DE69737091T2

DE69737091T2 - Projektionsbildschirm und optisches beleuchtungssystem dafür

Info

Publication number: DE69737091T2
Application number: DE69737091T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki-Seiko Epson Corporation Hashizume; Yoshitaka-Seiko Epson Corporation Itoh
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: DE69738440T2; TW434444B; JP3879125B2; EP0889351B1; EP1645905B1; DE69738440D1; KR100395149B1; EP1670262B1; DE69738383T2; DE69737091D1; EP0889351A4; WO1998019211A1; CN1212060A; EP1670262A1; EP0889351A1; DE69738383D1; EP1645905A1; CN100413347C; US6109751A; KR19990076892A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Projektionsanzeigegerät mit Farblichtkombiniermitteln und auf ein optisches Beleuchtungssystem dafür.
Ein dichroitisches Kreuzprisma wird oft für Projektionsanzeigegeräte verwendet, die ein Farbbild auf einen Projektionsschirm projizieren. Bei einem Transmissions-Flüssigkristall-Projektor wird das dichroitische Kreuzprisma als Farblichtkombiniermittel verwendet, das die drei farbigen Strahlen Rot, Grün und Blau kombiniert und das Lichtgemisch in eine gemeinsame Richtung ausgibt. In einem Reflektions-Flüssigkristallprojektor wird das dichroitische Kreuzprisma als Farblichttrennmittel verwendet, das einen Strahl aus weißem Licht in drei farbige Strahlen Rot, Grün und Blau aufteilt, und auch als Farblichtkombiniermittel, das modulierte drei farbige Strahlen wieder kombiniert und das Lichtgemisch in eine gemeinsame Richtung ausgibt. Ein bekanntes Beispiel für das Projektionsanzeigegerät mit dichroitischem Kreuzprisma ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 1-302385 offenbart.
17 zeigt als Konzept einen Hauptteil eines Projektionsanzeigegeräts. Das Projektionsanzeigegerät umfasst drei Flüssigkristall-Lichtventile 42, 44 und 46, ein dichroitisches Kreuzprisma 48 und ein Projektionslinsensystem 50. Das dichroitische Kreuzprisma 48 kombiniert die drei farbigen Strahlen Rot, Grün und Blau, die durch die drei Flüssigkristall-Lichtventile 42, 44 und 46 moduliert sind, und gibt das Lichtgemisch zu dem Projektionslinsensystem 50 aus. Das Projektionslinsensystem 50 fokussiert das Lichtgemisch auf einen Projektionsschirm 52.
18 zeigt eine teilweise auseinander genommene, perspektivische Darstellung, die das dichroitische Kreuzprisma 48 illustriert. Das dichroitische Kreuzprisma 48 umfasst vier rechtwinklige Prismen, die über die jeweiligen rechtwinkligen Oberflächen durch ein optisches Klebemittel miteinander verbunden sind.
Bei dem Projektionsanzeigegerät, bei dem ein dichroitisches Kreuzprisma als Farblichtkombiniermittel verwendet wird, kann entsprechend den optischen Kennwerten der angewendeten Lichtquelle die Lichtstreuung an einer Verbindung von vier rechtwinkligen Prismen einen dunklen Schatten auf einem projizierten Bild verursachen.
19 zeigt ein Problem, das im Falle der Verwendung eines dichroitschen Kreuzprismas 48 auftritt. Wie in 19(A) gezeigt ist, hat das dichroitische Kreuzprisma 48 eine rotes Licht reflektierende Schicht 60R und eine blaues Licht reflektierende Schicht 60B, die im wesentlichen in einer X-Form auf einer X-förmigen Grenzfläche angeordnet sind, die durch die rechtwinkligen Oberflächen der vier rechtwinkligen Prismen gebildet wird. Es ist eine Schicht aus optischem Klebemittel 62 in den Spalten zwischen den vier rechtwinkligen Prismen ausgebildet. Beide reflektierenden Folien 60R und 60B haben entsprechend Spalten an einer Mittelachse 48a des dichroitischen Kreuzprismas 48.
Wenn ein Lichtstrahl, der durch die Mittelachse 48a des dichroitischen Kreuzprismas 48 hindurch tritt, auf den Projektionsschirm 52 projiziert wird, kann aufgrund der Mittelachse 48a eine dunkle Linie in dem projizierten Bild ausgebildet werden. 19(B) zeigt ein Beispiel der dunklen Linie DL. Die dunkle DL stellt einen verhältnismäßigen dunklen, linearen Bereich dar, der eine andere Farbe als der andere Teil hat und der im Wesentlichen in der Mitte des projizierten Bildes ausgebildet wird. Es wird davon ausgegangen, dass die dunkle Linie DL einer Streuung der Strahlen und einer fehlenden Reflektion des roten Lichts und des blauen Lichts in den Spalten der Reflektionsfolien in der Nachbarschaft der Mittelachse 48A zugeschrieben wird. Ein ähnliches Problem tritt in einem dichroitischen Kreuzspiegel auf, der zwei dichroitische Spiegel umfasst, die in einer X-Form angeordnet sind und jeweils selektive Reflektionsfolien haben, beispielsweise eine Rot-Reflektionsfolie und eine Blau-Reflektionsfolie. In diesem Fall wird eine dunkle Linie aufgrund einer Mittelachse des Spiegels in einem projizierten Bild ausgebildet.
Wie oben beschrieben wurde, wird in dem Projektionsanzeigegerät nach dem Stand der Technik eine dunkle Linie wegen der Mittelachse des dichroitischen Kreuzprismas 48 oder des dichroitischen Kreuzspiegels im Wesentlichen auf der Mitte des projizierten Bildes ausgebildet.
Um das obige Problem in dem Stand der Technik zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, die eine dunkle Linie aufgrund der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel unauffällig macht, wobei die Farblichtkombiniermittel zwei dichroitische Folien umfassen, die im Wesentlichen in einer X-Form angeordnet sind und die ein dichroitisches Kreuzprisma oder ein dichroitischer Kreuzspiegel sein können. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Beleuchtungssystem und ein Projektionsanzeigegerät basierend auf dieser Technik zu realisieren.
Das Prinzip der Problemlösung wird als erstes anhand eines konkreten Beispiels beschrieben, das in den 1 bis 4 gezeigt ist. In den Zeichnungen bezeichnet die z-Richtung die Richtung der Lichtausbreitung, die x-Richtung von drei Uhr bei Blickrichtung in Richtung der Lichtausbreitung (der z-Richtung) und die y-Richtung die Richtung von zwölf Uhr. In der folgenden Beschreibung stellt der Einfachheit halber die x-Richtung die Richtung der Zeilen und die y-Richtung die Richtung der Spalten dar. Obwohl die Beschreibung des Prinzips zum besseren Verständnis auf einem konkreten Beispiel basiert, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese konkrete Anordnung in irgendeiner Weise beschränkt.
Bei einem Projektionsanzeigegerät ist ein optisches Beleuchtungssystem mit zwei Linsenfeldern, die jeweils eine Vielzahl von kleinen Linsen umfassen (im folgenden als optisches Zusammenführungssystem bezeichnet), wie es in der WO 94/22042 angegeben ist, als Technik bekannt, um Licht von einer Lichtquelle in eine Vielzahl von Teillichtflüssen aufzuteilen und dadurch eine ebenenbezogene (in-plane) Ungleichmäßigkeit der Lichtausleuchtung zu reduzieren.
1 zeigt das Prinzip der Ausbildung einer dunklen Linie, wenn ein optisches Zusammenführungssystem in einem Projektionsanzeigegerät mit einem dichroitischen Kreuzprisma verwendet wird. Die 1(A-1) und 1(B-1) zeigen Lichtflüsse (durch ausgezogene Linien dargestellt), die durch eine Vielzahl von kleinen Linsen 10 hindurch treten, die in ihrer Position in der x-Richtung unterschiedlich sind, das heißt, dass eine Vielzahl kleiner Linsen 10 in unterschiedlichen Spalten vorhanden sind, und Spuren ihrer optischen Mittelachsen (durch dünne gepunktete Linien dargestellt). Die 1(A-2) und 1(B-2) zeigen die Positionen der dunklen Linien DLa und DLb, die auf einem Projektionsschirm 7 ausgebildet werden.
Ein Lichtfluss, der von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) emittiert wird, wird in eine Vielzahl von Teillichtflüssen durch erste und zweite Linsenfelder 1 und 2 aufgetrennt, die jeweils die Vielzahl kleinerer Linsen 10 umfassen. Die Lichtflüsse, die durch die jeweiligen kleinen Linsen 10 hindurch treten, die in den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2 enthalten sind, werden durch eine eine Parallelität bewirkende Linse 15 in Lichtflüsse umgesetzt, die zu den jeweiligen Mittelachsen der Lichtflüsse parallel sind. Die Lichtflüsse, die durch die eine Parallelität bewirkende Linse 15 hindurch treten, werden an einem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagert, so dass ein vorbestimmter Bereich durch die überlagerten Lichtflüsse gleichförmig ausgeleuchtet wird. Obwohl nur ein Flüssigkristall-Lichtventil 3 in 1 gezeigt ist, ist das Prinzip des optischen Zusammenführungssystems und das Prinzip der Ausbildung einer dunklen Linie ebenfalls auf die anderen beiden Flüssigkristall-Lichtventile anwendbar.
2 ist eine perspektivische Darstellung, die die Anordnung der Linsenfelder 1 und 2 darstellt. Die ersten und zweiten Linsenfelder 1 und 2 umfassen kleine Linsen 10, die jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Umfang haben und in einer Matrix von M Zeilen und N Spalten angeordnet sind. In diesem Beispiel ist M=10 und N=8. 1(A-1) zeigt den Weg der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 10 der zweiten Spalte hindurch treten, während 1(B-1) die Spur der Teillichtflüsse zeigt, die durch die kleinen Linsen 10 der siebten Spalte hindurch treten.
Die auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagerten Lichtflüsse werden in Antwort auf eine Bildinformation in dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 einer Modulation unterworfen und treten in ein dichroitisches Kreuzprisma 4 ein. Die Lichtflussausgabe aus dem dichroitischen Kreuzprisma 4 wird über ein Projektionslinsensystem 6 auf den Projektionsschirm 7 projiziert.
Wie durch die grob gepunkteten Linien in den 1(A-1) und 1(B-1) gezeigt ist, werden die Lichtflüsse, die durch eine Mittelachse 5 (entlang der y-Richtung in der Zeichnung) des dichroitischen Kreuzprismas 4 hindurch treten, an den Positionen Pa und Pb auf dem Projektionsschirm 7 projiziert. Wie oben als Problem, das durch die Erfindung angesprochen wird, diskutiert wurde, vermindert die Streuung der Strahlen und die fehlende Reflektion des Lichts, das an den Spalten zwischen den Reflektionsfolien in der Nachbarschaft der Mittelachse 5 reflektiert werden soll, die Lichtmenge, die durch die Nachbarschaft der Mittelachse 5 hindurch tritt. Wie in den 1(A-2) und 1(B-2) gezeigt ist, bewirkt diese Verminderung die dunklen Linien DLa und DLb, die eine geringere Leuchtkraft haben als der umgebende Bereich auf dem Projektionsschirm 7.
