aus drei Bilderzeugungseinheiten aufgebaut ist, die drei Grundfarben R, G und B entsprechen, und wobei Farbtrenneinrichtungen zum Trennen des Lichts von der Lichtquelle in Strahlen, die die drei Grundfarben R, G und B annehmen, und um die Strahlen auf die den drei Grundfarben entsprechenden Bilderzeugungseinheiten einfallen zu lassen, zwischen die Bilderzeugungseinrichtung und eine Lichtquelle, die das in das Polarisationselement eintretende Licht emittieren, dazwischengeschoben sind.

10. Projektor nach Anspruch 9, ferner umfassend: drei Polarisationselemente nach Anspruch 1, die auf den entsprechenden optischen Wegen der Strahlen der drei Grundf arben R, G und B angeordnet sind.