DE69738533T2

DE69738533T2 - Projektor mit beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE69738533T2
Application number: DE69738533T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka-Seiko Epson Corporation Itoh; Toshiaki-Seiko Epson Corporation Hashizume
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2017-10-28
Also published as: WO1998019212A1; EP0883020B1; KR19990076930A; CN1206474A; US5973840A; CN1214650C; DE69738533D1; JP3726287B2; EP0883020A4; KR100635594B1; TW561296B; USRE38225E1; EP0883020A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsanzeigevorrichtung mit Kombiniermittel für farbiges Licht und ein optisches Beleuchtungssystem dafür.
Stand der Technik
Ein dichroitisches Kreuzprisma wird oftmals für Projektionsanzeigevorrichtungen verwendet, die ein Farbbild auf einen Projektionsschirm abbildet bzw. projizieren. Beispielsweise wird in einem übertragbaren Flüssigkristallprojektor das dichroitische Kreuzprisma als Kombiniermittel für farbiges Licht verwendet, das drei farbige Strahlen von rot, grün und blau kombiniert und das zusammengesetzte Licht in eine gemeinsame Richtung emittiert. In einem reflektierenden Flüssigkristallprojektor wird das dichroitische Kreuzprisma als Trennmittel für farbiges Licht verwendet, das einen Strahl an weißem Licht in drei farbige Strahlen von rot, grün und blau trennt und ebenfalls als Kombiniermittel für farbiges Licht, das modulierte drei farbige Strahlen erneut kombiniert bzw. rekombiniert und das zusammengesetzte Licht in eine gemeinsame Richtung emittiert. Ein bekanntes Beispiel der Projektionsanzeigevorrichtung mit dem dichroitischen Kreuzprisma ist in der Janpanischen Patentveröffentlichung Gazette-Nr. 1-302385 offenbart.
17 zeigt schematisch einen Hauptteil einer Projektionsanzeigevorrichtung. Die Projektionsanzeigevorrichtung umfasst drei Flüssigkristall-Lichtventile 42, 44 und 46, ein dichroitisches Kreuzprisma 48 und ein Projektionslinsensystem 50. Das dichroitische Kreuzprisma 48 kombiniert drei farbige Strahlen an rotem, grünem und blauem, moduliert durch die drei Flüssigkristall-Lichtventile 42, 44 und 46, Licht und emittiert das zusammengesetzte Licht zu dem Projektionslinsensystem 50. Das Projektionslinsensystem 50 fokussiert das zusammengesetzte Licht auf einen Projektionsschirm 52.
18 zeigt eine teilweise zerlegte perspektivische Ansicht, die das dichroitische Kreuzprisma 48 darstellt. Das dichroitische Kreuzprisma 48 umfasst vier rechtwinklige Prismen, die aneinander über die jeweiligen rechtwinkligen Oberflächen mit einem optischen Klebestoff verbunden sind.
19 zeigt ein Problem, das im Fall des Verwendens des dichrotitischen Kreuzprismas 48 auftritt. Wie in 19(A) gezeigt ist, hat das dichroitische Kreuzprisma 48 einen Reflexionsfilm 60R für rotes Licht und einen Reflexionsfilm 60B für blaues Licht, die in einer im wesentlichen x-Form auf einer x-förmigen Grenzfläche angeordnet sind, die durch die rechtwinkligen Oberflächen der vier rechtwinkligen Prismen gebildet ist. Es gibt eine x-förmige Schicht eines optischen Gegenstands 62, der in den Spalten zwischen den vier rechtwinkligen Prismen gebildet ist. Beide Reflexionsfilme 60R und 60B haben entsprechende Spalten bei einer zentralen Achse 48a des dichroitischen Kreuzprismas 48.