Die dunkle Linie hat die folgende Beziehung zu den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2. Wie klar in 3(A) gezeigt ist, die eine vergrößerte Teildarstellung von 1(A-1) ist, wird das durch das Flüssigkristall-Lichtventil 3 erzeugte Bild durch das Projektionslinsensystem 6 invertiert und vergrößert und auf den Projektionsschirm 7 projiziert. 3(B) ist eine Querschnittsdarstellung, die eine x-y-Ebene zeigt, die die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 umfasst. Bezug nehmend auf die 3(A) und 3(B) bezeichnet, wenn ein Teillichtfluss durch die x-y-Ebene geschnitten wird, die die Mittelachse des dichroitischen Kreuzprismas 4 umfasst, r1 einen Abstand von einem Ende 11 des Querschnitts 8 des Teillichtflusses zu der Mittelachse 5 und r2 einen Abstand von dem anderen Ende 12 des Querschnitts 8 des Teillichtflusses zu der Mittelachse 5. Das Bild des Querschnitts 8 des Teillichtflusses wird durch das Projektionslinsensystem 6 invertiert und vergrößert und auf den Projektionsschirm 7 projiziert. Ein Verhältnis eines Abstandes R2 von einem Ende 13 eines Projektionsbereiches 9 auf dem Projektionsschirm 7 zu der dunklen Linie DLa zu einem Abstand R1 von dem anderen Ende 14 des Projektionsbereichs 9 zu der dunklen Linie DLa ist entsprechend gleich dem Verhältnis von r2 zu r1. Mit anderen Worten hängt die Position, wo die dunkle Linie DLa ausgebildet wird, von der Position ab, wo der Querschnitt 8 des Teillichtflusses in Bezug auf die Mittelachse 5 in der x-y-Ebene vorhanden ist, die die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 umfasst.
Bei den Beispielen der 1(A-1) und 1(B-1) haben die Teillichtflüsse Querschnitte an unterschiedlichen Positionen der x-y-Ebene, die die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 umfasst. Dies bedeutet, dass die dunklen Linien DLa und DLb an unterschiedlichen Positionen ausgebildet werden. Auf ähnliche Weise haben die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 10 hindurch treten, die in den anderen Spalten als der zweiten Spalte und der siebten Spalte der ersten und zweiten Linsenfelder 1 und 2 vorhanden sind, Querschnitte an unterschiedlichen Positionen in der x-y-Ebene, die die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 umfasst. Eine Anzahl von dunklen Linien entsprechend der Anzahl der Spalten, die in den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2 vorhanden sind, N dunkle Linien in diesem Beispiel, werden auf diese Weise auf dem Projektionsschirm 7 ausgebildet.
Die Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Spalte in den ersten und zweiten Linsensystemen 1 und 2 ausgerichtet sind, bilden dunkle Linien DLc annäherungsweise an der gleichen Position auf dem Projektionsschirm 7, wie es in 4 gezeigt ist. Jede der N dunklen Linien wird durch Überlagerung der Teillichtflüsse ausgebildet, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die auf derselben Spalte in den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2 ausgerichtet sind. Das Maß der Dunkelheit jeder dunklen Linie ist im Wesentlichen identisch mit der Summe des Maßes der Dunkelheit der dunklen Linien, die durch die jeweiligen kleinen Linien erzeugt werden.
Die vorstehende Beschreibung führt zu den folgenden Prinzipien.
(Erstes Prinzip)
Das erste Prinzip ist es, dass die unterschiedlichen Positionen der optischen Mittellinien der Teillichtflüsse in Bezug auf die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas bewirken, dass dunkle Linien an unterschiedlichen Positionen ausgebildet werden. Die Teillichtflüsse, die durch die unterschiedlichen Spalten, die in den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2 vorhanden sind, hindurch treten, sind in ihrer Position unterschiedlich in Bezug auf die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4, und daher bilden sich dunkle Linien an unterschiedlichen Positionen.
(Zweites Prinzip)
Das zweite Prinzip ist, dass die unterschiedlichen Positionen der Querschnitte der Teillichtflüsse in der x-y-Ebene, die die Mittelachse des dichroitischen Kreuzprismas 4 umfasst, unterschiedlichen Einfallswinkeln der Teillichtflüsse zugeschrieben werden, die in das dichroitische Kreuzprisma 4 eintreten (siehe 1). Die Teillichtflüsse, die durch die unterschiedlichen Spalten, die in den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2 enthalten sind, hindurch treten, treten in das dichroitische Kreuzprisma 4 unter unterschiedlichen Einfallswinkeln ein, und dadurch liegen ihre Querschnitte an unterschiedlichen Positionen in Bezug auf die Mittelachse 5.
Insbesondere bewirken unterschiedliche Einfallswinkel der Teillichtflüsse, die in das dichroitische Kreuzprisma 4 eintreten, oder unterschiedliche Winkel der Teillichtflüsse, die in dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagert werden, dass dunkle Linien an unterschiedlichen Positionen ausgebildet werden.
(Verfahren, um die dunklen Linien unauffällig zu machen)
Wie oben diskutiert wurde, bilden die Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Spalte in den ersten und zweiten Linsenfeldern 1 und 2 ausgerichtet sind, jeweils dunkle Linien an im Wesentlichen der gleichen Position auf dem Projektionsschirm 7. Das Maß der Dunkelheit von jeder sich ergebenden dunklen Linie ist im Wesentlichen gleich der Summe des Maßes der Dunkelheit der dunklen Linien, die durch die jeweiligen kleinen Linsen ausgebildet werden. Eine erwünschte Anordnung bewirkt folglich, dass die dunklen Linien an unterschiedlichen Positionen auf dem Projektionsschirm durch die jeweiligen Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, ausgebildet werden. Obwohl die Gesamtzahl der dunklen Linien erhöht wird, vermindert diese Anordnung das Maß der Dunkelheit pro dunkler Linie, so dass jede dunkle Linie in ausreichendem Maße unauffällig wird. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass bewirkt wird, dass alle dunklen Linien an unterschiedlichen Positionen durch die jeweiligen Teillichtflüsse erzeugt werden, die durch die M kleinen Lin sen hindurch treten. Eine bevorzugte Anwendung bewirkt folglich, dass nur ein Teil der dunklen Linien an unterschiedlichen Positionen ausgebildet wird.
Die Ausbildung von dunklen Linien an unterschiedlichen Positionen wird entsprechend dem ersten Prinzip und dem zweiten Prinzip wie oben beschrieben realisiert.
Auf der Basis des ersten Prinzips sollten für einen Teil der Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die in der selben Richtung der Spalten angeordnet sind, die Positionen der Mittelachsen der Teillichtflüsse in Bezug auf die Mittelachse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 zueinander abgeändert werden.
Auf der Basis des zweiten Prinzips sollten für einen Teil der Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die in der selben Richtung der Spalten angeordnet sind, die Winkel der Teillichtflüsse, die an dem Flüssigkristall-Lichtventil 4 überlagert werden, oder die Einfallswinkel der Teillichtflüsse, die in dichroitische Kreuzprisma 4 eintreten, gegeneinander verändert werden.
Die vorliegende Erfindung hat das Problem des Standes der Technik, das oben diskutiert wurde, entsprechend den vorstehenden Prinzipien gelöst. Im Folgenden werden die Mittel zur Lösung des Problems und ihre Funktionen und Wirkungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Projektionsanzeigegerät bereit, wie es in den Ansprüchen 1 und 2 beansprucht ist.
Ein erstes Projektionsanzeigegerät ist ein Projektionsanzeigegerät, das umfasst: ein optisches Beleuchtungssystem, das Licht aussendet; Farblichttrennmittel, die das Licht in drei farbige Strahlen trennen; drei Lichtmodulationsmittel, die die drei farbigen Strahlen jeweils auf der Grundlage gegebener Lichtsignale modulieren; Farblichtkombiniermittel, die zwei dichroitische Folien (Beläge), die in X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse haben, die einer Position entspricht, an der die dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Farblichtkombiniermittel die drei von den drei Lichtmodulationsmitteln jeweils modulierten farbigen Strahlen zu einem Lichtgemisch kombinieren und das Lichtgemisch in einer gemeinsamen Richtung ausgeben; und Projektionsmittel, die das von den Lichtkombiniermitteln ausgegebene Lichtgemisch auf eine Projektionsoberfläche projizieren, wobei das optische Beleuchtungssystem umfasst: ein optisches Aufteilungs- und Überlagerungssystem, das einen Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilt, die in einer Richtung von Spalten, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse der Farblichtkombiniermittel sind, und in einer Richtung von Zeilen angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Farblichtkombiniermittel sind, und die Vielzahl von Teillichtflüssen zur Überlagerung bringen, wobei das optische Aufteilungs- und Überlagerungssystem konstruiert ist, eine Position zu verschieben, in der die Mittelachse durch einen Teil der Teillichtflüsse ein und derselben Spalte auf die Projektionsoberfläche projiziert wird, und zwar aus einer Position, in der die Mittelachse durch die anderen Teillichtflüsse in ein und derselben Spalte projiziert wird, wobei die Positionsverschiebung in eine Richtung erfolgt, die sich von einer der Mittelachse entsprechenden Richtung unterscheidet.
Ein Teillichtfluss projiziert die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel auf die Projektionsoberfläche, um eine dunkle Linie entsprechend der Mittelachse auszubilden. Eine Vielzahl von Teillichtflüssen, die auf einer der Spalten ausgerichtet sind, projizieren im Allgemeinen die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel auf im Wesentlichen die gleiche Position auf der Projektionsoberfläche, um eine dunkle Linie zu bilden. Die Anordnung der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass ein Teil der Teillichtflüsse oder der Vielzahl der Teillichtflüsse auf einer Spalte die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel als eine dunkle Linie an einer von der Position der Mittelachse unterschiedlichen Position auf der Projektionsoberfläche projiziert, die durch die anderen Teillichtflüsse projiziert wird. Die Anordnung macht die auf dem Projektionsbild ausgebildeten, dunklen Linien in ausreichendem Maße unauffällig.
Das optische Aufteilungs- und Überlagerungssystem umfasst Lichtflussaufteilungsmittel, die den Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilen; und Einfallswinkeländerungsmittel, die den Teil der Lichtflüsse von den Teillichtflüssen ein und derselben Spalte veranlassen, in die Farblichtkombiniermittel unter einem Einfallswinkel einzutreten, der sich von dem der anderen Teillichtflüsse unterscheidet.
Das Lichtflussaufteilungsmittel umfasst mindestens ein Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen enthält, die in den Richtungen der Spalten und Zeilen angeordnet sind; und die Einfallswinkeländerungsmittel weisen einen gestuften, reflektierenden Spiegel auf, der einen Stufenteil auf seiner reflektierenden Oberfläche hat.
In einem anderen optischen Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Farblichttrennmittel wenigstens ein Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen enthält, die in den Richtungen der Spalten und Zeilen angeordnet sind, und die Einfallswinkeländerungsmittel enthalten ein transparentes Bauteil, das angeordnet ist, relativ zu einer Oberfläche des Linsenfelds geneigt zu sein.
Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Position des zentralen optischen Pfades des Teils der Teillichtflüsse in Bezug auf die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel gegenüber der Position des zentralen optischen Pfades der anderen Teillichtflüsse verschoben wird. Der Teil der Teillichtflüsse und die anderen Teillichtflüsse bilden folglich dunkle Linien an unterschiedlichen Positionen. Dies macht die dunklen Linien, die auf dem projizierten Bild ausgebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig. Jede der vorstehenden Kombinationen macht die auf dem projizierten Bild ausgebildeten dunklen Linien in erhöhtem Maße unauffällig.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein zweites Projektionsanzeigegerät bereitgestellt, das umfasst: ein optisches Beleuchtungssystem, das Licht aussendet; Farblichttrennmittel, die das Licht in drei farbige Strahlen trennen; drei Lichtmodulationsmittel, die die drei farbigen Strahlen jeweils auf der Grundlage gegebener Bildsignale modulieren; Lichtkombinationsmittel, die zwei dichroitische Folien haben, die in X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse, die einer Position entspricht, in der die zwei dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Lichtkombiniermittel die drei von den drei Lichtkombinationsmitteln jeweils modulierten, farbigen Strahlen zu einem Lichtgemisch kombinieren und das Lichtgemisch in einer gemeinsamen Richtung ausgeben; und Projekti onsmittel, die das von den Lichtkombiniermitteln ausgegebene Lichtgemisch auf eine Projektionsoberfläche projizieren, wobei das optische Beleuchtungssystem umfasst: ein erstes Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen hat, die einen von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüssen trennen; ein zweites Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen hat, die jeweils der Vielzahl der kleinen Linsen des ersten Linsenfelds entsprechen; und den optischen Weg verschiebende Mittel, die einen optischen Weg von einem Teil der Teillichtflüsse unter einer Vielzahl von Teillichtflüssen, die durch die Vielzahl der kleinen Linsen hindurch treten, die in einer vorgegebenen Richtung entsprechend der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel angeordnet sind, gegenüber einem optischen Pfad der anderen Teillichtflüsse unter der Vielzahl der Teillichtflüsse verschieben.
Eine Vielzahl der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die in einer vorgegebenen Richtung entsprechend der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel unter der Vielzahl der kleinen Linsen in den ersten und zweiten Linsenfelder ausgerichtet sind, projizieren die Mittelachsen der Farblichtkombiniermittel auf im Wesentlichen die gleiche Position auf der Projektionsoberfläche, um eine dunkle Linie zu bilden. Die den optischen Pfad verschiebenden Mittel verschieben den optischen Pfad von einem Teil der Teillichtflüsse unter Vielzahl der Teillichtflüsse von dem optischen Pfad der anderen Teillichtflüsse weg. Auf der Grundlage des oben diskutierten, ersten Prinzips verhindert diese Anordnung, dass die Vielzahl der Teillichtflüsse die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel auf im Wesentlichen die gleiche Position projizieren, so dass die dunklen Linien, die auf dem projizierten Bild ausgebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig gemacht werden.
Entsprechend einer bevorzugten Anordnung des zweiten Projektionsanzeigegerät umfassen die den optischen Pfad verschiebenden Mittel, Mittel, die den optischen Weg der Teillichtflüsse, die durch Positionen hindurch treten, die jeweils von der optischen Achse der Lichtquelle entfernt liegen, um einen vorgegebenen Abstand in einer vorgegebenen Richtung von dem optischen Pfad der Teillichtflüsse verschieben, die durch die anderen Positionen hindurch treten.
Die Intensität des Lichts von der Lichtquelle hängt von dem Abstand von der optischen Achse der Lichtquelle ab. Die Verschiebung des optischen Pfades der Teillichtflüsse, die eine verhältnismäßig hohe Lichtintensität haben, weg von dem optischen Pfad der anderen Teillichtflüsse macht die dunklen Linien, die auf dem Projektionsbild ausgebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig.
Wenn die Lichtquelle eine Lichtquellenlampe und einen konkaven Spiegel aufweist, der das von der Lichtquellenlampe abgestrahlte Licht reflektiert, ist es bevorzugt, dass der spezifizierte Abstand im Wesentlichen gleich der Brennweite des konkaven Spiegels ist. Die Teillichtflüsse, die durch Positionen hindurch treten, die jeweils um die Brennweite des konkaven Spiegels von der optischen Achse entfernt liegen, haben eine höhere Lichtintensität als die der anderen Teillichtflüsse. Durch Verschieben des optischen Pfades der Teillichtflüsse, die durch diese spezifizierten Positionen hindurch treten, von dem optischen Pfad der anderen Teillichtflüsse, die durch die anderen Positionen hindurch treten, macht die dunklen Linien, die auf dem projizierten Bild ausgebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfassen die den optischen Pfad verschiebenden Mittel einen gestuften, reflektierenden Spiegel, der ein Stufenteil auf einer reflektierenden Oberfläche hat. Diese einfache Anordnung kann den optischen Weg spezifizierter Teillichtflüsse beliebig verändern.
Es ist bevorzugt, dass das Stufenteil des gestuften, reflektierenden Spiegels so angeordnet ist, dass es sich in einer Richtung senkrecht zu der Richtung erstreckt, die der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel entspricht. Diese Anordnung ermöglicht es, dass der optische Pfad von einem Teil der Teillichtflüsse in einer Richtung verschoben wird, die der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel entspricht.
Es ist bevorzugt, dass der gestufte, reflektierende Spiegel eine erste reflektierende Oberfläche und eine zweite reflektierende Oberfläche mit unterschiedlichen Höhenlagen umfasst, wobei die zweite, reflektierende Oberfläche an zwei unterschiedlichen Positionen angeordnet ist, die respektive von einer optischen Achse der Lichtquelle durch einen spezifizierten Abstand in einer vorgegebenen Rich tung entfernt liegen, die der Mittelachse des Farblichtkombiniermittels entspricht. Die zwei zweiten, reflektierenden Oberflächen ändern jeweils den optischen Pfad der Teillichtflüsse, die eine relativ hohe Lichtintensität haben.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die den optischen Pfad verschiebenden Mittel ein transparentes Bauteil, das angeordnet ist, relativ zu einer Oberfläche des zweiten Linsenfeldes geneigt zu sein.
Gemäß einer bevorzugten Anordnung weist das optische Beleuchtungssystem ferner auf: ein Polarisationselement, das an einer Position zwischen dem zweiten Linsenfeld und den den optischen Pfad verschiebenden Mitteln angeordnet ist, wobei das Polarisationselement umfasst: ein Polarisations-Strahlteilerfeld, das eine Vielzahl von Sätzen von Polarisationstrennfolien und eine reflektierende Folie hat, die parallel zueinander sind, wobei das Polarisations-Strahlteilerfeld jeden der Vielzahl der Teillichtflüsse, die durch die Vielzahl der kleinen Linsen des zweiten Linsenfelds hindurch treten, in zwei Typen von linear polarisierten Lichtkomponenten auftrennt; und einen Polarisator, der die Polarisationsrichtungen der zwei Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten, die durch das Polarisations-Strahlteilerfeld aufgeteilt wurden, ausgleicht, und wobei die den optischen Weg verschiebenden Mittel einen Teil der optischen Wege der zwei Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten, die durch die Vielzahl der kleinen Linsen, die in der vorgegebenen Richtung entsprechend der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel angeordnet sind und die durch das Polarisations-Strahlteilerfeld aufgetrennt wurden, gegenüber den anderen optischen Pfaden verschieben.
Nachdem das Polarisations-Strahlteilerfeld das einfallende Licht in zwei Typen von linear polarisierten Lichtkomponenten aufgeteilt hat, gleicht der Polarisator in dem Polarisierungselement die Polarisierungsrichtungen der zwei Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten aus. Die Verschiebung eines Teils der optischen Pfade der zwei Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten, die durch das Polarisations-Strahlteilerfeld von den anderen optischen Pfaden getrennt wurden, macht die dunklen Linien, die auf dem Positionsbild ausgebildet werden, in erhöhtem Maße unauffällig.
Es ist bevorzugt, dass die Größe der Verschiebung, um die der Teil der optischen Pfade der zwei Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten durch die den optischen Pfad verschiebenden Mittel verschoben wird, näherungsweise die Hälfte eines Abstands zwischen nebeneinander liegenden optischen Pfaden der zwei Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten ist.
Die Verschiebung des optischen Pfades um näherungsweise den halben Abstand zwischen nebeneinander liegenden optischen Pfaden der beiden Typen der linear polarisierten Lichtkomponenten ermöglicht es, dass die optischen Pfade der verschobenen zwei Typen von linear polarisierten Lichtkomponenten und diejenigen der nicht verschobenen zwei Typen von linear polarisierten Lichtkomponenten mit im Wesentlichen gleichen Intervallen angeordnet werden können. Die Anordnung der vier optischen Pfade mit im Wesentlichen gleichen Intervallen macht die dunklen Linien, die auf dem projizierten Bild ausgebildet werden, in höchstem Maße unauffällig.
Gemäß einer anderen Anordnung weist das zweite Projektionsanzeigegerät ferner auf: ein optisches Überlagerungssystem, das eine Vielzahl von Teillichtflüssen, die durch das erste Linsenfeld und das zweite Linsenfeld hindurch treten, um die drei Lichtmodulationsmittel zu beleuchten, einander überlagert, wobei die den optischen Pfad verschiebenden Mittel zwischen dem zweiten Linsenfeld und dem optischen Überlagerungssystem angeordnet sind.
Ein drittes Projektionsanzeigegerät ist nur zu erläuternden Zwecken offenbart und bildet nicht Teile der vorliegenden Erfindung. Das Projektionsanzeigegerät umfasst: ein optisches Beleuchtungssystem, das Licht aussendet; Farblichttrennmittel, die Licht in drei farbigen Strahlen auftrennen; drei Lichtmodulationsmittel, die respektive die drei farbigen Strahlen auf der Grundlage von gegebenen Bildsignalen modulieren; Farblichtkombiniermittel, die zwei dichroitische Folien aufweisen, die in einer X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse entsprechend einer Position haben, wo die zwei dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Farblichtkombiniermittel die drei farbigen Strahlen, die jeweils durch die drei Lichtmodulationsmittel moduliert sind, zu einem Lichtgemisch kombinieren und das Lichtgemisch in einer gemeinsamen Richtung ausgeben; und Projektionsmittel, die den Lichtgemischausgang von den Farblichtkombi niermitteln auf eine Projektionsoberfläche projizieren, wobei das optische Beleuchtungssystem umfasst: ein erstes Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen hat, die einen von einer Lichtquelle ausgegebenen Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilen; ein zweites Linsenfeld mit einer Vielzahl von kleineren Linsen, die jeweils der Vielzahl der kleinen Linsen des ersten Linsenfeldes entsprechen, wobei sowohl das erste Linsenfeld als auch das zweite Linsenfeld in einer Richtung von Zeilen senkrecht zu der Richtung, die der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel entspricht, in eine Vielzahl von Zeilen aufgeteilt sind, die jeweils eine Vielzahl von kleinen Linsen haben, wobei Zeilen, die jeweils von einem optischen Pfad der Lichtquelle um einen spezifizierten Abstand in der Richtung beabstandet angeordnet sind, die der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel entspricht, an Positionen angeordnet sind, die von den anderen Zeilen durch einen festgelegten Betrag der Verschiebung verschoben sind.
