DE69617841T2

DE69617841T2 - Optische Vorrichtung, Projektionsanzeigevorrichtung und optisches Kompensationsverfahren

Info

Publication number: DE69617841T2
Application number: DE69617841T
Authority: DE
Inventors: Yoshito Miyatake; Shinya Sannohe
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: US5946054A; EP0762781A2; EP0762781B1; EP0762781A3; DE69617841D1; KR100391018B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigevorrichtung zur Vergrößerung und Projektion optischer Bilder, die auf Lichtventilen erzeugt werden, und auf eine optische Vorrichtung, die die Projektionsanzeigevorrichtung verwendet.
Ein Verfahren zur Erzeugung optischer Bilder auf Lichtventilen abhängig von Bildsignalen zur Beleuchtung von optischen Abbildungen, und zur Vergrößerung und Projektion optischer Bilder auf einem Schirm über eine Projektionslinse ist als ein Verfahren bekannt, mit dem man große Bildschirmabbildungen erhält. Zur Zeit konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf Projektionsanzeigevorrichtungen, die Flüssigkristallanzeigen als Lichtventile verwenden.
Zusätzlich wurde in dem US-Patent Nr. 4,836,649 von Ledebuhr et al. ein Verfahren zur Vergrößerung der Auflösung des projizierten Bildes vorgeschlagen, in dem ein reflektierendes Lichtventil verwendet wird, das in der Lage ist, Pixel zu vergrößern, ohne das Pixelaperturverhältnis der Flüssigkristalltafel zu verkleinern. Da es im Falle des reflektierenden Lichtventils nicht notwendig ist, ein Schaltelement zwischen die Pixelelektroden anzuordnen, können die Pixelfelder kleiner gemacht werden und eine Struktur mit hoher Dichte kann leicht erreicht werden. Folglich ist die Helligkeit des Reflexionstyps höher als die des Transmissionstyps, wobei projizierte Bilder mit einer höheren Auflösung erhalten werden können.
Die grundlegende Struktur eines reflektierenden Lichtventils und sein Arbeitsprinzip werden unten mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Eine fotoleitfähige Schicht 3, eine optisch reflektierende Schicht 4 und eine Flüssigkristallschicht 5, die als optisch modulierende Schicht verwendet werden, werden zwischen zwei transparente Elektroden 2, 6, die auf Glassubstraten 1, 7 aufgebracht sind, angeordnet. Eine Spannung wird über die zwei transparenten Elektroden 2, 6 angelegt. Licht 8, das von einer Bildquelle geschrieben wird, tritt in die fotoleitfähige Schicht 3 von dem Glassubstrat 1 ein. Auf der anderen Seite tritt zu lesendes Licht 9 in die Flüssigkeitskristallschicht 5 von dem Glassubstrat 7 ein. Die angelegte Spannung ändert sich abhängig von dem zu schreibenden Bild, das auf der fotoleitfähigen Schicht 3 abgebildet wird, wobei das zu lesende Licht 9 moduliert wird. Das zu lesende modulierte Licht 9 wird durch die optisch reflektierende Schicht 4 reflektiert und als projiziertes Bild auf einen Schirm projiziert (nicht gezeigt). Ein stark dielektrischer Flüssigkristall, ein nematischer Flüssigkristall oder etwas ähnliches kann als Material für die optisch modulierende Schicht verwendet werden.
Fig. 2 zeigt eine Struktur einer Projektionsanzeigevorrichtung, die drei reflektierende Lichtventile für rote, grüne und blaue Farben verwendet, welche verwendet wird, um ein projiziertes Vollfarbbild zu erhalten, welches große Leuchtdichte und hohe Auflösung aufweist. Licht mit nahezu parallelen Lichtstrahlen trifft auf einen kalten Spiegel 12, welcher ultraviolette Strahlung und Infrarotstrahlung durchlässt und welcher sichtbares Licht reflektiert, und das Licht wird von einer optischen Farbauftrennungsvorrichtung mit dichroitischen Spiegeln, 13, 14 und einem ebenen Spiegel 15 in drei primäre Farbbänder (grüne, blaue und rote Lichtkomponenten) aufgetrennt. Die drei primären Farbbänder treffen Polarisationsstrahlteiler 19, 20, 21 entsprechend den Farbbändern über ebene Spiegel 16, 17 bzw. 18, und die Farbbänder werden jeweils aufgetrennt in eine S- polarisierte Lichtkomponente, die reflektiert wird und eine P-polarisierte Lichtkomponente, welche durchgelassen wird. Die S-polarisierte Lichtkomponente trifft entsprechend als zu lesende Lichtkomponente auf reflektierende Lichtventile 22, 23, 24. Die reflektierenden Lichtventile 22, 23, 24, die eine Struktur, wie in Fig. 1 gezeigt, aufweisen, werden verwendet, um die zu lesenden Lichtkomponenten zu modulieren, wobei die doppelbrechenden Eigenschaften von Flüssigkristallen verwendet werden und. Die Bilder der aus Bildquellen 25, 26, 27 wie CRT's zu schreibenden Lichtkomponenten werden auf der fotoleitfähigen Schicht des reflektierenden Lichtventils 22, 23, 24 durch Schreiblinsen 28, 29 bzw. 30 erzeugt. Die doppelbrechenden Charakteristiken von Flüssigkristallschichten werden durch die angelegte Spannung abhängig vom geschriebenen Bild geändert. Mit anderen Worten, wenn eine linear polarisierte Lichtkomponente, die eine vorbestimmte Polarisationsrichtung aufweist, als zu lesende Lichtkomponente auftrifft, wird das reflektierte Licht zu elliptisch polarisierten Licht. Deshalb werden Teile der S-polarisierten Lichtkomponenten durch die reflektierenden Lichtventile 22, 23, 24 in P-polarisierte Lichtkomponenten umgewandelt und treffen wieder auf den Polarisationsstrahlteiler 19, 20, 21 auf. Die P-polarisierten Lichtkomponenten, die im reflektierten Licht enthalten sind, gehen durch den Polarisationsstrahlteiler 19, 20, 21 hindurch und werden von einer optischen Farbüberlagerungsvorrichtung, welche dichroitische Spiegel 31, 32 und einen ebenen Spiegel 33 aufweist, zu einer einzelnen Komponente zusammengefügt. Die Komponente tritt in eine Projektionslinse 34 ein. Die 5-polarisierten Lichtkomponenten werden von dem Polarisationsstrahlteiler 19, 20, 21 reflektiert und breiten sich in Richtung Lichtquelle 11 aus. Auf diese Weise werden optische Bilder, die abhängig von den Änderungen in den doppelbrechenden Charakteristiken von Flüssigkristallschichten der reflektierenden Lichtventile 22, 23, 24 entstehen, vergrößert und auf einen Bildschirm projiziert (nicht gezeigt).
In der Struktur, die in Fig. 2 gezeigt wird, wird eine einzelne Projektionslinse, nämlich die Projektionslinse 34, verwendet. Diese Struktur ist gegenüber der, die 3 Projektionslinsen verwendet, vorteilhafter bei der Konvergenzeinstellung und bei der Farbgleichmäßigkeit der projizierten Bilder und bei der Kompaktheit des Geräts. Jedoch erfordert diese Struktur eine optische Farbüberlagerungsvorrichtung, um die reflektierten Lichtkomponenten von den drei Lichtventilen in einen einzigen Lichtstrahl zusammenzufassen. Die Farbsyntheseebenen der dichroitischen Spiegel 31, 32, die in diesem Fall verwendet werden, sind hinsichtlich der optischen Achse der Projektionslinse 34 geneigt. Wenn geneigte parallele ebene Platten (dichroitische Spiegel), die eine bestimmte Dicke aufweisen, im optischen Pfad einer bilderzeugenden optischen Vorrichtung angeordnet werden, entsteht Astigmatismus, wobei die Auflösung der projizierten Bilder bedeutend gestört werden.
Es ist vorstellbar, dass die folgenden zwei Methoden verwendet werden, um den Astigmatismus der an den dichroitischen Spiegeln 31, 32 erzeugt wird, zu reduzieren oder zu eliminieren.
a) Die Substrate der dichroitischen Spiegel werden dünner gemacht.
b) Dichroitische Prismen, welche keinen Astigmatismus erzeugen, werden verwendet.
Da die optische Farbüberlagerungsvorrichtung zwischen den Lichtventilen und der Projektionslinse angeordnet wird, muss die Vorrichtung als Teil der optischen Projektionsvorrichtung angesehen werden. Insbesondere in diesem Fall erfordern die reflektierenden Ebenen der dichroitischen Spiegel eine hohe Genauigkeit der Planheit. Es ist schwierig, die hohe Genauigkeit zu erreichen, wenn das Substrat dünner gemacht wird.
Insbesondere wenn projizierte Bilder mit hoher Präzision, wie Bilder für hochauflösendes TV, angezeigt werden, muss das Substrat mindestens eine Dicke von 1,5 mm oder mehr aufweisen, um der erforderlichen Genauigkeit der Planheit für die reflektierenden Ebenen der dichroitischen Spiegel zu genügen. Aus diesem Grund hat das Verfahren a) eine Grenze und es ist deshalb schwierig, den nachteiligen Effekt des Astigmatismus auf die Auflösung zu verringern.
Das Verfahren b) wird in zwei Ansätzen ausgeführt: ein Ansatz, in dem eine Farbüberlagerungsfläche auf der Verbindungsebene zweier Glasprismen, die als dichroitische Prismen verwendet werden, erzeugt wird, und der andere Ansatz, in dem eine Flüssigkeit, die den gleichen Brechungsindex wie das Substrat des dichroitischen Spiegels aufweist, einschließlich eines dichroitischen Spiegels in einen durchsichtigen Behälter gefüllt wird, so dass er als Prisma als Ganzes wirkt. Jedoch ist der erste Ansatz sehr teuer und verursacht ein hohes Gewicht. Der letzte Ansatz erfordert einen sehr langen optischen Pfad für die Flüssigkeit in dem optischen Farbüberlagerungspfad, wobei die Fokusdrift der projizierten Bilder aufgrund der Brechungsindexänderungen, abhängig von der Temperatur, nicht vernachlässigbar ist. Aus diesen Gründen ist es schwierig, diese Ansätze zu übernehmen.
Jedes von US-A-5231431, "Patent Abstracts of Japan," Vol. 016. No. 433 (P-1418), September 10, 1992 (JP04149425A), und "Patent Abstracts of Japan," Vol. 017, No. 448 (P-1594), August 17, 1993 (JP05100187A) offenbart eine optische Vorrichtung, welche eine erste und eine zweite Linsenanordnung, eine Bilderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung optischer Bilder, Plattenanordnungen in einem optischen Pfad strahlaufwärts von sowohl der Bilderzeugungsanordnung als auch der Linsenanordnung umfasst und welche schief hinsichtlich der optischen Achse der Linsenanordnung liegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, sowohl eine verbesserte optische Vorrichtung und ein verbessertes optisches Kompensationsverfahren für eine optische Vorrichtung, die in der Lage ist, die obengenannten Probleme zu lösen und welches den Astigmatismus, der in einer optischen Farbüberlagerungsvorrichtung erzeugt wird, richtig kompensiert, bereitzustellen, als auch eine verbesserte Projektionsanzeigevorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, hochauflösende projizierte Bilder mit der optischen Vorrichtung darzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer optischen Vorrichtung, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist, einem optischen Kompensationsverfahren, welches die Merkmale von Anspruch 6 aufweist und einer Projektionsanzeigevorrichtung, welche die Merkmale des Anspruchs 7 aufweist.
Es ist offensichtlich, dass eine optische Vorrichtung mit einem optischen Kompensationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile aufweist; die optische Vorrichtung kann richtig den Astigmatismus, der an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung entsteht, kompensieren und die optische Projektionsvorrichtung kann kompakt gemacht werden. Deshalb kann die Projektionsanzeigevorrichtung projizierte Bilder mit sehr hoher Auflösung anzeigen, selbst wenn die Projektionsanzeigevorrichtung, welche die optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, eine einzelne Projektionslinse mit einer optischen Farbüberlagerungsvorrichtung umfasst.
Die Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die die grundlegende Struktur eines reflektierenden Lichtventils zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer konventionellen optischen Vorrichtung zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die den Astigmatismus veranschaulicht;
Fig. 4B ist eine schematische strukturelle Ansicht, die ein Astigmatismuskompensationsverfahren veranschaulicht, welches eine Struktur verwendet, welches zwei transparente Platten P1, P2 mit parallelen Flächen umfasst, die so angeordnet sind, dass ihre einfallenden Flächen senkrecht zueinander sind;