Wenn ein Lichtstrahl, der durch die zentrale Achse 48a des dichroitischen Kreuzprismas 48 gelangt, auf den Projektionsbildschirm 52 projiziert wird, kann eine dunkle Linie aufgrund der zentralen Achse 48a in dem projizierten Bild gebildet werden. 19(B) zeigt ein Beispiel der dunklen Linie DL. Die dunkle Linie DL repräsentiert einen verhältnismäßig dunklen, linearen Bereich mit einer Farbe, die von derjenigen des anderen Teils verschieden ist und im wesentlichen auf der Mitte des projizierten Bilds gebildet ist. Es wird angenommen, dass die dunkle Linie DL einer Streuung von Strahlen und einer Nicht-Reflexion des roten Lichts und des blauen Lichts in den Spalten der Reflexionsfilme in der Nähe der zentralen Achse 48a zuzurechnen ist. Ein ähnliches Problem tritt bei einem dichroitischen Kreuzspiegel auf, der zwei dichroitische Spiegel umfasst, die in einer x-Form angeordnet sind und jeweils selektive Reflexionsfilme haben, wie bspw. ein Reflexionsfilm für rot und ein Reflexionsfilm für blau. In diesem Fall wird eine dunkle Linie aufgrund einer zentralen Achse des Spiegels in einem projizierten Bild gebildet.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird in der Projektionsanzeigevorrichtung des Stands der Technik eine dunkle Linie im wesentlichen bei der Mitte eines projizierten Bilds aufgrund der zentralen Achse des dichroitischen Kreuzprismas 48 oder des dichrotitischen Kreuzspiegels gebildet.
Die Druckschriften EP 0 646 828 und EP 0 395 156 offenbaren jeweils eine Projektionsanzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das vorstehende Problem im Stand der Technik zu lösen und eine dunkle Linie aufgrund einer zentralen Achse eines optischen Mittels unmerklich zu machen, wobei das optische Mittel zwei dichroitische Filme umfasst, die im wesentlichen in einer x-Form angeordnet sind und ein dichroitisches Kreuzprisma oder ein dichroitischer Kreuzspiegel sein können.
Das Prinzip des Lösens des Problems ist zunächst mit einem konkreten Beispiel beschrieben, das in 1 bis 4 gezeigt ist. In den Darstellungen bezeichnet die z-Richtung den Verlauf des Lichts, die x-Richtung die Richtung von 3 Uhr gesehen von der Richtung des Lichtverlaufs (die z-Richtung) und y bezeichnet die Richtung von 12 Uhr. In der nachstehenden Beschreibung repräsentiert die x-Richtung die Richtung von Reihen und die y-Richtung repräsentiert die Richtung von Spalten zur Verdeutlichung. Obwohl die Beschreibung des Prinzips auf einem konkreten Beispiel zum besseren Verständnis beruht, ist die vorliegende Erfindung nicht in irgendeiner Weise auf diesen konkreten Aufbau beschränkt.
In einer Projektionsanzeigevorrichtung ist ein optisches Beleuchtungssystem mit zwei Linsenfeldern, die jeweils eine Mehrzahl von kleinen Linsen umfassen (nachfolgend als ein optisches Integrator-System bezeichnet), wie in der Druckschrift WO 94/22042 spezifiziert ist, als die Technik zum Teilen von Licht einer Lichtquelle in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen bekannt, wodurch eine Unebenheit in der Ebene der Beleuchtungsstärke von Licht reduziert wird.
1 zeigt das Prinzip des Bildens einer dunklen Linie, wenn ein optisches Integrator-System in einer Projektionsanzeigevorrichtung mit einem dichroitischen Kreuzprisma angewendet wird. 1(A-1) und 1(B-1) zeigen Lichtflüsse auf (durch durchgezogene Linien gezeigt), die durch eine Mehrzahl von kleinen Linsen 10 gelangen, die in Position in der x-Richtung verschieden sind, d. h. eine Mehrzahl von kleinen Linsen 10, die in verschiedenen Spalten existieren, und Spuren ihrer zentralen Achsen (durch die fein gepunkte ten Linien gezeigt). 1(A-2) und 1(B-2) zeigen die Positionen von dunklen Linien DLA und DLB, die auf einem Bildschirm 7 gebildet sind.