Eine Vielzahl von Teillichtflüssen, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die in einer vorgegebenen Richtung entsprechend der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel oder der Vielzahl der kleinen Linsen in den ersten und zweiten Linsenfeldern angeordnet sind, projizieren die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel auf im Wesentlichen die gleiche Position auf der Projektionsoberfläche, um eine dunkle Linie zu bilden. Wenn die Lichtquelle eine Lichtquellenlampe und einen konkaven Spiegel umfasst, der das von der Lichtquellenlampe ausgegebene Licht reflektiert, haben die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen an einer speziellen Zeile hindurch treten, die an Positionen vorhanden sind, die respektive von der optischen Achse der Lichtquelle um die Brennweite des konkaven Spiegels beabstandet sind, eine verhältnismäßig hohe Lichtintensität. Auf der Grundlage des zweiten Prinzips, das oben diskutiert wurde, bewirkt die Verschiebung dieser spezifischen Zeilen von den anderen Zeilen, dass die dunklen Linien, die auf dem projizierten Bild ausgebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig sind.
Ein viertes Projektionsanzeigegerät ist nur zu erläuternden Zwecken offenbart und ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Die Projektionsanzeige umfasst: ein optisches Beleuchtungssystem, welches Licht ausgibt; Farblichtaufteilungsmittel, die das Licht in drei farbige Strahlen aufteilen; drei Lichtmodulationsmittel, die jeweils die drei farbigen Strahlen auf der Grundlage von gegebenen Bildsignalen modulieren; Farblichtkombiniermittel, die zwei dichroitische Folien aufweisen, die in einer X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse aufweisen, die einer Position entspricht, wo die zwei dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Farblichtkombiniermittel die drei farbigen Strahlen, die jeweils durch die drei Lichtmodulationsmittel moduliert sind, zu einer Lichtmischung kombiniert und die Lichtmischung in einer gemeinsamen Richtung ausgibt; und Projektionsmittel, die den Lichtmischungsausgang von dem Farblichtkombiniermitteln auf eine Projektionsoberfläche ausgeben, wobei das optische Belichtungssystem umfasst: ein erstes Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen hat, die einen von der Lichtquelle ausgegebenen Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüsse aufteilen; und ein zweites Linsenfeld, das eine Vielzahl kleiner Linsen hat, die jeweils der Vielzahl der kleinen Linsen des ersten Linsenfelds entsprechen, wobei sowohl das erste Linsenfeld als auch das zweite Linsenfeld in einer Richtung von Zeilen senkrecht zu einer Richtung, die der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel entspricht, in eine Vielzahl von Zeilen aufgeteilt sind, die jeweils eine Vielzahl kleiner Linsen haben, wobei wenigstens ein Teil der Zeilen unter der Vielzahl der Zeilen an Positionen angeordnet sind, die gegenüber den anderen Zeilen verschoben sind, und wobei die Anzahl der Zeilen, deren kleine Linsen unter identischen Positionen in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Zeilen angeordnet sind, so eingestellt ist, dass sie nicht größer ist als zwei Fünftel der gesamten Anzahl der Vielzahl der Zeilen.
Eine Vielzahl von Teillichtflüssen, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die in einer vorgegebenen Richtung entsprechend der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel unter der Vielzahl der Linsen in den ersten und zweiten Linsenfeldern angeordnet sind, projizieren die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel auf im Wesentlichen die gleiche Position auf der Projektionsoberfläche, um eine dunkle Linie zu bilden. In dem vierten Projektionsanzeigegerät ist die Anzahl der Zeilen, die unter äquivalenten Positionen angeordnet sind, reduziert, so dass sie nicht größer als zwei Fünftel der Gesamtzahl der Zeilen ist. Auf der Grundlage des zweiten Prinzips, das oben diskutiert wurde, bewirkt diese Struktur, dass die dunklen Linien, die auf dem projizierten Bild gebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig sind.
Entsprechend einer bevorzugten Anordnung des vierten Projektionsanzeigegerätes sind die Vielzahl der Zeilen in dem ersten Linsenfeld und dem zweiten Linsenfeld um einen feststehenden Betrag der Verschiebung gegeneinander verschoben. Diese Anordnung reduziert der Anzahl der Zeilen, die an den äquivalenten Positionen angeordnet sind.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und illustrative Anordnungen werden nachfolgend nur als Beispiel beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 das Prinzip der Ausbildung einer dunklen Linie zeigt, wenn ein optisches Zusammenführungssystem in einem Projektionsanzeigegerät mit einem dichroitischen Kreuzprisma verwendet wird;
2 eine perspektivische Darstellung ist, die die Anordnung von zwei Linsenfeldern 1 und 2 darstellt;
3 eine teilweise vergrößerte Darstellung von 1(A-1) und eine Querschnittsdarstellung ist, die eine x-y-Ebene mit einer Mittelachse 5 eines dichroitischen Kreuzprismas 4 einschließt;
4 als Konzept den Zustand zeigt, in dem die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen, die auf einer N-ten Spalte in den zwei Linsenfeldern 1 und 2 ausgerichtet sind, hindurch getreten sind, auf einem Projektionsschirm 7 projiziert werden;
5 eine Draufsicht ist, die einen Hauptteil eines Projektionsanzeigegeräts 1000 als ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine perspektivische Darstellung ist, die die Anordnung eines ersten und eines zweiten Linsenfeldes 120 und 130 zeigt;
7 die Anordnung eines Polarisierungselements 140 zeigt;
8 die Struktur eines gestuften, reflektierenden Spiegels 150 in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 die Funktion des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 zeigt;
10 die Funktion des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 zeigt;
11 eine vergrößerte Darstellung ist, die einen Teil des abgestuften, reflektierenden Spiegels 150 und das Polarisierungselement 140 von 9 zeigt;
12 einen Hauptteil eines Projektionsanzeigegeräts 2000 und seines optischen Beleuchtungssystems als ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt;
13 eine Vorderansicht ist, die den Vergleich zwischen den in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Linsenfeldern und einer dritten Anordnung zeigt, die nicht Teil der Erfindung ist;
14 den Zustand zeigt, bei dem die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, durch ein dichroitisches Kreuzprisma 260 übertragen werden;
15 den Vergleich zwischen den in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Polarisationselementen und der dritten Anordnung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
16 eine Vorderansicht ist, die den Vergleich zwischen den in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Linsenfeldern und einer vierten Anordnung zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
17 einen Hauptteil eines Projektionsanzeigegerätes konzeptionell darstellt;
18 eine teilweise auseinander genommene, perspektivische Darstellung ist, die ein dichroitisches Kreuzprisma 48 darstellt; und
19 ein Problem zeigt, das im Falle der Verwendung des dichroitischen Kreuzprismas 48 auftritt.
Das Folgende beschreibt einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In den jeweiligen Ausführungsbeispielen, die unten diskutiert werden, bezeichnet die z-Richtung die Richtung der Lichtausbreitung, die y-Richtung die Richtung bei drei Uhr bei Blickrichtung von der z-Richtung, und die y-Richtung bezeichnet die Richtung bei zwölf Uhr, wenn es nicht anders angegeben ist.
A. Erstes Ausführungsbeispiel
5 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Hauptteil eines Projektionsanzeigegeräts 1000 in einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Projektionsanzeigegerät 1000 umfasst: ein optisches Beleuchtungssystem 100; dichroitische Spiegel 210 und 212; reflektierende Spiegel 220, 222 und 224; eine Eingangslinse 230; eine Relaislinse 232; drei Feldlinsen 240, 242 und 244; drei Flüssigkristall-Lichtventile (Flüssigkristallpanels) 250, 252 und 254; ein dichroitisches Kreuzprisma 260 und ein Projektionslinsensystem 270.
Das optische Beleuchtungssystem 100 umfasst: eine Lichtquelle 110, die einen im Wesentlichen parallelen Lichtfluss emittiert; ein erstes Linsenfeld 120; ein zweites Linsenfeld 130; ein Polarisierungselement 140, das das einfallende Licht in eine in vorgegebener Weise linear polarisierte Lichtkomponente umsetzt; einen gestuften, reflektierenden Spiegel 150 und eine Überlagerungslinse 160. Das optische Beleuchtungssystem 100 ist ein optisches System, das die drei Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 im Wesentlichen gleichförmig ausleuchtet.
Die Lichtquelle 110 hat eine Lichtquellenlampe 112, die als Strahlungslichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahles verwendet wird, und einen konkaven Spiegel 114, um den von der Lichtquellenlampe 112 ausgegebenen Lichtstrahl in einen im Wesentlichen parallelen Lichtfluss umzusetzen. Ein bevorzugtes Beispiel für den konkaven Spiegel 114 ist ein Parabolreflektor.
6 ist eine perspektivische Darstellung, die die Anordnung der ersten und zweiten Linsenfelder 120 und 130 darstellt. Das erste Linsenfeld 120 umfasst kleine Linsen 122, die jeweils eine im Wesentlichen rechteckige Form haben und in einer Matrix von M Zeilen und N Spalten angeordnet sind. In diesem Beispiel ist M=10 und N=2. Das zweite Linsenfeld 130 umfasst ebenfalls kleine Linsen, die in einer Matrix von M Zeilen und N Spalten angeordnet sind und den kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfeldes 120 entsprechen. Die kleinen Linsen 122 teilen den von der Lichtquelle 110 (5) ausgegebenen Lichtfluss in eine Vielzahl von (d.h. in M × N) Teillichtflüssen und verdichten die entsprechenden Teillichtflüsse in der Nachbarschaft des zweiten Linsenfeldes 130. Die Kontur von jeder kleinen Linse 122, gesehen aus der Richtung z, wird so eingestellt, dass sie im Wesentlichen der Form der Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 ähnlich ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Größenverhältnis (das Verhältnis der lateralen Abmessung zu der vertikalen Abmessung) von jeder kleinen Linse 122 auf 4 bis 3 festgesetzt.
Das zweite Linsenfeld 130 hat die Funktion, die optischen Mittellinien der jeweiligen Teillichtflüsse parallel zu der optischen Achse des Systems zu machen. Wenn der Lichtfluss, der von der Lichtquelle abgegeben wird, parallel zu der optischen Achse des Systems ist, haben die Teillichtflüsse, die von den kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfeldes 120 ausgegeben werden, optische Mittellinien parallel zu der optischen Achse des Systems, so dass das zweite Linsenfeld 130 weggelassen werden kann. Wenn die optische Mittellinie des Lichts, das von der Lichtquelle 110 abgegeben wird, einen gewissen Winkel in Bezug auf die optische Achse des Systems hat, sind jedoch die optischen Mittellinien der Teillichtflüsse, die von den kleinen Linsen 122 abgegeben werden, nicht parallel zu der optischen Achse des Systems. Die Teillichtflüsse, die solche geneigte optische Mittellinien haben, können einen vorgegebenen Zielbereich nicht ausleuchten, das heißt, die Zielbereiche der Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254. Dies setzt den Nutzungswirkungsgrad des Lichtes in dem Projektionsanzeigegerät herab. Das zweite Linsenfeld 130 setzt die Teillichtflüsse mit optischen Mittellinien, die zu der optischen Achse des Systems geneigt sind und in die jeweiligen kleinen Linsen 132 eintreten, in Teillichtflüsse um, die optische Mittellinien parallel zu der optischen Achse des Systems haben, wodurch der Nutzungswirkungsgrad des Lichtes verbessert wird.