Fig. 4B ist eine schematische strukturelle Ansicht, die ein Astigmatismuskompensationsverfahren veranschaulicht, welches eine Struktur verwendet, die eine erste Linsengruppe L1, eine transparente Platte P1 mit parallelen Flächen und die als dichroitischer Spiegel einer optischen Farbüberlagerungsvorrichtung verwendet wird, eine zweite Linsengruppe L2, eine transparente Platte 2 mit parallelen Flächen, die als Kompensation für den Astigmatismus verwendet wird, der durch die transparente Platte P1 erzeugt wird, und ein Lichtventil LV umfasst;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer Ausführungsform der optischen Vorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des Polarisationsstrahlteilers der Projektionsanzeigevorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 7A ist eine Ansicht, die das Prinzip des Astigmatismus zeigt, wenn konvergentes Licht schief auf die Schnittstellenebene A mit Astigmatismus auftrifft;
Fig. 7B ist eine Ansicht, die das Prinzip des Astigmatismus veranschaulicht, wenn eine durchsichtige Platte P mit parallelen Flächen schief zur optischen Achse angeordnet ist;
Fig. 8 ist eine schematische strukturelle Ansicht, die die optische Projektionsvorrichtung der optischen Vorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Ansicht, welche die astigmatische Differenz veranschaulicht;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der optischen Beleuchtungsvorrichtung der optischen Vorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des Vorpolarisierers der optischen Vorrichtung der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der optischen Projektionsvorrichtung einer anderen Ausführungsform der optischen Vorrichtung der Erfindung zeigt; und
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur noch einer anderen Ausführungsform einer optischen Vorrichtung der Erfindung zeigt.
Die Ausführungsformen der Erfindung werden unten beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Astigmatismus, der durch einen dichroitischen Spiegel verursacht wird, der als Farbüberlagerungsmittel verwendet wird, entsteht wie unten beschrieben. Wenn konvergentes Licht durch eine durchsichtige Platte P läuft, welche parallele Flächen aufweist und welche hinsichtlich der optischen Achse geneigt sind, wie in Fig. 3 gezeigt, wird vorausgesetzt, dass eine Einfallsebene als Ebene definiert wird, die eine senkrechte Linie auf die Schnittstellenebene zwischen der durchsichtigen Platte P und einem Medium (in diesem Fall Luft) und den Hauptlichtstrahl O des konvergenten Lichts einschließt, dass der Lichtstrahl in einer Ebene senkrecht zur Einfallsfläche als der sagittale Lichtstrahl S definiert wird, und dass der Lichtstrahl in der Ebene parallel zur Einfallsebene als das meridionale Licht M definiert ist. Bei diesen Voraussetzungen schneidet der sagittale Lichtstrahl S, der durch die durchsichtige Platte P hindurchtritt, den Hauptlichtstrahl O am Punkt Qs, und der meridionale Lichtstrahl M, der durch die durchsichtige Platte P hindurchtritt, schneidet den Hauptlichtstrahl O am Punkt QM. Wenn sich Qs von QM unterscheidet, tritt Astigmatismus auf. Der Abstand zwischen Punkt QS und QM wird als astigmatische Differenz bezeichnet.
Wenn zwei durchsichtige Platten P1, P2, die parallele Flächen aufweisen, so aufgestellt werden, dass ihre Einfallsebenen senkrecht zueinander sind, wie in Fig. 4A gezeigt, werden der sagittale Lichtstrahl und der meridionale Lichtstrahl, welche bezüglich der durchsichtigen Platten P1, P2 definiert sind, gegenseitig ausgetauscht, so dass der Astigmatismus, der an der Platte P1 erzeugt wird, und der Astigmatismus, der an der Platte P2 erzeugt wird, sich gegenseitig aufheben. Falls kein Linsensystem zwischen den durchsichtigen Platten P1, P2 zur Vergrößerung verwendet wird, kann der Astigmatismus kompensiert werden, vorausgesetzt dass der Neigungswinkel hinsichtlich der optischen Achse, die Dicke und der Brechungsindex der Platte P1 gleich ist zu denen von Platte P2.
Wenn jedoch eine zusätzliche durchsichtige Platte zur Kompensation des Astigmatismus zwischen einer Projektionslinse, die als Projektionsmittel verwendet wird, und einem Lichtventil, das als Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, zusätzlich zu dem dichroitischen Spiegel, der als Farbüberlagerungsvorrichtung verwendet wird, angeordnet wird, wird eine Projektionslinse mit sehr langen rückseitigen Fokus erforderlich.
Entsprechend ist eine Struktur, gezeigt in Fig. 4B, vorstellbar, wobei die Projektionslinse eine erste Linsengruppe L1 mit einem langen Zwischenraum aus Luft und eine zweite Linsengruppe L2, eine optische Farbüberlagerungsvorrichtung, welche zwischen der ersten Linsengruppe L1 und der zweiten Linsengruppe L2 angeordnet ist, und die durchsichtige Platte P2, die parallele Flächen aufweist und den Astigmatismus kompensiert, welche an der durchsichtigen Platte P1 mit den parallelen Flächen, und welche als dichroitische Spiegel der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung verwendet wird, und welche zwischen der zweiten Linsengruppe L2 und dem Lichtventil LV angeordnet ist, umfasst. Mit dieser Struktur kann eine Projektionslinse erreicht werden, welche einen kleinen Linsendurchmesser aufweist, während ein grundsätzlich langer rückseitiger Fokus erreicht werden kann (Abstand zwischen der ersten Linsengruppe L1 und dem Lichtventil LV).
Da die sammelnde zweite Linsengruppe L2 zwischen der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung und der durchsichtigen Platte P2, die den Astigmatismus kompensiert; der an der durchsichtigen Platte P1 der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung erzeugt wird, angeordnet ist, wird in diesem Fall die astigmatische Differenz d&sub1;', die an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung erzeugt wird, ausgedrückt durch folgende Formel:
d&sub1;' = m²·d&sub1; (1)
worin m die virtuelle Bildvergrößerung der zweiten Linsengruppe ist und. d, die astigmatische Differenz ist, die an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung, die nicht mit der zweiten Linsengruppe L2 ausgestattet ist, erzeugt wird.
Entsprechend, wenn die astigmatische Differenz, die an der durchsichtigen Platte P2 entsteht, die zwischen der zweiten Linsengruppe L2 und dem Lichtventil LV angeordnet ist, d&sub2; beträgt, sollten die Dicken der durchsichtigen Platte P1 und der durchsichtigen Platte P2, die den Astigmatismus kompensiert, so eingestellt sein, dass die folgende Bedingung erfüllt werden kann.
d&sub1;' = d&sub2; (2)
Weiterhin verwendet die optische Vorrichtung der Erfindung einen Polarisationsstrahlteiler als ein Polarisations- und Strahlteilungsmittel mit Polarisierungs- und Analysefunktion. Der Polarisationsstrahlteiler ist zwischen der zweiten Linsengruppe und der Bilderzeugungsebene angeordnet, und die durchsichtige Platte, die parallele Flächen aufweist und die verwendet wird, um Polarisations- und Auftrennungsebenen bereitzustellen, wird so angeordnet, dass der Astigmatismus, der an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung entsteht, kompensiert wird. Durch diese Struktur erfüllt der Polarisationsstrahlteiler beide Funktionen die Polarisierungs- und Aufteilungsfunktion und die Astigmatismuskompensierungsfunktion.
Wie man aus Formel (1) sehen kann, kann die astigmatische Differenz d&sub1;', die an der durchsichtigen Platte P1 (dichroitischer Spiegel) der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung entsteht, kleiner gemacht werden als die astigmatische Differenz d&sub1;', die ohne die zweite Linsengruppe L2 entsteht, in dem die virtuelle Bildvergrößerung M der zweiten Linsengruppe mit Sammelwirkung quadriert wird. Dazu wird eine besondere Ausführungsform unten beschrieben.
Eine besondere Ausführungsform einer Projektionsanzeigevorrichtung, die eine optische Vorrichtung der Erfindung verwendet, wird unten beschrieben mit Bezug auf eine Strukturzeichnung wie in Fig. 5 gezeigt.
Die Linsen 64, 65, 66 der zweiten Linsengruppe in der Struktur sind verbunden mit den Polarisationsstrahlteilern 52, 53 bzw. 54. Die erste Linsengruppe 71 und die zweite Linsengruppe 64, 65, 66 bilden ein Projektionsobjektiv. Bei der optischen Vorrichtung von den Polarisationsstrahlteilern 52, 53, 54 bis zur ersten Linsengruppe 71 spricht man von einer optischen Projektionsvorrichtung zur Projektion der optischen Bilder auf den reflektierenden Lichtventilen 55, 56, 57 auf einen Schirm.
Eine Lichtquelle 41 emittiert Licht einschließlich der drei primären Farbkomponenten. Ein Kaltspiegel 42 reflektiert sichtbares Licht und lässt Infrarotlicht durch. Nur das sichtbare Licht des Lichts von der Lichtquelle 41 wird von dem Kaltspiegel 42 reflektiert. Das sichtbare Licht wird in drei primäre Farbkomponenten: grüne, blaue und rote Komponenten nacheinander durch eine optische Farbaufspaltungsvorrichtung, welche drei dichroitische Spiegel 43, 44, 45 umfasst, aufgespalten. Die primären Farbkomponenten treten in den Vorpolarisierer 46, 47 bzw. 48 ein und jede Komponente tritt als nahezu linearpolarisierte Lichtkomponente aus. Die nahezu linear polarisierten primären Farbkomponenten treten in den Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 über Spiegel 49, 50, 51 ein und werden an den Seiten der reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 als zu lesende Lichtkomponenten reflektiert. Die reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 haben eine grundsätzliche Struktur ähnlich zu der in Fig. 1 gezeigten.
Auf der anderen Seite wird das zu schreibende Licht der Bilder auf den CRT's 58, 59, 60 über die Schreiblinsen 61, 62, 63 auf die fotoleitfähigen Schichten der reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 geschrieben. Flüssigkristallschichten, die als optische Modulationsschichten verwendet werden, modulieren die zu lesenden linearpolarisierten Lichtstrahlen, abhängig von den Bildern, die auf den fotoleitfähigen Schichten erzeugt werden. Die zu lesenden modulierten Lichtstrahlen werden von den reflektierenden Schichten der reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 reflektiert und treten wieder in den Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 ein. Die reflektierten polarisierten Lichtkomponenten laufen in Richtung Lichtquelle 41, und die durchgelassenen polarisierten Lichtkomponenten treffen auf die zweite Linsengruppe, welche die Linsen 65, 66, 67 umfassen.
Die Lichtkomponenten der die zweiten Linsengruppe umfassenden Linsen 65, 66, 67 werden zu einem einzigen Lichtstrahl durch eine optische Farbüberlagerungsvorrichtung zusammengesetzt, welche eine durchsichtige Platte 67, dichroitische Spiegel 68, 69 und einen ebenen Spiegel 70 umfasst, und wobei der überlagerte Lichtstrahl auf die erste Linsengruppe 71 trifft. Die optischen Bilder auf den drei reflektierenden Lichtventilen 55, 56, 57 werden vergrößert und durch die erste Linsengruppe 71 und die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe auf einen Schirm, welcher an einer entfernteren Stelle positioniert ist, projiziert.
Die durchsichtige Platte 67 wird so eingesetzt, dass die astigmatische Differenz, die an der optische Farbüberlagerungsvorrichtung für die drei primären Farbkomponenten entsteht, ausgeglichen wird.
Folglich können die Dicken der durchsichtigen Platten der drei Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 angeglichen werden.