Ein Lichtfluss, der von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) emittiert wird, wird in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen durch ein erstes und zweites Linsenfeld 1 und 2 unterteilt, die jeweils die Mehrzahl von kleinen Linsen 10 umfassen. Die Teillichtflüsse, die durch die jeweiligen kleinen Linsen 10 gelangen, die in dem ersten und dem zweiten Linsenfeld 1 und 2 enthalten sind, werden in Lichtflüsse parallel zu den jeweiligen zentralen Achsen der Teillichtflüsse mittels einer anpassenden Linse 15 gewandelt. Die Teillichtflüsse, die durch die anpassende Linse 15 gelangen, werden auf einem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagert, so dass ein vorab bestimmter Bereich gleichmäßig mit den überlagerten Lichtflüssen bestrahlt wird. Obwohl lediglich ein Flüssigkristall-Lichtventil 3 in 1 gezeigt ist, sind das Prinzip des optischen Integratorsystems und das Prinzip des Bildens einer dunklen Linie ebenfalls auf die beiden anderen Flüssigkristall-Lichtventile anwendbar.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinen des ersten und zweiten Linsenfelds 1 und 2 darstellen. Sowohl das erste als auch das zweite Linsenfeld 1 und 2 umfassen die kleinen Linsen 10, die jeweils eine im wesentlichen rechteckförmige Außenlinie bzw. Kontur haben und in einer Matrix von M Reihen und N Spalten angeordnet sind. In diesem Beispiel ist M = 10 und N = 8. 1(A-1) zeigt die Spur der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 10 der zweiten Spalte gelangen, während 1(B-1) die Spur der Teillichtflüsse zeigt, die durch die kleinen Linsen 10 der siebten Spalte gelangen.
Die Teillichtflüsse, die auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagert sind, sind einer Modulation in Reaktion auf Bildinformationen in dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 ausgesetzt und treten in ein dichroitisches Kreuzprisma 4 ein der Lichtfluss, der von dem dichroitischen Kreuzprisma 4 ausgegeben wird, wird auf den Schirm 7 über ein Projektionslinsensystem 6 projiziert.
Wie durch die grob gepunkteten Linien in 1(A-1) und 1(B-1) gezeigt ist, werden Lichtflüsse, die durch eine zentrale Achse 5 (entlang der y-Richtung in der Darstellung) des dichroitischen Kreuzprismas 4 gelangen, bei Positionen Pa und Pb auf den Schirm bzw. Bildschirm 7 projiziert. Wie vorstehend im Stand der Technik erörtert wurde, verringern ein Streuen der Strahlen und ein Nichtreflektieren des Lichts, das zu reflektieren ist, in den Spalten zwischen den Reflexionsfilmen in dem Nahbereich der zentralen Achse 5 die Quantität an Licht, das durch den Nahbereich der zentralen Achse 5 gelangt. Wie in 1(A-2) und 1(B-2) gezeigt ist, bewirkt die Verringerung die dunklen Linien DLa und DLb, die die geringere Leuchtdichte als der Bereich um die Beleuchtungsdichte auf dem Projektionsschirm 7 haben.
Die dunkle Linie hat die folgende Beziehung zu dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2. Wie deutlich in 3(A) gezeigt ist, die eine teilweise vergrößerte Ansicht der 1(A-1) ist, ist das Bild, das durch das Flüssigkristall-Lichtventil 3 gebildet wird, invertiert und durch das Projektionslinsensystem 6 vergrößert und auf den Projektionsschirm 7 projiziert. 3(B) zeigt eine Querschnittansicht, die eine xy-Ebene darstellt, einschließlich der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4. Unter Bezugnahme auf 3(A) und 3(B), für den Fall, dass ein Teillichtfluss durch die xy-Ebene geschnitten wird, einschließlich der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4, bezeichnet r1 einen Abstand von einem Ende 11 eines Querschnitts 8 des Teillichtflusses zu der zentralen Achse 5, und r2 bezeichnet einen Abstand von dem anderen Ende 12 des Querschnitts 8 des Teillichtflusses zu der zentralen Achse 5. Das Bild des Querschnitts des Teillichtflusses 8 wird invertiert und durch das Projektionslinsensystem 6 vergrößert und auf den Projektionsschirm 7 projiziert. Ein Verhältnis eines Abstands R2 von einem Ende 13 eines Projektionsbereichs 9 auf dem Projektionsschirm 7 zu der dunklen Linie DLa zu einem Abstand R1 von dem anderen Ende des Projektionsbereichs 9 zu der dunklen Linie DLa ist entsprechend gleich dem Verhältnis von r2 zu r1. In anderen Worten hängt die Position, wo die dunkle Linie DLa gebildet wird, von der Position ab, wo der Querschnitt des Teillichtflusses 8 im Verhältnis zu der zentralen Achse 5 in der xy-Ebene einschließlich der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 besteht.