7 illustriert die Struktur des Polarisierungselements 140 (5). Das Polarisierungselement 140 umfasst ein Polarisierungs-Strahlteilerfeld 141 und eine selektive Phasendifferenzplatte 142. Das Polarisierungs-Strahlteilerfeld 141 umfasst eine Vielzahl von säulenartigen, transparenten Bauteilen 143, die einen Parallelogrammquerschnitt haben und die miteinander verklebt sind. Polarisationstrennfolien 144 und reflektierende Folien 145 sind abwechselnd auf den Grenzflächen der transparenten Bauteile 143 ausgebildet. Um zu ermöglichen, dass die Polarisationstrennfolie 144 und die reflektierende Folie 145 alternativ angeordnet werden können, wird das Polarisations-Strahlteilerfeld 141 dadurch hergestellt, dass eine Vielzahl von Glasplatten, auf denen diese Folien ausgebildet sind, miteinander verklebt werden, und dass die verklebten Glasplatten unter einem vorgegebenen Winkel schräg geschnitten werden.
Das Licht mit beliebigen Polarisationsrichtungen, das durch die ersten und zweiten Linsenfelder 120 und 130 hindurch tritt, wird durch die Polarisationstrennfolie 144 in s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht aufgeteilt. Das s-polarisierte Licht wird von der Polarisationstrennfolie 144 im Wesentlichen unter einem rechten Winkel und des Weiteren von der reflektierenden Folie 145 senkrecht reflektiert, während das p-polarisierte Licht durch die Polarisationstrennfolie 144 hindurch tritt. Die selektive Phasendifferenzplatte 142 ist ein optisches Element, das λ/2-Phasendifferenzschichten 146 hat, die auf den Lichtaustrittsflächen des durch die Polarisationstrennfolien 144 hindurch tretenden Lichts angeordnet sind. Es gibt keine λ/2-Phasendifferenzschichten auf den Lichtaustrittsflächen des von den reflektierenden Folien 145 reflektierten Lichts. Die λ/2-Phasendifferenzschicht 146 setzt folglich das p-polarisierte Licht, das durch die Polarisationstrennfolie 144 durchgelassen wird, in s-polarisiertes Licht um. Als Ergebnis werden die Lichtflüsse mit beliebigen Polarisationsrichtungen, die in das Polarisierungselement 140 eintreten, zum größten Teil in s-polarisiertes Licht umgesetzt.
Wie klar in 7(A) gezeigt ist, weicht die Position der Mitte des s-polarisierten Lichts, das von der Polarisationstrennfolie 144 des Polarisationselement 140 ab gegeben wird (das heißt die Position der Mitte, wenn die zwei Strahlen aus s-polarisiertem Licht als ein Satz von einem Lichtfluss betrachtet werden), in der x-Richtung von der Mitte des einfallenden Lichtflusses mit beliebiger Polarisationsverteilung (s-polarisiertes Licht plus p-polarisiertes Licht) ab. Die Abweichung ist gleich der Hälfte einer Breite Wp der λ/2-Phasendifferenzschicht 146 (das heißt gleich der Hälfte der Weite der Polarisationstrennfolie 144 in der x-Richtung). Wie in 5 gezeigt ist, wird die optische Achse der Lichtquelle 110 (durch eine Zwei-Punkt-Kettenlinie dargestellt) entsprechend von der optischen Achse des Systems (durch eine Ein-Punkt-Kettenlinie dargestellt) nach dem Polarisationselement 140 um einen Abstand = Wp/2 verschoben.
In dem Projektionsanzeigegerät, das in 5 gezeigt ist, wird der von der Lichtquelle 110 abgegebene, parallele Lichtfluss durch die ersten und zweiten Linsenfelder 120 und 130 in dem optischen Zusammenführungssystem in eine Vielzahl von Teillichtflüsse aufgeteilt. Die kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfeldes 120 führen die entsprechenden Teillichtflüsse in der Nachbarschaft der Polarisationstrennfolie 144 des Polarisationselement 140 zusammen (siehe 7). Die Teillichtflüsse, die von dem Polarisationselement ausgegeben werden, werden von dem gestuften, reflektierenden Spiegel 150 reflektiert. Die Struktur und die Funktion des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 werden später beschrieben. Die Überlagerungslinse 160 hat die Funktion des optischen Überlagerungssystems, welches eine Überlagerung der Vielzahl der Teillichtflüsse auf den Flüssigkristall-Lichtventilen 150, 152 und 154, das heißt, auf den Bereichen, die ausgeleuchtet werden sollen, herstellt und sie dort zusammenführt. Dadurch wird ermöglicht, dass die jeweiligen Füssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 in einer im Wesentlichen gleichförmigen Weise ausgeleuchtet werden können.
Die zwei dichroitischen Spiegel 210 und 212 haben die Funktion der Farblichttrennmittel, die einen Strahl aus weißem Licht, der durch die Überlagerungslinse 160 kondensiert ist, in die drei farbigen Strahlen rot, grün und blau auftrennt. Der erste dichroitische Spiegel 210 überträgt eine rote Lichtkomponente des weißen Lichtflusses, der von dem optischen Beleuchtungssystem 100 ausgegeben wird, während er eine blaue Lichtkomponente und eine grüne Lichtkomponente reflektiert. Das von dem ersten dichroitischen Spiegel 210 durchgelassene, rote Licht wird von dem reflektierenden Spiegel 220 reflektiert, tritt durch die Linse 240 hin durch und erreicht schließlich das Flüssigkristall-Lichtventil 250 für rotes Licht. Die Eingangslinse 240 hat die Funktion, die parallelen Lichtflüsse, die von dem Polarisationselement 140 ausgegeben werden, in Lichtflüsse parallel zu den optischen Mittellinien der Teillichtflüsse umzusetzen. Die Feldlinsen 242 und 244, die vor den anderen Flüssigkristall-Lichtventilen angeordnet sind, haben dieselbe Funktion. Das grüne Licht, das von dem ersten dichroitischen Spiegel 210 reflektiert wird, wird wiederum durch den zweiten dichroitischen Spiegel 212 reflektiert, tritt durch die Feldlinse 242 hindurch und erreicht schließlich das Flüssigkristall-Lichtventil 252 für grünes Licht. Das blaue Licht, das von dem ersten dichroitischen Spiegel 210 reflektiert wird, wird von dem zweiten dichroitischen Spiegel 212 durchgelassen, tritt durch das Relaislinsensystem, das die Eingangslinse 240 umfasst, die Relaislinse 232 und die reflektierenden Spiegel 222 und 224 hindurch, geht durch die Feldlinse (Austrittslinse) 244 hindurch und erreicht schließlich das Flüssigkristall-Lichtventil 254 für blaues Licht. Das Relaislinsensystem wird für die blaue Lichtkomponente verwendet, die einen längeren optischen Weg als der der anderen Farblichtkomponenten hat, um einen Abfall in dem Nutzungswirkungsgrad des Lichts zu verhindern.
Die drei Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 haben die Funktionen der Lichtmodulationsmittel, die jeweils die drei farbigen Strahlen aus der Grundlage einer gegebenen Bildinformation (ein vorgegebenes Bildsignal) modulieren, um Bilder zu erzeugen. Das dichroitische Kreuzprisma hat die Funktion der Farblichtkombiniermittel, die die drei farbigen Strahlen zusammenführen und ein Farbbild herstellen. Die Struktur des dichroitischen Prismas 250 ist identisch mit der, die in 18 und 19 beschrieben ist. Das dichroitische Kreuzprisma 260 hat eine dielektrische, vielschichtige Folie zum Reflektieren von rotem Licht und eine andere, dielektrische, vielschichtige Folie zum Reflektieren von blauem Licht, die in einer im Wesentlichen x-Form auf einer Grenzfläche von vier rechtwinkligen Prismen angeordnet sind. Diese dielektrischen, vielschichtigen Folien führen die drei farbigen zusammen, um ein Lichtgemisch zu erzeugen, das zum Projizieren eines Farbbildes verwendet wird. Das von dem dichroitischen Kreuzprisma 260 erzeugte Lichtgemisch wird zu dem Projektionslinsensystem 270 hin ausgegeben. Das Projektionslinsensystem 270 hat die Funktion des optischen Projektionssystems, das das Lichtgemisch auf einen Projektionsschirm 300 projiziert, um ein Farbbild anzuzeigen.
Das Projektionsanzeigegerät 1000, das in 5 gezeigt ist, ist durch einen gestuften, reflektierenden Spiegel 150 gekennzeichnet. 8(A) ist eine Vorderansicht, und die 8(B) und (C) sind entsprechende Draufsichten, die die Anordnung des gestuften, reflektierenden Spiegels zeigen. Die 8(B) und (C) werden von der Seite der 8(A) aus gesehen. Der gestufte, reflektierende Spiegel 150 hat zwei lange, streifenförmige Teilspiegel 154, die auf einem ebenen Hauptspiegel 152 montiert sind. Die zwei Teilspiegel 154 sind horizontal an im Wesentlichen symmetrischen Höhenlagen von der Mitte der Höhe des Hauptspiegels 152 aus verklebt. Diese Spiegel können Totalreflektionsspiegel oder kalte Spiegel sein, die thermische Energie übertragen. Diese Spiegel können ferner die Funktion haben, dass sie ultraviolette Strahlen und auch thermische Energien übertragen. Der gestufte, reflektierende Spiegel 150, der die Funktion hat, thermische Energie und ultraviolette Strahlen zu übertragen, vermindert die Beeinträchtigung der Polarisatoren und der anderen Elemente, die allgemein in den Flüssigkristall-Lichtventilen 250, 252 und 254 enthalten sind, aufgrund von Wärme oder von ultravioletten Strahlen.
Die 9 und 10 zeigen die Funktion des gestuften, reflektierenden Spiegels 150. 10 ist eine Querschnittsdarstellung in einer x-y-Ebene, die die Linie A-A von 9 einschließt. Die beiden optischen Mittellinien sind durch die durchgezogene Linie und die Ein-Punkt-Kettenlinie in den 9 und 10 gezeigt. Die durchgezogenen Linien stellen die optische Mittellinie des von dem Teilspiegel 154 reflektierten Lichtes dar, während die Ein-Punkt-Kettenlinie die optische Mittellinie des von dem Hauptspiegel 152 reflektierten Lichts darstellt. Wie aus diesen Zeichnungen klar zu verstehen ist, treten die zwei optischen Wege der Teillichtflüsse durch die kleinen Linsen, die in der selben Spalte (an der selben Position in der x-Richtung) ausgerichtet sind, hindurch, existieren jedoch auf unterschiedlichen Zeilen (bei unterschiedlichen Positionen in der y-Richtung) in den Linsenfeldern 120 und 130. Wie in 9 gezeigt ist, wird der optische Weg, der durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, von dem gestuften, reflektierenden Spiegel 150 reflektiert und in der x-Richtung relativ zu dem optischen Weg verschoben, der durch die Ein-Punkt-Kettenlinie gezeigt ist.