Vorzugsweise werden der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54, die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe, die durchsichtige Platte 67, die dichroitischen Spiegel 68, 69, der Spiegel 70, und die erste Linsengruppe 71 in einer einzigen Spiegelröhre angepasst. Mit dieser Struktur kann die optische Projektionsvorrichtung von den Polarisationsstrahlteilern 52, 53, 54 bis zur ersten Linsengruppe 71 genau zusammengesetzt werden.
Als nächstes wird die Struktur des Polarisationsstrahlteilers detailliert mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 und die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe, die in Fig. 6 gezeigt ist, sind dieselben wie die Polarisationsstrahlsteiler 52, 53, 54 und die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe, die in Fig. 5 gezeigt wird.
Flüssigkeit 85 wird in den Raum des Behälters gefüllt, welcher einen Rahmen 81, transparente Platten 82, 83 und einen Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 umfasst. Der Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 wird durch Aufdampfen eines dielektrischen Vielschichtfilms auf ein durchsichtiges Glassubstrat erzeugt. Die dielektrische Vielschichtfilmebene, die als Polarisierungs- und Aufspaltungsebene verwendet wird, ist in engen Kontakt mit der umgebenden Flüssigkeit 85, um eine Polarisierungs- und Aufspaltungseigenschaft bereitzustellen.
Die Flüssigkeit 85, die für die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 verwendet wird, muss durchsichtig sein und einheitliche optische Eigenschaften aufweisen, muss einen niedrigen Erstarrungspunkt und einen hohen Siedepunkt aufweisen und darf nicht teuer sein. Da eine Flüssigkeit meistens die obengenannten Bedingungen erfüllt, verwendet die vorliegende Ausführungsform ein Lösungsgemisch mit den drei Inhaltsstoffen: 55 Gew.-% Ethylenglycol, 30 Gew.-% Diethylenglycol und 15 Gew.-% Glycerin. Diese Drei- Komponentenlösung weist überragende optische Eigenschaften auf, hat einen Erstarrungspunkt von -52ºC und einen Siedepunkt von +198ºC. Die Lösungsmixtur kann deshalb mit der vorliegenden Ausführungsform ohne Probleme in der Arbeitsumgebung der Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Zusätzlich ist das Lösungsgemisch nicht teuer. Folglich ist das Lösungsgemisch einem Glasprisma sowohl im Gewicht als auch in Kosten weit überlegen.
Zusätzlich ist es möglich, eine Flüssigkeit zu verwenden, die durch Veränderung des Mischungsverhältnisses der Inhaltsstoffe der obengenannten Dreikomponentenlösung erreicht wird, die hauptsächlich Ethylenglycol enthält, oder es ist auch möglich, ein reines Ethylenglycol, wässrige Lösungen von Ethylenglycol oder etwas ähnliches zu verwenden. Wenn der Rahmen 91 jedoch aus Aluminium gemacht ist, fällt Aluminiumoxid aufgrund der Reaktion des Aluminiums mit Wasser aus und die Flüssigkeit wird allmählich trüb. Diese Sache muss beachtet werden. Weiterhin ist es möglich, ein Material zu verwenden (z. B. transparente Silikonharzgele KE1051, hergestellt von Shin-etsu Chemical Industry Co., Ltd.), welches während dem Zusammenbau flüssig ist und nach der Fertigstellung des Zusammenbaus fest oder ein Gel wird.
Der Polarisations- und Selektionsspiegel 84 wird durch Aufdampfen eines dielektrischen Vielschichtfilms erzeugt, welcher Filmschichten umfasst, bei denen abwechselnd Schichten mit niedrigen Brechungsindex und Schichten mit hohen Brechungsindex auf ein Glassubstrat aufgebracht sind. Der Spiegel 84 ist von einer Art, die die Interferenzeffekte des dielektrischen Vielschichtfilms und den Polarisationswinkel, bei dem die maximale Durchlässigkeit der P-polarisierten Lichtkomponente maximal wird, verwendet. Bei diesem Typ von Polarisations- und Auftrennungsspiegel kann der optimale Eintrittswinkel θM eines Lichtstrahls durch folgende Formel erreicht werden, wenn der Brechungsindex des externen Medium nM ist, wenn der Brechungsindex der Schicht mit dem niedrigen Brechungsindex nL ist und wenn der Brechungsindex der Schicht mit dem hohen Brechungsindex nH ist.
Wenn die Bedingung der Formel (3) erfüllt ist, kann die Reflektivität der S-polarisierten Lichtkomponente durch Erhöhung der Anzahl der Schichten der dielektrischen Vielschichtfilme angehoben werden, während die Durchlässigkeit der P-polarisierten Lichtkomponente bei 100% bleibt.
Bei dem Polarisierungs- und Aufteilungsspiegel 84 der vorliegenden Erfindung wird Magnesiumfluorid (Brechungsindex 1,39) für den Film mit niedrigen Brechungsindex verwendet, und Titandioxid (Brechungsindex 2,30) für den Film mit hohen Brechungsindex. Da die Brechungsindizes der Flüssigkeiten 86, 87, 88 gleich 1,44 sind, erhält man den optimalen Einfallswinkel von 55,6º aus der Formel (3). Entsprechend ist der Polarisations- und Selektionsspiegel 84 hinsichtlich der optischen Achse der optischen Projektionsvorrichtung um 34,4º geneigt. Der dielektrische Vielschichtfilm hat 13 Lagen und die Dicke jedes dielektrischen Vielschichtfilms wird so eingestellt, dass maximale Reflektivität der S-polarisierten Lichtkomponenten bei der mittleren Wellenlänge der drei primären Farblichtkomponenten erreicht werden.
Wie oben beschrieben, hängt die Reflektivität von der Anzahl der Schichten des dielektrischen Vielschichtfilms und der mittleren Wellenlänge ab und die mittlere Wellenlänge des reflektieren Wellenlängenbands hängt von der Dicke von jeden dielektrischen Vielschichtfilm ab.
Weiterhin werden folgende zwei Strukturen verwendet, um das Reflexionswellenlängenband auszudehnen.
Und zwar wird als erste Struktur der Polarisations- und Aufspaltungsspiegel 84 durch Aufbringen eines ersten dielektrischen Vielschichtfilms und eines dielektrischen Vielschichtfilms (das Reflexionswellenlängenband des ersteren unterscheidet sich vom Reflexionswellenlängenband des letzteren) auf beide Flächen eines Glassubstrats hergestellt, wobei das Reflexionswellenlängenband der S-polarisierten Lichtkomponente als Ganzes ausgedehnt werden kann. Mit dieser Struktur können geeignete Polarisations- und Aufspaltungseigenschaften erzeugt werden, selbst wenn das Wellenlängenband der Lichtstrahlen, die in die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 eintreten, breit ist.
Als zweite Struktur kann das Wellenlängenband zur Reflexion der S-polarisierten Lichtkomponenten aufgeweitet werden, da der Unterschied zwischen den Brechungsindizes der Schichten mit niedrigen Brechungsindex und der Brechungsindex der Schichten mit den hohen Brechungsindex größer werden, wobei die Schichten verwendet werden, um einen dielektrischen Vielschichtfilm zu erzeugen. Im Polarisations- und Aufspaltungsspiegel 84 der vorliegenden Erfindung wird Magnesiumfluorid (ein Material, das den niedrigsten Brechungsindex aufweist und als durchsichtiges und widerstandsfähiges Material vorliegt) und Titandioxid (ein Material mit dem höchsten Brechungsindex) so verwendet, dass das Reflexionswellenlängenband der S-polarisierten Komponente soweit wie möglich aufgeweitet wird. Jedoch können auch andere Filmmaterialien mit anderen Brechungsindizes verwendet werden. Zum Beispiel Siliciumdioxid (Brechungsindex 1,46) oder Dialuminiumtrioxid (Brechungsindex 1,62) können für die Schichten mit niedrigen Brechungsindex verwendet werden. Zinksulfid (Brechungsindex 2,30), Cerdioxid (Brechungsindex 2,30), Zirkoniumdioxid (Brechungsindex 2,05), Ditantalpentoxid (Brechungsindex 2,10), Hafniumdioxid (Brechungsindex 2,00) oder ähnliches kann für die Schichten mit hohen Brechungsindex verwendet werden. In diesem Fall muss jedoch der Winkel des Polarisations- und Auftrennungsspiegels 84 so eingestellt werden, dass die Bedingung der Formel (3) erfüllt wird.
Wie in Fig. 6 gezeigt, tritt die S-polarisierte Lichtkomponente 86, die die durchsichtige Platte 82 in der Richtung senkrecht dazu auftrifft, durch die Flüssigkeit 85 und trifft auf den Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 unter einem Winkel von 55,6º. Die 5- polarisierte Lichtkomponente 87, die von dem Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 reflektiert wird, läuft durch die Flüssigkeit 85 und tritt aus der durchsichtigen Platte 83 zum reflektierenden Lichtventil. Das Licht, das von dem reflektierenden Lichtventil reflektiert wird, läuft wieder durch die durchsichtige Platte 83 und die Flüssigkeit 85 und trifft auf den Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84. Die P-polarisierte Lichtkomponente 88, die von dem reflektierten Lichtventil moduliert wurde, läuft durch den Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84, die Flüssigkeit 85 und die zweite Linsengruppe 88, und läuft zur ersten Linsengruppe 71, die in Fig. 5 gezeigt ist. Die S-polarisierte Lichtkomponente wird nicht moduliert und wird wieder von dem Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 zu dem durchsichtigen Substrat 82 reflektiert.
In der Struktur, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Fläche, welche senkrechte Linien der Reflektionsverhütungsebene der durchsichtigen Platte 67 und der Farbüberlagerungsebenen der dichroitischen Spiegel 68, 69, die solch eine optische Farbüberlagerungsvorrichtung wie in Fig. 4B gezeigt, einschließt, und die optische Achse der optischen Projektionsvorrichtung senkrecht zu der Ebene, welche eine senkrechte Linie der Polarisations- und Aufspaltungsebenen der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 und die optische Achse der optischen Projektionsvorrichtung einschließt. Mit dieser Struktur wird der Astigmatismus, der durch die durchsichtige Platte 67 und die dichroitischen Spiegel 68, 69 erzeugt wird, durch den Astigmatismus, der an dem Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 erzeugt wird, aufgehoben. Das bedeutendste Merkmal der Struktur der vorliegenden Ausführungsform ist, dass ein Unterschied im Brechungsindex zwischen der Flüssigkeit, die als Medium verwendet wird, und dem Glassubstrat, das als Polarisations- und Auftrennungsspiegel für den Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 verwendet wird, besteht, so dass der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 Funktionen als ein Polarisierer und ein Analysator ausführen kann und auch eine Funktion zur Kompensation des Astigmatismuses, der an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung entsteht, ausführen kann.
Das Prinzip der Erzeugung des Astigmatismuses und die Größe der astigmatischen Differenz wird unten unter Verwendung von Modellbildern (Fig. 7A, 7B) beschrieben.
In Fig. 7A trifft konvergentes Licht schräg auf die Schnittstellenebene, die Astigmatismus aufweist, auf. Es wird angenommen, dass der Lichtstrahl, der von einem Einfallsmedium zu einem Punkt Q läuft, an einem Punkt B auf der Schnittstellenebene A gebrochen wird. Wenn der Brechungsindex des Mediums auf der Einfallseite n ist, der Brechungsindex des Mediums auf der Ausfallseite n' ist, der Einfallwinkel θ ist und der Brechungswinkel θ' ist, kann die folgende Beziehung von dem Snell'schen Gesetz abgeleitet werden.
n sinθ = n' sinθ' (4)
Wenn die Basis der senkrechten Linie, die vom Punkt Q zur Schnittstellenebene A gezogen wird, N ist, kann angenommen werden, dass der sagittale paraxiale Strahl in das Medium auf der Einfallsseite auf einer konischen Fläche liegt, die erzeugt wird, wenn die gerade Linie BQ um die gerade Linie NQ rotiert wird. Entsprechend wird angenommen, dass der sagittale paraxiale Bildpunkt QS auf der geraden Linie NQ liegt.
Aus der Beziehung zwischen ΔBNQ und ΔBNQs kann die folgende Beziehung abgeleitet werden.
·sinθ = ·sinθ' (5)
Aus den Formeln (4) und (5) erhält man folgende Formel, die die Position des sagittalen paraxialen Bildpunktes QS darstellt.