Der gestufte, reflektierende Spiegel 150 verschiebt die optische Mittellinie des von dem Teilspiegel 154 reflektierten Lichts, die durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, relativ zu der optischen Mittellinie des von dem Hauptspiegel 152 reflektierten Lichts, die durch die ein Punkt-Kettenlinie dargestellt ist. Dies bedeutet, dass der reflektierende Spiegel 150 die von dem Teilspiegel 154 reflektierten Teillichtflüsse gegenüber den Teillichtflüssen verschiebt, die von dem Hauptspiegel 152 in der x-Richtung reflektiert werden, unter den Teillichtflüssen, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die in der selben Spalte in den Linsenfeldern 120 und 130 ausgerichtet sind. Diese Anordnung bewirkt, dass diese zwei Gruppen von Teillichtflüssen in die Überlagerungslinse 160 an unterschiedlichen Positionen in der x-Richtung eintreten und daher unterschiedliche Einfallswinkel auf das Flüssigkristall-Lichtventil 252 haben.
Die zwei Gruppen der Teillichtflüsse, die in das Flüssigkristall-Lichtventil 252 unter unterschiedlichen Einfallswinkeln eintreten, werden durch das Flüssigkristall-Lichtventil 252 moduliert und treten im Wesentlichen durch das dichroitische Kreuzprisma 260 hindurch. Bezug nehmend auf 9 haben die optische Mittellinie des von dem Hauptspiegel 152 reflektierten Teillichtflusses und des von dem Teilspiegel 154 reflektierten Teillichtflusses unterschiedliche Einfallswinkel auf dem dichroitischen Kreuzprisma 260, und sie treten durch das dichroitische Kreuzprisma 260 an unterschiedlichen Positionen in Bezug auf die Mittelachse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 hindurch. Wie oben in dem ersten und dem zweiten Prinzip diskutiert wurde, werden, wenn die optischen Mittellinien der Teillichtflüsse, die durch das dichroitische Kreuzprisma 260 unter unterschiedlichen Winkeln hindurch treten, oder wenn die optischen Mittellinien der Teillichtflüsse sich in ihrer Position relativ zu der Mittelachse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 unterscheiden, dunkle Linien an unterschiedlichen Positionen gebildet. Die Anordnung des Ausführungsbeispiels verhindert folglich, dass dunkle Linien durch die entsprechenden Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Spalte ausgerichtet sind, an einer Stelle zusammengeführt werden, so dass die dunklen Linien ausreichend unauffällig gemacht werden.
11 ist eine vergrößerte Darstellung, die einen Teil des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 und das Polarisierungselement 140 von 9 zeigt. Das Polarisierungselement 140 setzt die einfallenden Lichtflüsse, die beliebig polarisierte Lichtkomponenten haben, in s-polarisierte Lichtflüsse um. Ein Abstand L zwischen der optischen Mittellinie des s-polarisierten Lichtflusses, der über die Polarisationstrennfolie 144 und die λ/2-Phasendifferenzfolie 146 ausgegeben wird, und die optische Mittellinie des s-polarisierten Lichtflusses, der über die Polarisationstrennfolie 144 und die reflektierende Folie 145 ausgegeben wird, ist √2 mal so lang wie der Abstand W zwischen der Polarisationstrennfolie 144 und der reflektierenden Folie 145. Die Beziehung zwischen L und W wird der Tatsache zugeschrieben, dass die Polarisationstrennfolie 144 und die reflektierende Folie 145 unter 45° der zu der Lichteintrittsoberfläche geneigt sind. Wie klar aus der Zeichnung zu ersehen ist, ist diese Beziehung der optischen Mittellinie des s-polarisierten Lichtflusses, der durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, und der optischen Mittellinie des s-polarisierten Lichtflusses, die durch die Ein-Punkt-Kettenlinie dargestellt ist, gemeinsam.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dicke h des Teilspiegels 145 so eingestellt, dass sie gleich der Hälfte des Abstandes W zwischen der Polarisationstrennfolie 144 und der reflektierenden Folie 145 ist. Der gestufte, reflektierende Spiegel 150 ist unter 45° zu der optischen Achse des Systems geneigt. Die optischen Mittellinien, die durch die ausgezogene Linie und die Ein-Punkt-Kettenlinie dargestellt sind, unterscheiden sich folglich in der Position in der x-Richtung, nachdem die Lichtflüsse von dem gestuften, reflektierenden Spiegel 150 reflektiert worden sind. Vier optische Mittellinien sind nämlich unter identischen Intervallen des Abstandes L/2 in der x-Richtung angeordnet.
Die Teillichtflüsse, die in das Flüssigkristall-Lichtventil 252 unter unterschiedlichen Eintrittswinkeln eintreten, werden durch das Flüssigkristall-Lichtventil 252 moduliert und treten danach durch das dichroitische Kreuzprisma 260 hindurch. Bezug nehmend wiederum auf 9 haben die vier optischen Mittellinien, die durch den gestuften, reflektierenden Spiegel 150 gegeneinander verschoben worden sind, unterschiedliche Eintrittswinkel, wenn sie in das dichroitische Kreuzprisma 260 eintreten, und sie treten durch das dichroitische Kreuzprisma 260 an unterschiedlichen Positionen in Bezug auf die Mittelachse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 hindurch. Wie oben in dem ersten und dem zweiten Prinzip diskutiert wurde, werden, wenn die optischen Mittellinien der Teillichtflüs se unterschiedliche Einfallswinkel haben und durch das dichroitische Kreuzprisma 260 unter unterschiedlichen Winkeln hindurch treten, oder wenn die optischen Mittellinien der Teillichtflüsse in ihrer Position in Bezug auf die Mittelachse 262 des dichroitischen Kreuzprismas unterschiedlich sind, dunkle Linien an unterschiedlichen Positionen gebildet. Die Anordnung des Ausführungsbeispiels verhindert folglich, dass dunkle Linien durch die jeweiligen Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Richtung der Spalten angeordnet sind, an einer Stelle zusammengeführt werden, so dass die dunklen Linien ausreichend unauffällig gemacht werden.
Wie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit 9 klar zu verstehen ist, macht, obwohl die Anwendung des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 bei dem optischen Beleuchtungssystem mit dem optischen Zusammenführungssystem die dunklen Linien unauffällig macht, die Verwendung des Polarisierungselements, die dunklen Linien noch mehr unauffällig. Dies wird dem folgenden Grund zugeschrieben. Die Anwendung des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 auf das optische Beleuchtungssystem mit dem optischen Zusammenführungssystem bewirkt, dass die optischen Mittellinien der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Spalte (an der selben Position in der x-Richtung) in den Linsenfeldern 120 und 130 ausgerichtet sind, zu zwei unterschiedlichen Positionen in der x-Richtung verschoben werden, wodurch die dunklen Linien zu zwei unterschiedlichen Stellen hin getrennt werden. Das Polarisationselement bewirkt, dass die optischen Mittellinien der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Spalte (an der selben Position in der x-Richtung) in den Linsenfeldern 120 und 130 ausgerichtet sind, zu vier unterschiedlichen Positionen in der x-Richtung verschoben werden, so dass die dunklen Linien in vier unterschiedliche Stellen aufgeteilt werden.
Die Dicke h des Teilspiegels 154 wird so eingestellt, dass ein Abstand I sich von dem Abstand L unterscheidet, wobei der Abstand I zwischen dem optischen Mittelweg des Teillichtflusses, der in der z-Richtung durch den gestuften, reflektierenden Spiegel 150 abgelenkt wurde, und dem optischen Mittelweg des Teillichtflusses vorhanden ist, der nicht in der z-Richtung abgelenkt worden ist, oder den Teillichtflüssen, die durch die kleinen Linsen hindurch treten, die auf der selben Spalte vorhanden sind, während der Abstand L zwischen dem optischen Mittel weg des s-polarisierten Lichtflusses, der von der Polarisationstrennfolie 144 und der λ/2-Phasendifferenzschicht 146 und dem optischen Mittelweg des s-polarisierten Lichtflusses vorhanden ist, der von Polarisationstrennfolie 144 und der reflektierenden Folie 145 ausgegeben wird. Besonders dann, wenn die Dicke h so eingestellt wird, dass sie I = L/2 erfüllt, wie in 11 dargestellt ist, haben die getrennten Positionen der dunklen Linien, die auf dem Schirm projiziert werden, den maximalen Abstand, so dass die dunklen Linien in höchstem Maße unauffällig gemacht werden.
Die Position und die Breite der zwei Teilspiegel 154 in der Richtung der Höhe, wie in 8 gezeigt ist, werden so bestimmt, dass die Teilspiegel 154 an der Position liegen, wo der von der Lichtquelle 110 ausgegebene Lichtfluss die größte Lichtintensität hat. Die Lichtintensität des Teillichtflusses, der durch die kleinen Linsen hindurch tritt, die innerhalb der Brennweite f des konkaven Spiegels 114 von der Mitte der Höhe der Linsenfelder 120 und 130 vorhanden ist, ist größer als die Lichtintensitäten der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen an anderen Höhenlagen hindurch treten. Es ist folglich wirkungsvoll, dass die Teilspiegel 154 des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 so eingestellt werden, dass die optische Achse des Lichts verschoben wird, das durch den Bereich hindurch tritt, von dem der Teillichtfluss mit der größeren Lichtintensität reflektiert wird. Die Breite der Teilspiegel 154 (die Abmessung in der Richtung der Höhe) kann größer eingestellt werden als die, die in 8 gezeigt ist. Die dunklen Linien auf dem Projektionsschirm sind auffällig, wenn die Lichtmenge der dunklen Linien gleich oder geringer als etwa 95% der Lichtmenge des anderen Teils wird. Die dunklen Linien, die eine Lichtmenge in dem Bereich von etwa 98 bis 97% betragen, sind nicht erheblich auffällig. Es ist daher bevorzugt, dass die Breite der Teilspiegel 154 so eingestellt wird, dass bewirkt wird, dass die Lichtmenge der dunklen Linien, die durch die Projektion der Mittelachse des dichroitischen Kreuzprismas 260 gebildet werden, nicht geringer als etwa 98% der Lichtmenge des anderen Teiles ist.
Der gestufte, reflektierende Spiegel 150, der in 8 gezeigt ist, hat eine zweistufige Anordnung, die den Hauptspiegel 152 und die Teilspiegel 154 einschließt. Ein vielstufiger, reflektierender Spiegel mit drei- oder mehrstufiger Anordnung kann ebenfalls anwendbar sein.
B. Zweites Ausführungsbeispiel
12 zeigt einen Hauptteil eines Projektionsanzeigegerät 2000 und seines optischen Beleuchtungssystems als ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. 12 entspricht der 9 des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite Ausführungsbeispiel verwendet einen herkömmlichen, flachen, reflektierenden Spiegel 156 statt des gestuften, reflektierenden Spiegels 150 des ersten Ausführungsbeispiels, und es umfasst ebene, transparente Bauteile 154, die zwischen dem Polarisationselement 140 und dem reflektierenden Spiegel 156 angeordnet sind. Die anderen Bestandteile des zweiten Ausführungsbeispiels sind identisch mit denen des Projektionsanzeigegeräts 1000 des ersten Ausführungsbeispiels. Die transparenten Bauteile 154 können an einem beliebigen Ort zwischen dem zweiten Linsenfeld 130 und der Überlagerungslinse 160, beispielsweise zwischen dem reflektierenden Spiegel 156 und der Überlagerungslinse 160, angeordnet sein.