Auf der anderen Seite ist ein einfallender Lichtstrahl vorstellbar, der vom Medium der Einfallsseite zum Punkt Q läuft und am Punkt B' auf die Schnittstellenebene A fällt. Punkt B' liegt etwas abseits von Punkt B. Es wird angenommen, dass der Einfallswinkel und der Brechungswinkel des einfallenden Lichtstrahls, der auf den Punkt B' trifft, θ + δθ bzw. θ' + δθ' ist. Wenn die Sinusregel auf die Dreiecke ΔBB'Q und ΔBB'QM angewendet wird, erhält man folgende Beziehung.
Aus den Formeln (7) und (8) erhält man folgende Beziehung.
Wenn man annimmt, dass sowohl δθ als auch δθ' sehr klein sind, kann die Formel (9) folgendermaßen geschrieben werden:
Wenn beide Seiten der Formel (4) nach θ differenziert werden, erhält man folgende Beziehung.
n cosθ = n'cosθ' (11)
Wenn δθ'/δθ aus den Formeln (10) und (11) eliminiert werden, erhält man folgende Formel, die die Position des meridionalen paraxialen Bildpunktes QM darstellt.
Durch den Vergleich der Formeln (6) und (12) versteht man, wenn ein Lichtstrahl schief auf die Schnittstellenebene, die einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, trifft, dass der sagittale paraxiale Bildpunkt Qs nicht mit dem meridionalen paraxialen Bildpunkt QM zusammentrifft.
Als nächstes wird ein Fall betrachtet, worin eine durchsichtige Platte P, die parallele Flächen aufweist, schief zur optischen Achse, wie in Fig. 7B gezeigt, angeordnet wird. Es wird angenommen, dass die Dicke der durchsichtigen Platte P gleich t ist, dass der Brechungsindex derselben n ist, und dass der Brechungsindex des externen Mediums der durchsichtigen P gleich n' ist.
Es wird angenommen, dass der paraxiale Bildpunkt Q ist, wenn die durchsichtige Platte P nicht vorhanden ist, dass der Einfallspunkt B ist, wenn ein Lichtstrahl, der entlang der optischen Achse läuft, auf die durchsichtige Platte trifft, und dass der Austrittspunkt C ist. Zusätzlich wird angenommen, dass der sagittale paraxiale Bildpunkt Qs1 ist und dass der meridionale paraxiale Bildpunkt QM1 ist, wobei sich diese Punkte für die Einfallsebene der durchsichtigen Platte P auf den Punkt Q beziehen.
Weiterhin wird angenommen, dass der sagittale paraxiale Bildpunkt Qs2 ist, und dass der meridionale paraxiale Bildpunkt QM2 ist, wobei sich die Punkte für die Ausfallsebene auf Punkt Qs1 beziehen.
Aus den Formeln (6) und (12) können die folgenden Formeln gebildet werden.
Wenn die Dicke der durchsichtigen Platte P gleich t ist und der Einfallswinkel des Lichtstrahls θ ist, kann man folgende Beziehung erhalten.
= t/cosθ' (17)
Zusätzlich erhält man mit Bezug auf Fig. 7B folgende Formeln.
= - (18)
= - (19)
Wenn die Formeln (13), (14) und (17) in die Formeln (18) und (19) eingesetzt werden und wenn die Resultate in die Formeln (15) und (16) eingesetzt werden, können folgende Formeln erhalten werden.
Aus den Formeln (20) und (21) können die paraxialen Bildpunkte QS2 und QM2, die sich auf den paraxialen Bildpunkt Q beziehen, wenn die durchsichtige Platte P schief zur optischen Achse angeordnet ist, erhalten werden. Wenn die durchsichtige Platte P nicht senkrecht zur optischen Achse ist, fällt Punkt QS2 nicht auf Punkt QM2 und so ist es verständlich, dass Astigmatismus entsteht.
Der Abstand d zwischen dem sagittalen paraxialen Bildpunkt QS2 und dem meridional paraxialen Bildpunkt QM2 wird durch folgende Formel dargestellt.
d = - (22)
Wenn die Formeln (20) und (21) in die Formel (22) eingesetzt werden und θ' durch Verwendung von Formel (4) eliminiert wird, kann die astigmatische Differenz d aus folgender Formel berechnet werden.
Wenn das Medium Luft ist, ist der Brechungsindex n' gleich 1. Die Formel (23) kann dann durch folgende Formel dargestellt werden.
In der Struktur, die in Fig. 5 gezeigt ist, sind die durchsichtige Platte 67, die dichroitischen Spiegel 68, 69, die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe und die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 wie im Modellbild (Fig. 4B) gezeigt, angeordnet, um den Astigmatismus zu kompensieren. Bei dieser Methode der Zusammensetzung wird der Effekt der die Linsen 64, 65, 66 umfassenden zweiten Linsengruppe unten erklärt mit Bezug auf die schematische Abbildung der optischen Projektionsvorrichtung, die in Fig. 8 gezeigt ist.
Wenn man annimmt, dass das reflektierende Lichtventil 91, gezeigt in Fig. 8, sich auf das reflektierende Lichtventil 56, gezeigt in Fig. 5, bezieht, bezieht sich der Polarisationsstrahlteiler 92, die zweite Linsengruppe 93, die parallelen Flächen 94, 95, 96, die die optische Farbüberlagerungsvorrichtung bildet, auf den Polarisationsstrahlteiler 53, die durchsichtige Fläche 67 und die dichroitischen Spiegel 69 bzw. 68. Zusätzlich bezieht sich die erste Linsengruppe 97, in Fig. 8 gezeigt, auf die erste Linsengruppe 71, gezeigt in Fig. 5.
Reflektiertes Licht von dem reflektierenden Lichtventil 91 läuft durch den Polarisationsstrahlteiler 92, die zweite Linsengruppe 93, die parallelen ebenen Platten 94, 95, 96, die als dichroitische Spiegel verwendet werden, die die optische Farbüberlagerungsvorrichtung bilden, die durchsichtige Platte oder den ebene Spiegel und die erste Linsengruppe 97, und wird auf einen Schirm projiziert (nicht gezeigt).
Die durchgezogene Linie 98 stellt einen Lichtstrahl dar, wenn die zweite Linsengruppe 93 verwendet wird, und die unterbrochene Linie 99 stellt einen Lichtstrahl dar, wenn die zweite Linsengruppe 93 nicht verwendet wird.
Da die Projektionsanzeigevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform das reflektierende Lichtventil 91 und den Polarisationsstrahlteiler 92 verwendet, worin ein Vielschichtfilm als Polarisator und Analysator verwendet wird, hängt der Kontrast am Rand des projizierten Bildes vom Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls, der auf den Polarisationsstrahlteiler 92 trifft, ab. Deshalb sollte der Lichtstrahl, der durch den Polarisationsstrahlteiler 92 läuft, vorzugsweise nahezu telezentrisch sein.
Zusätzlich sollten die optischen Achsen von den reflektierenden Lichtventilen 55, 56, 57 zu den CRT's 58, 59, 60 vorzugsweise parallel zueinander sein, wie in Fig. 5 gezeigt, um die kompletten Abmessungen der Vorrichtungen kompakt zu halten. In anderen Worten, die Polarisations- und Auftrennungsebenen der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 64 sollten vorzugsweise zueinander parallel sein. Um dies zu erhalten, ist ein Zwischenraum notwendig, um einen Polarisationsstrahlteiler 92, der sowohl Polarisation bzw. Aufteilungsfunktion als auch die Astigmatismuskompensationsfunktion erfüllt, und mindestens drei parallele ebene Flächen als optische Farbüberlagerungsvorrichtung zwischen der ersten Linsengruppe 97 und dem reflektierenden Lichtventil 91 anzupassen. In diesem Fall ist der erforderliche rückseitige Fokus der Projektionslinse sehr lang. In der vorliegenden Ausführungsform, da die effektive Größe der Anzeigefläche des reflektierenden Lichtventils 91 eine Diagonale von 2,5 Zoll (Längen-zu-Breiten-Verhältnis 3 : 4) aufweist, die Brennweite der Projektionslinse ungefähr 78 mm ist und die Öffnungszahl F 4,0 ist, sollte der rückseitige Fokus mindestens 320 mm oder mehr hinsichtlich der optischen Weglänge in Luft betragen und sollte vorzugsweise 350 mm oder mehr sein. Wenn versucht wird, eine Projektionslinse einzubauen, die nur die erste Linsengruppe 97 verwendet, breitet sich Licht von dem Polarisationsstrahlteiler 92, wie durch die unterbrochenen Linien 99 gezeigt, aus. Deshalb benötigt man eine Linse auf der Seite des reflektierenden Lichtventils der Projektionslinse und die parallelen ebenen Flächen 94, 95, 96, die die optische Farbüberlagerungsvorrichtung bilden, mit großen Durchmessern. Als Resultat werden sowohl die Projektionslinse als auch die optische Farbüberlagerungsvorrichtung sehr teuer und die Projektionslinse wird sehr schwer.
Wenn die zweite Linsengruppe 93 mit Sammelwirkung genügend weit weg von der ersten Linsengruppe 97 angeordnet ist, so dass die gesamte Projektionslinsenvorrichtung zwei Gruppen mit langen Abständen umfasst, läuft das Licht wie mit den durchgezogenen Linien 98 gezeigt, wobei die gesamte optische Projektionsvorrichtung kompakt gemacht werden kann. Die zweite Linsengruppe 93 kann aus Plastik hergestellt werden und die Ränder davon können geschnitten werden, um eine rechteckige Form zu erhalten, abhängig von der effektiven Fläche des Lichts, das aus dem Polarisationsstrahlteiler 98 austritt.
Indem die zweite Linsengruppe 93 zwischen den parallelen Flächen 94, 95, 96 und dem Polarisationsstrahlteiler 92 angeordnet wird, kann die ganze Vorrichtung kompakt und telezentrisch gestaltet werden und kann eine Astigmatismuskompensationsfunktion ausführen. Diese Struktur ist auch für eine optische Vorrichtung effizient, worin durchsichtige Platten mit parallelen Flächen, die nur die Astigmatismuskompensationsfunktion aufweisen, anstelle des Polarisationsstrahlteilers 92 verwendet werden.
Als nächstes wird unten der Astigmatismus beschrieben, der an der durchsichtigen Platte 67 und den dichroitischen Spiegeln 68, 69 erzeugt wird, wenn die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe mit Sammelwirkung verwendet wird, beschrieben mit Bezug auf das Modellbild (Fig. 9). Es wird angenommen, dass Licht vom Schirm zum reflektierenden Lichtventil läuft.
Die durchsichtige Platte P, die parallele Flächen aufweist, und in Fig. 9 gezeigt wird, bezieht sich auf die durchsichtige Platte 67 und die dichroitischen Spiegel 68, 69, die in Fig. 5 gezeigt werden, und die Linse L, gezeigt in Fig. 9, bezieht sich auf die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe, gezeigt in Fig. 5.
Wenn angenommen wird, dass der Brennpunkt der Linse L gleich f ist, dass der sagittale paraxiale Bildpunkt ohne die Linse L gleich QaS ist, dass der meridional paraxiale Bildpunkt QaM ist, dass die astigmatische Differenz d&sub1; ist und dass der Abstand von der Hauptebene der Linse L zum sagittal paraxialen Bildpunkt QaS gleich a ist, kann die sagittale Vergrößerung mS und die meridionale Vergrößerung mM eines virtuellen Bildes, das durch die Linse L erzeugt wird, durch folgende Formeln dargestellt werden.
Weiterhin wenn angenommen wird, dass der sagittale paraxiale Bildpunkt, der durch die Linse L entsteht, Qbs ist, dass der meridional paraxiale Bildpunkt QbM ist, dass die astigmatische Differenz d&sub1;' ist, dass der Abstand von der Hauptebene der Linse L zum sagittalen paraxialen Bildpunkt Qbs gleich bs ist und dass der Abstand von der Hauptebene der Linse L zum meridional paraxialen Bildpunkt QbM gleich bM ist, erhält man folgende Formeln.
bS = mSa (27)
bM = mM(a + d&sub1;) (28)
dC = bM - bS (29)
Mit den Formeln (25), (26), (27), (28) und (29) kann die astigmatische Differenz d1' durch folgende Formel dargestellt werden.
Wenn d&sub1; ausreichend kleiner als f und a ist, kann Formel (30) folgendermaßen genähert werden.
Entsprechend wenn angenommen wird, dass die Dicke der durchsichtigen Platte P gleich t&sub1; ist, dass der Brechungsindex der Platte P gleich n&sub1; ist, dass der Brechungsindex des Mediums n1' ist und dass der Einfallswinkel auf die durchsichtige Platte P gleich θ&sub1; ist, kann die astigmatische Differenz d1' der durchsichtigen Platte P, die in Fig. 9 gezeigt ist, auf der Basis der Formeln (23) und (31) durch folgende Formel erhalten werden.
Auf der anderen Seite kann die astigmatische Differenz d&sub2;, die durch die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54, gezeigt in Fig. 5, erzeugt werden, aus der folgenden Formel (23) erhalten werden, wenn angenommen wird, dass die Dicke des Polarisations- und Auftrennungsspiegelsubstrats t&sub2; ist, dass der Brechungsindex des Substrats n&sub2; ist, dass der Brechungsindex der Flüssigkeit n&sub2; ist und dass der Einfallswinkel von innerhalb der Flüssigkeit zur Polarisations- und Auftrennungsfläche θ&sub2; ist.
Da die astigmatische Differenz d&sub2; ein Wert ist, den man in der Flüssigkeit erhält, kann die astigmatische Differenz d&sub2;' in Luft, die man erhält, nachdem die Lichtkomponenten aus den Polarisationsstrahlteilern 52, 53, 54 kommen, nämlich die astigmatische Differenz d2', die in Bezug auf Luft umgewandelt wurde, durch die folgende Formel auf der Basis der Beziehung von d&sub2;' = d&sub2;/n&sub2;' dargestellt werden.
Auf der Basis der Formeln (32) und (34) kann in der optischen Projektionsvorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt wird, der Astigmatismus kompensiert werden, wenn folgende Formel erfüllt wird.
d&sub1;' = d&sub2;' (35)
Auf der Basis der Formeln (32) und (34) versteht man, dass die Werte für die Plattendicke t&sub1; und t&sub2; die Bedingung der folgenden Formel erfüllen soll.
Da die durchsichtige Platte 67, die Substrate der dichroitischen Spiegel 68, 69 und die Substrate der Polarisations- und Auftrennungsspiegel der Polarisationsstrahlteiler in der Farbüberlagerungsvorrichtung den gleichen Brechungsindex aufweisen, kann in der Struktur, die in Fig. 5 gezeigt wird, n&sub1; = n&sub2; erfüllt werden. Weiterhin, da das Medium für die durchsichtige Platte 67 und die dichroitischen Spiegel 68, 69 Luft ist, kann n&sub1;' = 1 erfüllt werden. Deshalb kann die Formel (36) folgendermaßen dargestellt werden.
Das oben erwähnte Konzept des Astigmatismus und die Kompensationsbedingungen des Astigmatismus wurden hinsichtlich der optischen Achse der optischen Projektionsvorrichtung oder einem Lichtstrahl, der nahe an der optischen Achse entlang läuft, erklärt. Im Falle, wenn ein Lichtstrahl durch eine Position, entfernt von der optischen Achse, unter einem größeren Winkel hinsichtlich der optischen Achse läuft, wird der Astigmatismus unterschiedlicher von dem, den man nahe der optischen Achse im strengen Sinn erhält. Jedoch sind das grundsätzliche Konzept und die Tendenz des Astigmatismus, die entstehen, wenn ein Lichtstrahl mit einer bildgebenden Information durch eine durchsichtige Platte mit parallelen Flächen und einer Neigung hinsichtlich der optischen Achse läuft, ist ähnlich zu denen, die man erhält, wenn ein Lichtstrahl durch die optische Achse läuft. Insbesondere wenn die durchsichtige Platte relativ dünn ist, weisen das Konzept und die Tendenz keine signifikanten Unterschiede zu diesen auf, die man erhält, wenn ein Lichtstrahl durch die optische Achse läuft. Folglich ist die Erfüllung der oben erwähnten Astigmatismuskompensationsbedingungen ausreichend effektiv, um die Auflösung der gesamten effektiven Fläche eines Bildes, welches von einer Projektionsanzeigevorrichtung, wie in Fig. 5 gezeigt, projiziert wird, zu verbessern.
Alle Brechungsindexwerte wurden mit Lichtstrahl E (546,07 nm), welcher nahe der zentralen Wellenlängen von sichtbaren Licht liegt, erhalten. Der Brechungsindex hat eine Wellenlängedispersionseigenschaft; der Brechungsindex ändert sich leicht abhängig von der Wellenlänge. Streng genommen sollte der Brechungsindex vorzugsweise abhängig von den Bedingungen der primären Farbkomponenten (rot, blau und grün) optimiert werden. Jedoch entstehen keine besonderen Probleme mit dem Astigmatismuskompensationseffekt, selbst wenn Lichtstrahl E, nämlich grünes Licht mit der höchsten Sichtbarkeit unter den sichtbaren Lichtkomponenten, das hauptsächlich die Auflösung projizierter Bilder beeinflusst, als Referenzlichtstrahl verwendet wird.
In der Ausführungsform ist die Brennweite F der die Linsen 64, 65, 66 umfassenden Linsengruppe 240 mm und der Abstand A von der Hauptebene der zweiten Linsengruppe zum sagittal paraxialen Bildpunkt ohne die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe ist 110 mm. Aus der Formel (25) erhält man die sagittale Vergrößerung ms zu ungefähr 0,686. Der Brechungsindex n&sub1; der durchsichtigen Platte 67, der Substrate der dichroitischen Spiegel 68, 69 und der Substrate der Polarisierungs- und Auftrennungsspiegel der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 ist 1,52, der Brechungsindex n&sub2; der Flüssigkeit der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 ist 1,44, der Einfallswinkel θ&sub1; von dem Medium (Luft) zu der durchsichtigen Platte 67 und der dichroitischen Spiegel 68, 69 ist 45º und der Einfallswinkel θ&sub2; aus der Flüssigkeit auf die Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 der Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 ist 55,6º. Aus der Formel (37) erhält man t&sub2;/t&sub1; zu 0,668.
Die Genauigkeit der Planheit der reflektierenden Flächen der dichroitischen Spiegel 68, 69 und des flachen Spiegels 70, der in Fig. 5 gezeigt wird, hat bedeutende Auswirkungen auf die Auflösung der optischen Projektionsvorrichtung. Zusätzlich hängt die Genauigkeit der Planheit bedeutend von der Dicke des Substrats ab. Wenn hochauflösende projizierte Bilder, sowie hochaufgelöste TV-Bilder, angezeigt werden und wenn die Fläche zu einer konkaven oder konvexen Form von einer idealen Ebene (mit einem unendlichen Krümmungsradius) deformiert wird, sollte die Genauigkeit der Planheit der reflektierenden Flächen mindesten ±2λ(λ: die zentrale Wellenlänge des einfallenden Lichts) hinsichtlich des Krümmungsradiuses sein und sollte vorzugsweise weniger als ±% sein.
Falls das Substrat dünn ist, neigt die Genauigkeit der Planheit dazu gestört, zu werden wegen der Spannung, die verursacht wird, wenn ein dielektrischer Multischichtfilm aufgedampft wird, oder wegen des Drucks, der durch die äußeren mechanischen Teile ausgeübt wird, wenn das Substrat in eine Vorrichtung eingebaut und gesichert wird. Die effektiven Flächen der dichroitischen Spiegel 68, 69 und des flachen Spiegels 70 müssen in der vorliegenden Ausführungsform mindestens 80 · 60 mm oder größer sein. Um die oben erwähnten Genauigkeitsbedingungen nach dem Schleifen der ebenen Oberfläche zu erfüllen, sollte die Dicke des Substrats mindestens 1,5 mm oder mehr sein und sollte vorzugsweise 2 mm oder mehr sein. Da der flache Spiegel 70 ein flacher Spiegel ist, kann sein Substrat ausreichend dick sein, ohne Probleme zu verursachen. Wenn jedoch die Substrate der dichroitischen Spiegel 68, 69 zu dick sind, ist es schwierig den Astigmatismus eines Lichtstrahls, der außerhalb der optischen Achse der optischen Projektionsvorrichtung läuft, zu kompensieren. Entsprechend sollte die Dicke der Substrate mindestens 3 mm oder weniger und sollte vorzugsweise 2,5 mm oder weniger sein.
Folglich sollte die Dicke der Substrate der dichroitischen Spiegel 68, 69 im Bereich von 1,5 mm oder mehr bis zu 3 mm oder weniger sein. Zusätzlich, da die Lichtstrahlen von den reflektierenden Lichtventilen 55, 56, 57 nur durch die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 in den optischen Pfad in der optischen Projektionsvorrichtung laufen, wird angenommen, dass die Verschlechterung der Auflösung aufgrund der Genauigkeit der Planheit der Substrate der Polarisations- und Auftrennungsspiegel vernachlässigbar ist.
Aus diesen Gründen wird die Dicke t, der durchsichtigen Platte 67 und der dichroitischen Spiegel 68, 69 in der vorliegenden Ausführungsform auf ungefähr 2,0 mm eingestellt und die Dicke t&sub2; der Substrate der Polarisations- und Auftrennungsspiegel auf Grundlage der Kalibrierungsergebnisse aus der Formel (37) auf ungefähr 1,3 mm eingestellt. Mit diesen Einstellungen kann der Astigmatismus der gesamten optischen Projektionsvorrichtung genau kompensiert werden und hochaufgelöste projizierte Bilder können angezeigt werden.
Die obige Erläuterung wird auf einen Fall anwendet, worin der Astigmatismus, der durch die durchsichtige Platte 67 und die dichroitischen Spiegel 68, 69 der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung entsteht, durch das Quadrat der virtuellen Bildvergrößerung m der zweiten Linsengruppe (64, 65, 66) kleiner gemacht wird und wobei der Astigmatismus, der kleiner gemacht wurde, durch den Astigmatismus, der durch die Polarisations- und Auftrennungsspiegel 85 der Polarisationsstrahlteiler (52, 53, 54) erzeugt wird, ausgelöscht wird.
Anders als in der oben erwähnten Ausführungsform bezieht sich die auf unten beschriebene Ausführungsform auf einen Fall, worin der Astigmatismus, der an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung entsteht, mit dem Astigmatismus, der an dem Polarisations- und Auftrennungsspiegel 84 ohne Verwendung der zweiten Linsengruppe entsteht, ausgelöscht wird.
Mit anderen Worten, dieser Fall bezieht sich auf einen Fall, den man erhält, wenn in der Formel (37) mS = 1 ist. Entsprechend, obwohl in der oben erwähnten Ausführungsform t&sub2;/t&sub1; = 0,668 abgeleitet wurde, wobei die virtuelle Bildvergrößerung der zweiten Linsengruppe mS = 0,686 ist, erhält man in der vorliegenden Ausführungsform aus der Formel (37) t&sub2;/t&sub1; = 0,668/0,686² = 1,419.
Aus diesem Grund erhält man t&sub2; = 2,839 mm, wenn t&sub1; = 2,0 mm. In diesem Fall sollte die Dicke des Polarisations- und Auftrennungssubstrats des Polarisationsstrahlteilers 2,84 mm sein.
Unter den Strukturen, die in Fig. 5 gezeigt sind, wird die Struktur der optischen Beleuchtungsvorrichtung mit Bezug auf Fig. 10 unten beschrieben. Relaylinsen 105, 106 sollten, wie in Fig. 10 gezeigt, im optischen Pfad angeordnet werden, wobei der Lichtstrahl von der Lichtquelle 41 die reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 beleuchtet, obwohl die Relaylinsen in Fig. 5 nicht gezeigt werden. Das reflektierende Lichtventil 107 ist dasselbe wie die reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57, die in Fig. 5 gezeigt sind. Die optische Farbtrennungsvorrichtung, welche die dichroitischen Spiegel 43, 44, 45, die Vorpolarisierer 46, 47, 48 und die ebenen Spiegel 49, 50, 51, die in Fig. 5 gezeigt sind, umfasst, werden zwischen der ersten Relaylinse 105 und der zweiten Relaylinse 106 angeordnet. Die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 werden zwischen der zweiten Relaylinse 106 und dem reflektierenden Lichtventil 108 angeordnet. Die Lichtquelle 41 umfasst eine Lampe 101 und einen Spiegel mit elliptischer Fläche 102. Die Lampe 101 ist eine Xenonlampe, die die drei primären Farbkomponenten erzeugt. Der Spiegel mit der elliptischen Fläche 102 wird aus Glas hergestellt und die reflektierende Fläche davon ist mit einem Aluminiumdünnschichtfilm beschichtet. Die reflektierende Fläche kann durch einen aufgedampften Vielschichtfilm hergestellt werden, der Infrarotlicht durchlässt und sichtbares Licht reflektiert.
Licht von der Lampe 101 wird durch den Spiegel mit elliptischer Fläche 102 reflektiert und die Infrarotlichtkomponente des Lichts wird durch den kalten Spiegel 103 eliminiert und das resultierende Licht läuft am zweiten Brennpunkt 104 des Spiegels mit der elliptischen Fläche 102 zusammen. Nachdem das Licht durch den zweiten Brennpunkt 104 läuft, wird das Licht divergent und wird in nahezu parallele Strahlen durch die erste Relaylinse 105 umgewandelt. Da die spektrale Leistung der dichroitischen Spiegel, die einen dielektrischen Vielschichtfilm verwenden, sich abhängig von dem Einfallswinkel des Lichts verändert, sollten die Lichtstrahlen, die durch die dichroitischen Spiegel laufen, vorzugsweise so parallel wie möglich zueinander sein. Die nahezu parallelen Lichtstrahlen werden durch die zweite Relaylinse 106 wieder konvergent gemacht, um das reflektierende Lichtventil 107 zu beleuchten. Die Relaylinsen 105, 106 haben die Aufgabe, das Bild der Lampe 101, das am zweiten Brennpunkt 103 des Spiegels 102 mit elliptischer Fläche erzeugt wird, bei höherer Vergrößerung zu beleuchten entsprechend der effektiven Anzeigefläche des reflektierenden Lichtventils 107.