Die zwei transparenten Bauteile 158 sind an Höhenlagen angeordnet, die den zwei Teilspiegeln 154 entsprechen, die in 8 gezeigt sind. Die Abmessung der transparenten Bauteile 158 in der Höhenrichtung ist im wesentlichen gleich der der Teilspiegel 154 (8), wie in dem ersten Ausführungsbeispiel diskutiert wurde. Die Mittelachse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 erstreckt sich in der Richtung senkrecht zu der Blattoberfläche von 12. Die transparenten Bauteile 158 werden so eingestellt, dass sie um die der Mittelachse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 entsprechende Richtung gedreht sind und, dass sie gegenüber der Ebene der Linsenfelder 120 und 123 geneigt sind. Die transparenten Bauteile 158 können eine Glasplatte oder ein plattenförmiges, optisches Glas sein.
Wie bekannt ist, haben die ebenen, transparenten Bauteile 158 die Funktion, die optischen Wege der schräg eintretenden Strahlen zu im Wesentlichen parallelen Positionen hin zu verschieben. Die zwei transparenten Bauteile 158 werden respektive an den Positionen gesetzt, die den beiden Teilspiegeln 154 entsprechen. Der optische Weg des durch das transparente Bauteil 158 hindurch tretenden Strahls wird parallel verschoben, wie durch die Ein-Punkt-Kettenlinie in 12 gezeigt ist. Der Strahl, der durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, tritt andererseits nicht durch das transparente Bauteil 158 hindurch und behält den optischen Weg unverändert bei.
Sowohl der gestufte, reflektierende Spiegel 150 des ersten Ausführungsbeispiels als auch die transparenten Bauteile 158 des zweiten Ausführungsbeispiels haben die Funktion der den optischen Weg verschiebenden Mittel, die den optischen Weg von einem Teil der Teillichtflüsse unter einer Vielzahl von Teillichtflüssen, die durch die selbe Spalte in den Linsenfeldern 120 und 130 hindurch treten, gegenüber dem optischen Weg der anderen Teillichtflüsse verschieben. Diese Elemente und die Überlagerungslinse 160 haben die Funktion der den Winkel des optischen Weges verändernden Mittel, die bewirken, dass der Einfallswinkel des optischen Wegs von einem Teil der Teillichtflüsse, die in das dichroitische Kreuzprisma 260 eintreten, unter einer Vielzahl von Teillichtflüssen, die durch die selbe Spalte in den Linsenfeldern 120 und 130 hindurch treten, sich von dem Einfallswinkel des optischen Weges der anderen Teillichtflüsse unterscheidet. Die Verschiebung des optischen Weges durch die den optischen Weg verschiebenden Mittel wird so eingestellt, dass sie sich wenigstens von dem Abstand zwischen den zwei linear polarisierten Lichtkomponenten unterscheidet, die durch das Polarisationselement 140 getrennt worden sind. In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Größe der Verschiebung des optischen Weges durch Einstellen des Reflektionsindex, des Neigungswinkels und der Dicke der transparenten Bauteile 158 gesteuert werden.
Andere Elemente als der gestufte, reflektierende Spiegel und die transparenten Bauteile können als den Weg verschiebenden Mittel verwendet werden. Unterschiedliche Typen von Elementen können in Kombination als den optischen Weg verschiebenden Mittel verwendet werden.
C. Dritte Anordnung
13 ist eine Vorderansicht, die den Vergleich zwischen den Linsenfeldern 120 und 130 des ersten Ausführungsbeispiels und den Linsenfeldern 124 und 134 zeigt, die in dem Projektionsanzeigegerät 3000 einer dritten Anordnung verwendet werden. Die dritte Anordnung verwendet diese Linsenfelder 124 und 134 und umfasst einen herkömmlichen, flachen, reflektierenden Spiegel statt des gestuften, reflektierenden Spiegels 150. Das Projektionsanzeigegerät 3000 der dritten Anordnung hat den selben Aufbau wie das Projektionsanzeigegerät 1000 des ersten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme dieser Elemente und einer Abwandlung des Polarisierungselements, die später diskutiert wird.
Wie in 13(B) gezeigt ist, werden in den Linsenfeldern 124 und 134 der dritten Anordnung die kleinen Linsen auf der vierten Zeile und der siebten Zeile unter den zehn Zeilen der kleinen Linsen nach rechts bzw. nach links gegenüber den anderen Zeilen verschoben. Die kleinen Linsen in der vierten Zeile werden um einen Abweichungsbetrag d von den anderen Zeilen nach rechts verschoben, während die kleinen Linsen auf der siebten Zeile um einen Abweichungsbetrag d von den anderen Zeilen nach links verschoben werden.
Die vierte Zeile und die siebte Zeile liegen respektive an Positionen um die Brennweite f des konkaven Spiegels 114 außerhalb der Mitte der Linsenfelder in der Höhenrichtung. Wie vorher diskutiert wurde, hat der Teillichtfluss, der durch diese Höhe hindurch tritt, eine größere Lichtintensität als diejenigen der Teillichtflüsse, die durch die anderen Höhenlagen hindurch treten. Die Verschiebung der kleinen Linsen auf diesen Zeilen nach rechts oder nach links verändert den Einfallswinkel der Teillichtflüsse, die nach dem Hindurchtreten durch diese kleinen Linsen in das dichroitische Kreuzprisma 260 eintreten. Dieser Zustand wird im Detail mit 14 beschrieben. In der Zeichnung von 14 wird ein Teil der Bestandteile (beispielsweise ein Polarisationselement 148, das später beschrieben wird) des Projektionsanzeigegeräts 3000 dieser Anordnung zur Klarheit der Erläuterung weggelassen. Nur die dritte Zeile und die vierte Zeile in dem zweiten Linsenfeld 134 sind in 14 gezeigt. Wie klar aus 14 zu ersehen ist, treten die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen an diesen Zeilen hindurch treten, durch das dichroitische Kreuzprisma 260 unter unterschiedlichen Winkeln hindurch und bewirken, dass dunkle Linien DLd und DLe an unterschiedlichen Positionen gebildet werden. Die Anordnung verlagert folglich die Positionen der dunklen Linien, die auf dem Projektionsschirm 300 ausgebildet werden, und machen die dunklen Linien in ausreichendem Maße unauffällig. Dieses Ergebnis beruht auf dem zweiten, oben diskutierten Prinzip.
Es ist bevorzugt, dass die Größe der Abweichung d der kleinen Linsen auf der vierten Zeile und der siebten Zeile so eingestellt wird, dass sie näherungsweise ein Drittel einer Breite P von jeder kleinen Linse beträgt. Dies bewirkt, dass die kleinen Linsen auf der vierten Zeile gegenüber den kleinen Linsen auf der siebten Zeile verschoben werden, und es trägt die Positionen der dunklen Linien, die auf dem Projektionsschirm gebildet werden, wodurch die dunklen Linien in ausreichendem Maße unauffällig gemacht werden.
15 zeigt den Vergleich zwischen dem Polarisationselement 140, das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, und dem, das in der dritten Anordnung anwendbar ist. 15(H) ist eine Draufsicht, die das zweite Linsenfeld 130 und das Polarisationselement 140 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt, und 15(B) ist eine Vorderansicht, die das Polarisationselement 140 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt. Unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen sind das Polarisations-Strahlteilerfeld 141 und die selektive Phasendifferenzplatte 142 des Polarisationselement 140 in einer solchen Weise angeordnet, dass ihre Bestandteile (transparente Bauteile und λ/2-Phasendifferenzplatten) sich in einer senkrechten Richtung bei Blickrichtung von vorne erstrecken.
Wenn die Linsenfelder 124 und 134, die in 13(B) gezeigt sind, verwendet werden, ist ein Polarisationselement, wie es entweder in 15(C) oder 15(D) gezeigt ist, anwendbar. Ein Polarisationselement 148, das in 15(C) gezeigt ist, hat ein Polarisations-Strahlteilerfeld und eine selektive Phasendifferenzplatte, die um einen Abweichungsbetrag d an den Positionen verschoben sind, die den verschobenen Zeilen in den Linsenfeldern 124 und 134 entsprechen. Ein Polarisationselement 149, das in 15(D) gezeigt ist, hat andererseits ein Polarisations-Strahlteilerfeld und eine selektive Phasendifferenzplatte, die so angeordnet sind, dass sie sich in einer horizontalen Richtung bei Blickrichtung von vorne erstrecken. Die Anordnung, die sich in der horizontalen Blickrichtung erstreckt, wie in 15(D) gezeigt ist, ermöglicht es; dass das gleiche Polarisationselement angewendet wird, selbst wenn der Abweichungsbetrag d der Zeilen in dem Linsenfeld variiert wird. Zu diesem Zweck ist eine ausreichend große Breite für das Polarisationselement von 15(D) erforderlich.
D. Vierte Anordnung
16 ist eine Vorderansicht, die den Vergleich zwischen den Linsenfeldern 120 und 130 des ersten Ausführungsbeispiels und den Linsenfeldern 126 und 136 zeigt, die in der vierten Anordnung verwendet werden. Die vierte Anordnung hat denselben Aufbau wie die dritte Anordnung mit der Ausnahme, dass diese Linsenfelder 126 und 136 und ein für die Linsenfelder geeignetes Polarisationselement in der vierten Anordnung verwendet werden. Das Polarisationselement, das in der vierten Anordnung anwendbar ist, kann ähnlich zu dem dritten Anordnung sein, die in 15 gezeigt ist, und es wird hier daher nicht speziell beschrieben.
Bezug nehmend auf 16(B) sind in den Linsenfeldern 126 und 136 der vierten Anordnung die jeweiligen Zeilen der kleinen Linsen in einer aufeinander folgenden Weise verschoben. Die erste, die vierte, die siebte und die zehnte Zeile sind an einer identischen Position angeordnet, während die zweite, die fünfte und die siebte Zeile und die dritte, sechste und neunte Zeile respektive an identischen Positionen angeordnet sind. Wenn die Position der ersten Zeile als Referenzposition definiert wird, sind die zweite, die fünfte und die achte Zeile von der ersten Zeile um einen Abweichungsbetrag d nach rechts verschoben. Die dritte, die sechste und die neunte Zeile sind andererseits von der ersten Zeile um den Abweichungsbetrag d nach links verschoben.
Es ist bevorzugt, dass der Abweichungsbetrag d auf etwa ein Drittel der Breite P von jeder kleinen Linse eingestellt wird. Dies bewirkt, dass nur ein Fünftel der zehn Zeilen in der vertikalen Richtung zur Überlappung gebracht werden (das heißt in der Richtung der Spalten). Wie oben diskutiert wurde, projizieren eine Vielzahl von kleinen Linsen, die in der selben Spalte ausgerichtet sind, die Mittelachse des dichroitischen Kreuzprismas 260 auf die selbe Position auf dem Projektionsschirm, um eine dunkle Linie zu bilden. Die Verschiebung der Zeilen des Linsenfeldes nach rechts oder nach links, um die Anzahl der Zeilen, die sich in der selben Spalte des Linsenfeldes überlappen, auf nicht mehr als etwa zwei Fünftel zu reduzieren, macht die dunklen Linien, die auf dem Projektionsschirm 300 gebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig.
Es ist noch mehr bevorzugt, dass der Abweichungsbetrag d auf etwa ein viertel der Breite P von jeder kleinen Linse eingestellt wird. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die jeweiligen Zeilen durch einen Abweichungsbetrag d im Bereich von etwa einem Drittel bis zu einem Fünftel der Breite P von jeder kleinen Linse nach links oder nach rechts verschoben wird.
Einige Abwandlungen der zwei Linsenfelder und des Polarisationselements wie die dritte und die vierte Anordnung ermöglichen es, dass die dunklen Linien, die durch die Projektion der Mittelachse des dichroitischen Kreuzprismas 260 auf den Projektionsschirm 300 gebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig sind.
Die Erfindung, die dunklen Linien unauffällig zu machen, ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele oder Betriebsweisen beschränkt, sondern es kann viele Modifikationen, Abwandlungen und Änderungen geben.
Das Projektionsanzeigegerät der vorliegenden Erfindung umfasst: ein optisches Beleuchtungssystem, das Licht aussendet; drei Lichtmodulationsmittel, die jeweils drei farbige Strahlen auf der Grundlage gegebener Bildsignale modulieren; Farblichtkombiniermittel, die zwei dichroitische Folien (Schichten, Beläge) aufweisen, die in einer X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse entsprechend einer Position haben, wo die zwei dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Farblichtkombiniermittel die drei farbigen Strahlen, die jeweils durch die drei Lichtmodulationsmittel moduliert sind, kombiniert und die Lichtmischung in einer gemeinsamen Richtung ausgibt; und Projektionsmittel, die die Lichtmischung, die von den Farblichtkombiniermitteln ausgegeben wird, auf eine Projektionsfläche projiziert. Das optische Beleuchtungssystem umfasst ein optisches Aufteilungs- und Überlagerungssystem, das einen Lichtfluss wenigstens in einer vorgegebenen Richtung entsprechend der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel in eine Vielzahl von Teillichtflüsse von wenigstens einer Spalte aufteilt und die Vielzahl der Teillichtflüsse auf jedem Lichtmodulationsmittel zur Überlagerung bringt. Das optischen Aufteilungs- und Überlagerungssystem ist so aufgebaut, dass es eine Position, wo die Mittelachse des Farblichtkombiniermittels auf die Projektionsoberfläche projiziert wird, um einen Teil der Lichtflüsse unter eine Vielzahl von Teillichtflüssen auf einer Spalte gegenüber einer Position verschiebt, wo die Mit telachse durch die anderen Teillichtflüsse in einer Richtung projiziert wird, die sich von der unterscheidet, die der Mittelachse der Farblichtkombiniermittel entspricht. Die Anordnung bewirkt, dass ein Teil der Teillichtflüsse unter der Vielzahl der Teillichtflüsse, die auf einer Spalte angeordnet sind, die Mittelachse der Farblichtkombiniermittel als eine dunkle Linie an unterschiedlichen Positionen auf der Projektionsoberfläche von der Position einer dunklen Linie projiziert, die durch die anderen Teillichtflüsse gebildet wird, so dass die dunklen Linien, die auf dem Projektionsbild gebildet werden, in ausreichendem Maße unauffällig gemacht werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen wird das Polarisationselement verwendet, um den einfallenden Lichtfluss in eine linear polarisierte Lichtkomponente umzusetzen. Das Polarisierungselement kann jedoch weggelassen werden. Selbst in diesem Fall kann der Effekt, dass die dunklen Linien, die auf dem Projektionsschirm gebildet werden, unauffällig gemacht werden, in den jeweiligen, oben diskutierten Ausführungsbeispielen erreicht werden.
Alle vorstehenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Projektionsanzeigegerät vom Transmissionstyp. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Projektionsanzeigegeräte vom Reflektionstyp anwendbar. Der „Transmissionstyp" besagt, dass die Lichtmodulationsmittel, beispielsweise das Flüssigkristall-Lichtventil, das Licht übertragen, während der „Reflektionstyp" besagt, dass die Lichtmodulationsmittel das Licht reflektieren. In dem Projektionsanzeigegerät vom Reflektionstyp wird das dichroitische Kreuzprisma sowohl als Farblicht-Aufteilungsmittel, das das weiße Licht in drei farbige Strahlen Rot, Grün und Blau aufteilt, als auch als Farblichtkombiniermittel, welches die drei modulierten farbigen Strahlen zusammenführt und das Lichtgemisch in eine vorgegebene Licht abgibt. Das Projektionsanzeigegerät des Reflektionstyps, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, hat ähnlich Wirkungen wie die des Projektionsanzeigegeräts vom Transmissionstyp.
Industrielle Anwendbarkeit
Das optische Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung ist auf eine Vielzahl von Projektionsanzeigegeräten anwendbar. Das Projektionsanzeigegerät der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um Bilder, die von einem Computer ausgegeben werden, oder Bilder, die von einem Videorekorder ausgegeben werden, auf einen Bildschirm zu projizieren und dort anzuzeigen.

Claims

Projektionsanzeigegerät (1000), umfassend ein optisches Beleuchtungssystem (100) zum Aussenden von Licht, wobei das optische Beleuchtungssystem (100) umfasst: Farblichttrennmittel (210, 212), die das Licht in drei farbige Strahlen trennen; drei Lichtmodulationsmittel (250, 252, 254), die die drei Lichtstrahlen jeweils auf der Grundlage gegebener Bildsignale modulieren; Farblichtkombiniermittel (260), die zwei dichroitische Folien haben, die in X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse, die einer Position entspricht, an der die zwei dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Farblichtkombiniermittel (260) die drei von den drei Lichtmodulationsmitteln (250, 252, 254) jeweils modulierten farbigen Strahlen zu einem Lichtgemisch kombinieren und das Lichtgemisch in einer gemeinsamen Richtung ausgeben; und Projektionsmittel (270), die das von den Farblichtkombiniermitteln (260) ausgegebene Lichtgemisch auf eine Projektionsoberfläche (300) projizieren, wobei das optische Beleuchtungssystem (100) weiterhin umfasst: ein optisches Aufteilungs- und Überlagerungssystem, das einen Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilt, die in einer Spaltenrichtung im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Farblichtkombiniermittel (260) und in einer Zeilenrichtung im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Farblichtkombiniermittel (260) angeordnet sind, und die Vielzahl von Teillichtflüssen zur Überlagerung bringen, wobei das optische Aufteilungs- und Überlagerungssystem konstruiert ist, eine Position zu verschieben, in der die Mittelachse durch einen Teil der Teillichtflüsse ein und derselben Spalte auf die Projektionsoberfläche (300) projiziert wird, und zwar aus einer Position, in der die Mittelachse durch die anderen Teillichtflüsse ein und derselben Spalte projiziert wird, wobei die Positionsverschiebung in einer Richtung erfolgt, die sich von einer der Mittelachse entsprechenden Richtung unterscheidet; wobei das optische Aufteilungs- und Überlagerungssystem umfasst: Lichtflussaufteilungsmittel, die den Lichtfluss in die Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilen; und Einfallswinkeländerungsmittel, die den Teil der Teillichtflüsse von den Teillichtflüssen ein und derselben Spalte veranlassen, in die Farblichtkombiniermittel (260) unter einem Einfallswinkel einzutreten, der sich von dem der anderen Teillichtflüsse unterscheidet; wobei die Lichtflussaufteilungsmittel zumindest ein Linsenfeld (120; 130) umfassen, das eine Vielzahl kleiner Linsen (122; 132) enthält, die in den Richtungen der Spalten und Zeilen angeordnet sind; und wobei die Einfallswinkeländerungsmittel einen gestuften reflektierenden Spiegel (150) aufweisen, der ein Stufenteil auf seiner reflektierenden Oberfläche hat.
Projektionsanzeigegerät (1000), umfassend ein optisches Beleuchtungssystem (100), wobei das optische Beleuchtungssystem (100) umfasst: Farblichttrennmittel (210, 212), die das Licht in drei farbige Strahlen trennen; drei Lichtmodulationsmittel (250, 252, 254), die die drei Lichtstrahlen jeweils auf der Grundlage gegebener Bildsignale modulieren; Farblichtkombiniermittel (260), die zwei dichroitische Folien haben, die in X-Form angeordnet sind, und eine Mittelachse, die einer Position entspricht, an der die zwei dichroitischen Folien einander kreuzen, wobei die Farblichtkombiniermittel (260) die drei von den drei Lichtmodulationsmitteln (250, 252, 254) jeweils modulierten farbigen Strahlen zu einem Lichtgemisch kombinieren und das Lichtgemisch in einer gemeinsamen Richtung ausgeben; und Projektionsmittel (270), die das von den Farblichtkombiniermitteln (260) ausgegebene Lichtgemisch auf eine Projektionsoberfläche (300) projizieren, wobei das optische Beleuchtungssystem (100) weiterhin umfasst: ein optisches Aufteilungs- und Überlagerungssystem, das einen Lichtfluss in eine Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilt, die in einer Spaltenrichtung im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Farblichtkombiniermittel (260) und in einer Zeilenrichtung im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Farblichtkombiniermittel (260) angeordnet sind, und die Vielzahl von Teillichtflüssen zur Überlagerung bringen, wobei das optische Aufteilungs- und Überlagerungssystem konstruiert ist, eine Position zu verschieben, in der die Mittelachse durch einen Teil der Teillichtflüsse ein und derselben Spalte auf die Projektionsoberfläche (300) projiziert wird, und zwar aus einer Position, in der die Mittelachse durch die anderen Teillichtflüsse ein und derselben Spalte projiziert wird, wobei die Positionsverschiebung in einer Richtung erfolgt, die sich von einer der Mittelachse entsprechenden Richtung unterscheidet; wobei das optische Aufteilungs- und Überlagerungssystem umfasst: Lichtflussaufteilungsmittel, die den Lichtfluss in die Vielzahl von Teillichtflüssen aufteilen; und Einfallswinkeländerungsmittel, die den Teil der Teillichtflüsse von den Teillichtflüssen ein und derselben Spalte veranlassen, in die Farblichtkombiniermittel (260) unter einem Einfallswinkel einzutreten, der sich von dem der anderen Teillichtflüsse in der selben Spalte unterscheidet; wobei die Lichtflussaufteilungsmittel zumindest ein Linsenfeld (120; 130) umfassen, das eine Vielzahl kleiner Linsen (122; 132) enthält, die in den Richtungen der Spalten und Zeilen angeordnet sind; und wobei die Einfallswinkeländerungsmittel ein transparentes Bauteil (158) enthalten, das angeordnet ist, relativ zu einer Oberfläche des Linsenfeldes (120; 130) geneigt zu sein.