Obwohl die erste Relaylinse 105 in Fig. 10 zwei Linsenkomponenten umfasst, kann die Zahl der Linsen 1 oder 3 oder mehr sein. Weiterhin kann die zweite Relaylinse 106 zwischen der optischen Farbauftrennungsvorrichtung und den Vorpolarisierern 46, 47, 48 angeordnet werden oder zwischen den Vorpolarisierern 46, 47, 48 und den ebenen Spiegel 49, 50, 51, wobei die Lichtstrahlen zum Polarisationsstrahlteiler wie in Fig. 5 gezeigt, geführt werden. Darüber hinaus, obwohl eine Xenonlampe als Lampe 101 verwendet wird, kann auch eine Metallhalogenidlampe oder eine Halogenlampe verwendet werden.
Die Strukturen des Vorpolarisierers 46, 47, 48 werden detailliert mit Bezug auf Fig. 11 beschrieben.
Eine V-förmige Rinne wird in einem Rahmen 111 erzeugt. Die Endabschnitte der Polarisations- und Auftrennungsspiegel 114, 115 werden in die Rinne eingefügt, und die Spiegel werden so angeordnet, dass ihr Querschnitt eine V-Form bildet. Flüssigkeit 116 wird in den Raum des Behälters, welcher den Rahmen 111, Fenster 112 und 113 für einfallendes und ausfallendes Licht, die aus Glassubstraten hergestellt sind, und Polarisations- und Auftrennungsspiegel 114, 115 umfassen. Das flüssige Material und die Vielschichtfilme der Polarisations- und Auftrennungsspiegel 114, 115 sind die gleichen wie das flüssige Material und die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54, die in Fig. 6 gezeigt sind.
Natürliches Licht 117 tritt senkrecht in die Vorpolarisierer 46, 47, 48 ein, läuft durch das Einfallslichtfenster 112 und die Flüssigkeit 116 und trifft auf den Polarisations- und Auftrennungsspiegel 114 unter einem Winkel von 5,6º wie in Fig. 11 gezeigt. Das natürliche Licht 117 wird in eine S-polarisierte Lichtkomponente 118 und eine P-polarisierte Lichtkomponente 119 durch den Polarisations- und Auftrennungsspiegel 114 aufgetrennt. Die P-polarisierte Lichtkomponente 119 läuft durch die Flüssigkeit 116 und tritt aus dem Lichtausfallsfenster 113 aus und die S-polarisierte Lichtkomponente 118 trifft auf die innere Wand des Rahmens 111. Um die Vorpolarisierer 46, 47, 48 kompakt zu machen, werden zwei Stücke des Polarisations- und Auftrennungsspiegels 114, 115 verwendet und in einer V-Form, die symmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist, gebracht. Der Scheitel der V-Form sollte zur Lichtquelle angeordnet sein, dass die S-polarisierten Lichtkomponenten, die vom den Polarisations- und Auftrennungsspiegeln 114, 115 reflektiert und überflüssig werden, nicht durch das Lichtausgangsfenster 113 laufen. Wenn ein einzelner Polarisations- und Auftrennungsspiegel verwendet wird, wächst die Abmessung des Vorpolarisierers in Richtung der optischen Achse. Zusätzlich, wenn Licht schief in den Vorpolarisierer eintritt, wird die Abhängigkeit vom Eingangswinkel unsymmetrisch und dieser Effekt neigt dazu, sich auf die projizierten Bilder zu übertragen und verursacht Probleme. Weiterhin können drei oder mehr Polarisations- und Auftrennungsspiegel in einem Zickzackmuster angeordnet werden. Jedoch, wenn die Anzahl der Polarisations- und Auftrennungsspiegel ungerade ist, werden die Spiegel unsymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse angeordnet. Deshalb wird eine Struktur bevorzugt, welche eine gerade Anzahl von Spiegeln umfasst. Nebenbei, nachdem die S- polarisierten Lichtkomponenten von den Polarisations- und Auftrennungsspiegeln reflektiert wurden und überflüssig wurden, können sie in benachbarte Polarisationsstrahlteiler eintreten und Teile der vielfach reflektierten Lichtkomponenten können zum Lichtauslassfenster 113 laufen. Es sollte angemerkt werden, dass der Kontrast der projizierten Bilder bedeutend gestört werden kann, wenn die unnötig polarisierten Lichtkomponenten die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 und die reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 die in Fig. 5 gezeigt sind, erreichen. Auf diese Weise versteht man, dass der Vorpolarisierer mit der Struktur, die in Abb. 11 gezeigt ist, effektiv nahezu linear polarisiertes Licht erzeugen kann.
Der Vorpolarisierer und der Polarisationsstrahlteiler werden so angeordnet, dass die P- polarisierte Lichtkomponente, die aus dem Vorpolarisierer herauskommt, als S- polarisierte Lichtkomponente durch den Polarisationsstrahlteiler reflektiert wird. Allgemein gesprochen weitet sich das einfallende Licht in einen bestimmten Winkelbereich um die optische Achse auf und das einfallende Licht hat mehr als zwei Wellenlängen. Deshalb ist es relativ einfach, die Reflektivität der S-polarisierten Lichtkomponente auf nahezu 100% zu erhöhen, selbst unter den Verwendungsbedingungen des oben erwähnten Einfallslichts mit einer wachsenden Anzahl von Schichten des dielektrischen Vielschichtfilms des Polarisations- und Auftrennungsspiegels. Jedoch ist es schwierig, die Durchlässigkeit der P-polarisierten Lichtkomponente auf nahezu 100% zu steigern. Deshalb ist es vorzuziehen, dass die P-polarisierte Lichtkomponente geliefert werden soll, wenn ein Vorpolarisierer verwendet wird, der nötig ist, um nicht notwendige polarisierte Lichtkomponenten zu eliminieren. Die linear polarisierte Lichtkomponente, die in den Polarisationsstrahlteiler eintritt, sollte vorzugsweise eine S-polarisierte Komponente sein, so dass die linear polarisierte Lichtkomponente, die in den Polarisationsstrahlteiler eintritt, effektiv zu dem reflektierenden Lichtventil geleitet werden kann, so dass das zu lesende Licht, welches von dem reflektierenden Lichtventil reflektiert wurde, durch einen Polarisationsstrahlteiler im Falle einer schwarzen Anzeige eliminiert werden kann. Mit diesen Methoden können projizierte Bilder mit hohen Kontrast angezeigt werden.
Da die Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, die in Fig. 5 gezeigt ist, die die Linsen 64, 65, 66 umfassende zweite Linsengruppe verwendet, ist die telezentrische Eigenschaft der Lichtstrahlen, die durch die Polarisationsstrahlteiler 52, 53, 54 durchlaufen, überlegen, selbst wenn die optische Projektionsvorrichtung kompakt ist. Deshalb ist der Hauptlichtstrahl, der auf die Polarisations- und Auftrennungsfläche des Polarisationsstrahlteilers auftritt, nahezu parallel zur optischen Achse der optischen Projektionsvorrichtung und die Verschlechterung der Polarisations- und Auftrennungsleistungsfähigkeit aufgrund der Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichtstrahls, der auf die Polarisations- und Auftrennungsfläche auftrifft, entsteht kaum. Folglich entsteht das Problem der Erzeugung eines niedrigen oder uneinheitlichen Kontrastes projizierter Bilder aufgrund der Verschlechterung der Polarisations- und Auftrennungsleistungsfähigkeit nicht, wodurch projizierte Bilder mit hoher Qualität angezeigt werden können.
Zusätzlich treten keine Farbschattierungen in der Struktur, die in Fig. 5 gezeigt ist, und die im Wesentlichen eine einzelne Projektionslinse aufweist, auf. Weiterhin, da die optischen Wege zur Beleuchtung für die drei Farben von der Lichtquelle 41 zu den reflektierenden Lichtventilen 55, 56, 57 identisch sind und da die Mittelpunkte der Anzeigen der reflektierenden Lichtventile 55, 56, 57 auf den optischen Achsen der Projektionslinsen liegen, gibt es kaum uneinheitliche Farbanzeigen.
Obwohl die vorliegende Ausführungsform eine Struktur aufweist, worin die drei CRT's, die Schreiblinse, das reflektierende Lichtventil, die Polarisationsstrahlteiler und die zweite Linsengruppe in horizontaler Richtung der CRT-Anzeigeschirme angeordnet sind, können die Komponenten der Struktur auch in vertikaler Richtung angeordnet werden.
Weiterhin, obwohl in der vorliegenden Ausführungsform eine CRT als Quelle verwendet wird, kann z. B. eine Transmissions-TFT-Flüssigkristalltafel verwendet werden, so dass die Tafel durch eine Lichtquelle, wie eine Metallhalogenidlampe von hinten beleuchtet wird, so dass optische Bilder, die abhängig von Videosignalen auf der Flüssigkristalltafel entstehen, auf der fotoleitfähigen Schicht des reflektierenden Lichtventils über eine Schreiblinse erzeugt werden. Darüber hinaus kann anstatt einer Schreiblinse ein Lichtleiter, der als Bildträger verwendet wird, in der optischen Schreibvorrichtung verwendet werden.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben.
Fig. 12 ist eine Ansicht, die dis Struktur einer optischen Projektionsvorrichtung zeigt, welches sich von der Struktur der Pojektionsanzeigevorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, nur in der Struktur der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung unterscheidet.
Die optische Farbüberlagerungsvorrichtung dieser Ausführungsform umfasst ebene Spiegel 130, 133 und dichroitische Spiegel 131, 132.
Licht vom reflektierenden Lichtventil 121 durchläuft einen Polarisationsstrahlteiler 124 und eine zweite Linsengruppe 127 und durchläuft weiterhin zwei dichroitische Spiegel 131, 132 und tritt dann in die erste Linsengruppe 134 ein. Zusätzlich tritt Licht von dem reflektierenden Lichtventil 122 durch einen Polarisationsstrahlteiler 125 und eine zweite Linsengruppe 128, wird von einem flachen Spiegel 130, der durch Zusammenfügung einer durchsichtigen Platte mit parallelen Flächen mit einem flachen Spiegel hergestellt wird, und ebenso von einem dichroitischen Spiegel 131 reflektiert und läuft durch einen dichroitischen Spiegel 132 und trifft dann auf die erste Linsengruppe 134. Weiterhin durchläuft Licht von einem reflektierenden Lichtventil 123 einen Polarisationsstrahlteiler 126 und eine zweite Linsengruppe 129, wird von einem ebenen Spiegel 133 und der hinteren Fläche des dichroitischen Spiegels 132 reflektiert und trifft auf die erste Linsengruppe 134. Die reflektierenden Flächen der ebenen Spiegel 130, 133 und die Farbüberlagerungsflächen der dichroitischen Spiegel 131, 132 sind um 45º hinsichtlich der optischen Achse geneigt. Die Substrate der dichroitischen Spiegel 131, 132 und die durchsichtige Platte, die mit der reflektierenden Fläche des ebenen Spiegels 130 zusammengefügt ist, sind die gleichen wie die verschiedenen Substrate, die in Fig. 5 gezeigt sind.
In der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung der optischen Projektionsvorrichtung, die in Fig. 12 gezeigt ist, wurden die Astigmatismuskompensationsbedingungen der Lichtstrahlen, die aus den drei reflektierenden Lichtventilen 121, 122, 123 herauskommen, praktisch durch Verwendung der reflektierenden Flächen der dichroitischen Spiegel 131, 132 zur Rückseitenreflexion, identisch gemacht.
Angesichts der Bedingungen von Formel (35) und der Genauigkeit für Planheit der reflektierenden Platten der dichroitischen Spiegel 131, 132, wurde jede Dicke t&sub2; der Substrate der Polarisierungs- und Auftrennungsspiegel der Polarisationsstrahlteiler 124, 125, 126 auf 2 mm eingestellt, die Dicke des Substrats der durchsichtigen Platte, die mit der reflektierenden Fläche des ebenen Spiegels 130 verbunden ist, wird auf 0,75 mm eingestellt, jede Dicke der Substrate der dichroitischen Spiegel 131, 132 wird auf 1,5 mm eingestellt und die Gesamtdicke t&sub1; der parallelen ebenen Platte wird für jede Farbe in der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung auf 3,0 mm eingestellt.
In diesem Fall werden die Dickenwerte t&sub1;, t&sub2; der Substrate, die in Formel (36) verwendet werden, dargestellt durch die folgende Formel.
t&sub1; = t&sub1;&sub1; + t&sub1;&sub2; + ..... + t1i (38)
t&sub2; = t&sub2;&sub1; + t&sub2;&sub2; + ..... + t2j (39)
worin i die Zahl der parallelen ebenen Platten in der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung repräsentiert und j die Zahl der parallelen ebenen Flächen repräsentiert, die angeordnet sind, um den Astigmatismus der in der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung erzeugt wird, zu kompensieren. Es wird angenommen, dass zwei parallele ebene Flächen durchlaufen werden, wenn im Fall von Rückreflexion Reflexion stattfindet.
In der Ausführungsform, die in Fig. 12 gezeigt ist, ist j für alle optische Wege von den reflektierenden Lichtspielen 121, 122, 123 gleich 1. Jedoch ist i für die optischen Wege von dem reflektierenden Lichtventil 121 gleich 2, für die optischen Wege von dem reflektierenden Lichtventil 122 gleich 3 und für den optischen Weg von dem reflektierenden Lichtventil 123 gleich 2.
In der Ausführungsform, die in Fig. 12 gezeigt wird, wird die optische Farbüberlagerungsvorrichtung gebildet, wenn Lichtstrahlen eine Vielzahl von parallelen ebenen Platten durchlaufen, und wenn die Rückreflexion unter denselben Bedingungen durchgeführt wird, wie die für die zweifache Transmission. Das Konzept der Astigmatismuskompensation und der Formel (35), die als grundsätzliche Formel für die Kompensationsbedingungen verwendet wird, sind so wie sie sind anwendbar auf diese Ausführungsform.
Obwohl reflektierende Lichtventile, die die Flüssigkristallschichten zur Modulation der Polarisationsbedingungen von zu lesenden Lichtstrahlen abhängig von Bildern, die in die fotoleitfähigen Schichten geschrieben werden, verwenden, als Lichtventile in den obenerwähnten Ausführungsformen verwendet werden, können andere Flüssigkristalltafeln, elektrooptische Kristalle, oder Ähnliches als Lichtventile verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie Reflexionstypen sind, die optische Bilder, dargestellt als Änderungen in der Doppelbrechung, bilden.
Weiterhin sind alle Konzepte und Methoden zur Astigmatismuskompensation sowie die, die mit Transmissionslichtventilen durchgeführt werden und die mit Streu-/Beugungs- /Ablenkungslichtventilen durchgeführt werden, anwendbar auf die vorliegende Erfindung, vorausgesetzt, dass sie optische Bilder als Änderung in den optischen Eigenschaften erzeugen.
Noch eine andere Ausführungsform einer Projektionsvorrichtung, die durch Verwendung von Transmissionslichtventilen durchgeführt wird, wird unten mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben.
Transmissionslichtventile 150, 151, 152 umfassen jeweils eine TFT-Flüssigkristallzelle, welche einen verdrehten nematischen Flüssigkristall als optisches Modulationsmaterial verwendet, und Polarisierungsplatten, die vor und nach der TFT-Flüssigkristallzelle angeordnet sind und die als Polarisator und Analysator verwendet werden.
Licht von einer Lichtquelle 141 trifft auf einen UV-IR Abschneidefilter 142, welcher ultraviolette und infrarote Strahle absorbiert oder reflektiert und nur das sichtbare Licht durchlässt. Das sichtbare Licht wird von einem ebenen Spiegel 143 reflektiert und in drei primäre Farblichtkomponenten aufgespalten: rot, grün und blau durch eine optische Farbauftrennungsvorrichtung, welche dichroitische Spiegel 144, 145 und einen ebenen Spiegel 146 umfasst.
Die drei primären Farblichtkomponenten treffen hintereinander Feldlinsen 147, 148, 149 und durchdringen die Lichtventile 150, 151, 152.
Die optische Farbüberlagerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst einen ebenen Spiegel 153 und dichroitische Spiegel 154, 155. Die Projektionslinse der Ausführungsform umfasst eine die Linsen 156, 157 umfassende zweite Linsengruppe und eine erste Linsengruppe mit sammelnder Wirkung. Die reflektierende Flache des ebenen Spiegels 153 und die Farbüberlagerungsflächen der dichroitischen Spiegel 154, 155 sind hinsichtlich dec optischen Achse der Projektionslinse um 45º geneigt.
Die von den Lichtventilen 150, 151, 152 auslaufenden Lichtstrahlen werden durch die optische Farbüberlagerungsvorrichtung zu einem einzelnen Lichtstrahl zusammengesetzt und das Licht des Lichtstrahls wird vergrößert und auf eine Schirm über eine Projektionslinse projiziert.
Wie oben beschrieben müssen die reflektierenden Flächen der ebenen Spiegel 153 und der dichroitischen Spiegel 154, 155, die die optische Farbüberlagerungsvorrichtung bilden, eine hohe Genauigkeit der Planheit aufweisen und die Genauigkeit der Planheit hängt besonders von der Dicke des Substrats ab. Insbesondere, da die Reflexionsfläche dichter am Hauptpunkt der Projektionslinse ist, übt die Genauigkeit der Planheit eine bedeutendere Auswirkung auf die Auflösung des projizierten Bildes aus. Mit anderen Worten, die Reflexionsfläche des dichroitischen Spiegels 155 muss eine höhere Genauigkeit der Planheit aufweisen als die Reflexionsfläche des ebenen Spiegels 153 und des dichroitischen Spiegels 154.
In der Struktur, die in Fig. 13 gezeigt ist, werden die Linsen 156, 157 der zweiten Linsengruppe, die entfernt von der ersten Linsengruppe 158 liegt, zwischen den dichroitischen Spiegeln 154 und 155 und zwischen dem flachen Spiegel 153 bzw. dem dichroitschen Spiegel 155 angeordnet. Mit dieser Struktur kann, wie man mit der Formel (31) verstehen kann, die astigmatische Differenz, die am dichroitischen Spiegel 155, von den Lichtventilen 150, 151, 152 aus gesehen, entsteht, durch das Quadrat der virtuellen Bildvergrößerung, die man mit der zweiten Linsengruppe mit Sammeleigenschaft, kleiner gemacht werden als die astigmatische Differenz, die ohne die Linse 156 der zweiten Linsengruppe erzeugt wird. Deshalb kann das Substrat des dichroitischen Spiegels 155 dicker gemacht werden als das Substrat davon im Falle, dass die Linse 156 nicht verwendet wird. Folglich kann die Genauigkeit der Planheit der Reflexionsfläche des dichroitischen Spiegels 155 groß gemacht werden ohne den Astigmatismus zu vergrößern.
In der Ausführungsform, die in Fig. 13 gezeigt ist, wird der Astigmatismus, der an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung erzeugt wird, nicht vollständig auf der optischen Achse der optischen Projektionsvorrichtung kompensiert. Jedoch ist das Konzept des Astigmatismus in der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung dasselbe wie das Konzept der vorliegenden Ausführungsform. Der Effekt der Verwendung der Linse 156 der zweiten Linsengruppe ist bedeutend.
In dem optische Pfad, der durch die Linse 157 der zweiten Linsengruppe läuft, wird kein Astigmatismus verursacht, da Licht vom Lichtventil 152 nur von dem ebenen Spiegel 153 und dem dichroitischen Spiegel 155 reflektiert wird. Deshalb hat die Linse 157 der zweiten Linsengruppe keinen Anteil an der Reduzierung des Astigmatismus. Jedoch, da die erste Linsengruppe 158 und die zweite Linsengruppe 156, 157 eine Linsenvorrichtung bilden, die die Fähigkeit zur Bilderzeugung aufweist, ist die Linse 157 der zweiten Linsengruppe notwendig, um Bilder zu erzeugen.
In der Struktur, die in Fig. 13 gezeigt wird, kann Astigmatismus kompensiert werden, indem Platz zur Anpassung einer durchsichtigen Platte bereitgestellt wird, worin die Fläche, welche eine senkrechte Linie der parallelen Fläche und die optische Achse der Projektionslinse einschließt, senkrecht zu der Fläche ist, welche eine senkrechte Linie der Farbüberlagerungsfläche der dichroitischen Spiegel 154, 155 und die optische Achse der Projektionslinse zwischen den Lichtventilen 150, 151, 152 und der ersten Linsengruppe 158 einschließt.
Obwohl Transmissionslichtventile in dieser Ausführungsform, die in der Fig. 13 gezeigt ist, verwendet werden, erreicht man den gleichen Effekt, selbst wenn reflektierende Lichtventile verwendet werden, vorausgesetzt, dass eine optische Projektionsvorrichtung mit einer optischen Farbüberlagerungsvorrichtung verwendet wird.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Erfindung der Astigmatismus, der an der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung erzeugt wird, richtig kompensiert werden und die optische Projektionsvorrichtung kann kompakt gemacht werden. Deswegen können durch Verwendung der optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für eine Projektionsanzeigevorrichtung projizierte Bilder mit sehr hoher Auflösung angezeigt werden, selbst wenn die optische Projektionsvorrichtung eine optische Farbüberlagerungsvorrichtung aufweist und eine einzelne Projektionslinse umfasst, und dabei einen bedeutende Wirkung erzielt.
Obwohl die Projektionsanzeigevorrichtung, die drei Lichtventile für rote, grüne und blaue Lichtkomponenten verwendet, um projizierte Vollfarbbilder zu erhalten und das optische Kompensationsverfahren für eine solche Vorrichtung anwendbar ist, wie er in der Beschreibung der obenerwähnten Ausführungsform erklärt wurde, können auch andere Vorrichtungen, wie eine optische Vorrichtung zur Erzeugung und Lieferung monochromatischer optischer Bilder und optische Kompensationsverfahren für solche optische Vorrichtungen, verwendet werden.
Weiterhin schließen die Beschreibungen der obenerwähnten Ausführungsform die Erläuterungen einer Projektionsanzeigevorrichtung ein, die mit einer zweiten Linsengruppe als zweite Linsenanordnung der Erfindung ausgerüstet ist, und die ebenso mit den Polarisations- und Auftrennungsspiegeln als das durchsichtige Substrat der Polarisations- und Auftrennungsvorrichtung der Erfindung ausgerüstet ist, wobei erklärt wird, dass die Vorrichtung verwendet wird, um den Astigmatismus, der in den dichroitischen Spiegeln oder ähnlichen der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung, die als ebene Plattenanordnung der Erfindung verwendet wird, entsteht, zu reduzieren (oder die Vorrichtung wird verwendet um die Genauigkeit der Planheit der dichroitischen Spiegel zu erhöhen ohne dass der Astigmatismus größer wird) und welche auch erklärt, dass die Vorrichtung eine Kompensation bereitstellt, um den Astigmatismus zu eliminieren. Die Beschreibung enthält auch das optische Kompensationsverfahren, das für solch eine Vorrichtung anwendbar ist. Jedoch kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, die nicht mit einem durchsichtigen Substrat der Polarisations- und Auftrennungsvorrichtung ausgestattet ist, aber mit einer zweiten Linsenanordnung und einem optischen Kompensationsverfahren ausgestattet ist, welches auf solch eine Vorrichtung anwendbar ist. In diesem Fall, wie man aus der Formel (31) versteht, kann der Effekt der Verminderung des Astigmatismus, der an der durchsichtigen Platte 67 und den dichroitischen Spiegeln 68, 69 der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, entsteht, z. B. durch das Quadrat der virtuellen Bildvergrößerung m der zweiten Linsengruppe (64, 65, 66) erhalten werden. Alternativ können als anderer Effekt die Substrate der dichroitischen Spiegel bedeutend dicker gemacht werden als die in dem Fall ohne die zweite Linsengruppe, ohne den Astigmatismus zu vergrößern, wobei die Reflexionsflächen der dichroitischen Spiegel eine höhere Genauigkeit der Planheit haben können.
Weiterhin wird erklärt, dass die Polarisations- und Auftrennungsvorrichtung der Erfindung mit einem durchsichtigen Substrat mit vorbestimmter Dicke und überzogen mit einem Film mit Polarisations- und Trenneigenschaft ausgestattet ist. Jedoch ist die Polarisations- und Auftrennungsvorrichtung nicht auf eine solche Struktur begrenzt. Eine Polarisations- und Auftrennungsvorrichtung, die mit einem dünnen Film mit Polarisations- und Auftrennungseigenschaften ausgestattet ist, und deren beiden Enden von einer prismenförmigen Vorrichtung gehalten wird, kann auch als Gegenstand dieser Erfindung verwendet werden. Selbst in diesem Fall kann der Astigmatismus, der an der durchsichtigen Platte 67, den dichroitischen Spiegeln 68, 69 der optischen Farbüberlagerungsvorrichtung, die z. B. in Fig. 5 gezeigt wird, erzeugt wird, verkleinert werden durch das Quadrat der virtuellen Bildvergrößerung m der zweiten Linsengruppe (64, 65, 66).

Claims

1. Eine optische Vorrichtung umfassend:

eine erste Linsenanordnung (71);

eine zweite Linsenanordnung (64, 65, 66); wobei die erste und die zweite Linsenanordnung eine Projektionslinse mit einem rückseitigen Brennpunkt an einer Lichtventilebene bilden;

eine Bilderzeugungsanordnung (55, 56, 57) zur Erzeugung optischer Bilder;

ein erstes ebenes Plattenelement (67, 68, 69), welches zwischen der ersten Linsenanordnung (71) und der zweiten Linsenanordnung (64, 65, 66) angeordnet ist; wobei das erste ebene Plattenelement zusammen mit der zweiten Linsenanordnung den Astigmatismus kompensiert; und

ein zweites ebenes Plattenelement welches zwischen der zweiten Linsenanordnung (64, 65, 67) und der Bilderzeugungsanordnung (55, 56, 57) angeordnet ist,

wobei das erste und das zweite ebene Plattenelement schief zur optischen Achse der ersten und zweiten Linsenanordnung angeordnet ist; und

eine Fläche, die eine Linie senkrecht zur einer Ebene des ersten ebenen Plattenelements und die optische Achse der ersten und zweiten Linsenanordnung einschließt, wobei die Fläche senkrecht zu einer Fläche ist, die eine Linie senkrecht zu einer Ebene des zweiten ebenen Plattenelements und die optische Achse der ersten und zweiten Linsenanordnung einschließt.

2. Eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 worin das zweite ebene Plattenelement (84) auf beiden Seiten von einem prismaförmigen Element (85) gehalten wird, und ein Brechungsindex des zweiten ebenen Plattenelements und ein Brechungsindex des prismenförmigen Elements voneinander unterschiedlich sind.

3. Eine optische Vorrichtung nach Anspruch 2 worin das zweite ebene Plattenelement (84) einen dünnen Film umfasst, wobei eine Seite des dünnen Films eine polarisationsselektierende Eigenschaft aufweist, und der dünne Film im Verbund mit dem prismenförmigen Element (85) als Polarisations- und Aufspaltungselement mit einer Polarisations- und Aufspaltungseigenschaft dient.

4. Eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1, worin eine Plattendicke t, des ersten ebenen Plattenelements (67, 68, 69) und eine Plattendicke t&sub2; des zweiten ebenen Plattenelements (84) folgende Beziehung erfüllt:

wobei mS eine virtuelle Bildvergrößerung an einem sagittalen paraxialen Bildpunkt der zweiten Linsenanordnung (64, 65, 66) ist, n&sub1; ein Brechungsindex des ersten ebenen Plattenelements (67, 68, 69) ist, n&sub1; ein Brechungsindex eines Mediums, das das erste ebene Plattenelement umgibt, ist, θ&sub1;, ein Einfallswinkel eines Lichtstrahls, weicher auf der optischen Achse der ersten (71) oder der zweiten Linsenanordnung (64, 65, 66) liegt und welcher auf das erste ebene Plattenelement (67, 68, 69) aus dem das erste ebene Plattenelement umgebende Medium einfällt, ist, n&sub2; ein Brechungsindex des zweiten ebenen Plattenelements ist, n&sub2; ein Brechungsindex eines Mediums, das das zweite ebene Plattenelement umgibt, ist, und θ&sub2; ein Einfallswinkel eines Lichtstrahls, welcher auf der optischen Achse der ersten (71) oder der zweiten Linsenanordnung (64, 65, 66) liegt und welcher auf das zweite ebene Plattenelement aus dem das zweite ebene Plattenelement umgebende Medium einfällt, ist.

5. Eine optische Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die Plattendicke t, und die Plattendicke t&sub2; durch folgende Gleichung ausgedrückt werden, wenn eine Vielzahl von ersten ebenen Plattenelementen und eine Vielzahl von zweiten ebenen Plattenelementen aufgestellt sind:

t&sub1; = t&sub1;&sub1; + t&sub1;&sub2; + ... + t1i

t&sub2; = t&sub2;&sub1; + t&sub2;&sub2; + ... + t2j

wobei t&sub1;&sub1; (i = 1, 2, 3, ...) eine Plattendicke des i-ten ebenen Plattenelements aus der Vielzahl erster ebener Plattenelemente darstellt und t&sub2;j (j = 1, 2, 3, ...) eine Plattendicke des j-ten ebenen Plattenelements aus der Vielzahl zweiter ebener.

Plattenelemente darstellt.

6. Eine optische Vorrichtung nach Anspruch 1 worin die Bilderzeugungsanordnungen (55, 56, 57) reflektierende Lichtventile sind, welche eine Polarisationsrichtung des Lichts modulieren.

7. Ein optisches Kompensationsverfahren, das eine optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5 verwendet, worin eine Beziehung zwischen einer Plattendicke des ersten ebenen Plattenelements (67, 68, 69) und einer Plattendicke des zweiten ebenen Plattenelements so eingestellt wird, dass der Astigmatismus, der durch das erste ebene Plattenelement erzeugt wird, den Astigmatismus, der durch das zweite ebene Plattenelement erzeugt wird, gegenseitig kompensiert.

8. Eine Projektionsanzeigevorrichtung umfassend

eine Lichtquelle (41), die Licht einschließlich der drei primären Farbkomponenten liefert;

Farbtrennungsvorrichtungen (43, 44, 45), um das Licht der Lichtquelle in die drei primären Farbkomponenten aufzutrennen;

drei Vorpolarisierer (46, 47, 48), welche die entsprechenden Ausgangslichtstrahlen der Farbtrennungsvorrichtung empfangen;

eine Vielzahl von Bilderzeugungsanordnungen (55, 56, 57) zur Erzeugung optischer Bilder aufgrund der Änderung der Doppelbrechung;

Polarisationsstrahlteileranordnungen (52, 53, 54), wobei jede jeweils einer Bilderzeugungsanordnung zugeordnet ist, um die Polarisationskomponenten, deren Polarisationsebenen senkrecht zueinander sind, zu trennen;

zweite Linsen (64, 65, 66), wobei jede jeweils einer Polarisationsstrahlteileranordnung zugeordnet ist, so dass jeweils eine der zweiten Linsen einen Lichtstrahl von einem der zugeordneten Polarisationsstrahlteileranordnungen (52, 53, 54) überträgt;

Farbüberlagerungsanordnung (67, 68, 69, 70) zur Überlagerung von Licht von den Polarisationsstrahlteileranordnungen zu einem einzelnen Lichtstrahl; und

eine erste Linse (71) zum Empfang von Licht von den Farbüberlagerungsanordnungen und zur Projektion von Licht,

worin jede der Polarisationsstrahlteiler ein durchsichtiges Substrat (84) umfasst, welches parallele Ebenen aufweist die schief zur optischen Achse der ersten Linse (71) angeordnet sind, und ein erster dielektrischer Vielschichtfilm, welcher eine polarisationsselektive Eigenschaft hat und welcher auf dem durchsichtigen Substrat aufgebracht ist;

wobei die Farbüberlagerungsanordnung eine Vielzahl von dichroitischen Spiegeln (68, 69) umfasst, in welchen zweite dielektrische Vielschichtfilme, die eine wellenlängenselektive Eigenschaft aufweisen, auf dem durchsichtigen Substrat mit parallelen Flächen, die schief zur optischen Achse der ersten Linse angeordnet sind, aufgebracht sind; und

eine Fläche, die Linien senkrecht zu Flächen der dichroitischen Spiegel (68, 69), welche die ersten dielektrischen Vielschichtfilme umfassen, und optische Achsen der ersten (71) und der zweiten Linsen (64, 65, 66) einschließt, wobei die Fläche senkrecht zu einer Fläche ist, die Linien senkrecht zu Flächen der Polarisationsstrahlteileranordnungen (52, 53, 54), welche die zweiten dielektrischen Vielschichtfilme umfassen, und die optischen Achsen der ersten und zweiten Linsen einschließt.

9. Eine Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin die Polarisationsstrahlteileranordnungen (52, 53, 54) jeweils in die allgemeine Form eines Prismas als Ganzes gebracht werden, indem beide Oberflächen des durchsichtigen Substrats (84) dicht an eine flüssige oder feste Substanz (85) gefügt werden, wobei deren Brechungsindex unterschiedlich ist zum Brechungsindex des durchsichtigen Substrats, auf dem der dielektrische Vielschichtfilm mit der polarisationsselektierenden Eigenschaft aufgebracht ist.

10. Eine Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin die Farbüberlagerungsanordnung durch die zwei dichroitischen Spiegel (68, 69), eine optische Kompensationsplatte (67) und ein Spiegel mit flacher Oberfläche (70) gebildet wird; und

wobei die ebenen Flächen der dichroitischen Spiegel, die optische Kompensationsplatte und der Spiegel mit flacher Oberfläche zueinander parallel sind.

11. Eine Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 10, worin die zwei dichroitischen Spiegel (68, 69) und die optische Kompensationsplatte (67) dieselbe Plattendicke aufweisen.

12. Eine Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 10, worin eine Plattendicke t&sub1; der dichroitischen Spiegel (68, 69) oder der optischen Kompenstationsplatte (67), welche die entsprechenden Farbkomponenten durchlassen, und eine Plattendicke t&sub2; des durchsichtigen Substrats der Polarisationsstrahlteileranordnung (52, 53, 54), entsprechend den drei primären Farbkomponenten, die folgende Beziehung erfüllt:

wobei ms eine virtuelle Bildvergrößerung an seinem sagittalen paraxialen Bildpunkt der zweiten Linse ist, n&sub1; ein Brechungsindex der dichroitischen Spiegel (68, 69) oder der optischen Kompenstationsplatte (67) ist, n&sub1;, ein Brechungsindex eines Mediums, das die dichroitischen Spiegel (68, 69) oder die optische Kompenstationsplatte (67) umgibt, ist, 8, ein Einfallswinkel eines Lichtstrahls, welcher auf der optischen Achse der ersten (71) und der zweiten Linsen (64, 65, 66) liegt und welcher auf die dichroitischen Spiegel (68, 69) oder die optische Kompenstationsplatte (67) aus dem umgebende Medium einfällt, ist, n&sub2; ein Brechungsindex des durchsichtigen Substrats (84) der Polarisations- und Aufspaltungsanordnung (52, 53, 54) ist, n2' ein Brechungsindex eines Mediums (85) der Polarisations- und Aufspaltungsanordnung (52, 53, 54) ist, und θ&sub2; ein Einfallswinkel eines Lichtstrahls, welcher auf der optischen Achse der ersten (71) und der zweiten Linsen (64, 65, 66) liegt und welcher auf die Polarisations- und Aufspaltungsflächen der Polarisations- und Aufspaltungsanordnung (52, 53, 54) aus dem Medium (85) einfällt, ist.

13. Eine Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 10, worin die Plattendicke der dichroitischen Spiegel und der optischen Kompensationsplatte 1,5 mm oder dicker jedoch 3,0 mm oder dünner sind.