In den Beispielen der 1(A-1) und 1(B-1) haben die Teillichtflüsse Querschnitte bei verschiedenen Positionen in der xy-Ebene einschließlich der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4. Dies bedeutet, dass die dunklen Linien DLa und DLb bei verschiedenen Positionen gebildet werden. Auf eine ähnliche Weise haben die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 10 gelangen, die in den Spalten vorliegen, außer die zweite Spalte und die siebte Spalte in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2, Querschnitte bei verschiedenen Positionen in der xy-Ebene einschließlich der zentralen Achse des dichroitischen Kreuzprismas 4. Eine Anzahl an dunklen Linien entsprechend der Anzahl an Spalten, die in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2 enthalten sind, nämlich N dunkle Linien in diesem Beispiel, ist somit auf dem Projektionsschirm 7 gebildet.
Die Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2 angeordnet sind, bilden dunkle Linien DLc bei näherungsweise derselben Position auf dem Projektionsschirm 7, wie in 4 gezeigt ist. Jede der N dunklen Linien ist durch Überlagerung der Teillichtflüsse gebildet, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2 angeordnet sind. Der Grad der Dunkelheit in jeder dunklen Linie ist im wesentlichen identisch mit der Summation des Grads an Dunkelheit der dunklen Linien, die durch die jeweiligen kleinen Linsen gebildet werden.
Die vorstehende Beschreibung führt zu den folgenden Prinzipien:
(Erstes Prinzip)
Das erste Prinzip besteht darin, dass die verschiedenen Positionen der zentralen Achsen der Teillichtflüsse relativ zu der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprismas bewirken, dass dunkle Linien bei verschiedenen Positionen gebildet werden. Die Teillichtflüsse, die durch die verschiedenen Spalten gelangen, die in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2 enthalten sind, sind verschieden in der Position relativ zu der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprismas 4 und bilden daher dunkle Linien bei verschiedenen Positionen.
(Zweites Prinzip)
Das zweite Prinzip besteht darin, dass die verschiedenen Positionen der Querschnitte der Teillichtflüsse in der xy-Ebene, die die zentrale Achse 5 des dichroitischen Kreuz prismas 4 umfasst, der Differenz in den Einfallswinkeln der Teillichtflüsse zuzurechnen sind, die in das dichroitische Kreuzprisma 4 gelangen (siehe 1). Die Teillichtflüsse, die durch die verschiedenen Spalten gelangen, die in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2 enthalten sind, gelangen in das dichroitische Kreuzprisma 4 bei verschiedenen Einfallswinkeln und haben daher Querschnitte bei verschiedenen Positionen im Verhältnis zu der zentralen Achse 5.
Insbesondere verschiedene Einfallswinkel der Teillichtflüsse, die in das dichroitische Kreuzprisma 4 gelangen, oder verschiedene Winkel der Teillichtflüsse, die auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagert werden, bewirken, dass dunkle Linien bei verschiedenen Positionen gebildet werden.
(Schlussfolgerungen)
Wie vorstehend erörtert ist, bilden die Teillichtflüsse, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte in dem ersten und zweiten Linsenfeld 1 und 2 gebildet sind, jeweils dunkle Linien bei im wesentlichen derselben Position auf dem Projektionsschirm 7. Der Grad an Dunkelheit jeder sich ergebenden dunklen Linie ist im wesentlichen gleich der Summation des Grads an Dunkelheit der dunklen Linien, die durch die jeweiligen kleinen Linsen gebildet werden. Eine erwünschte Anordnung bewirkt entsprechend, dass dunkle Linien bei verschiedenen Positionen auf dem Projektionsschirm 7 durch die jeweiligen Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleinen Linsen gelangen. Trotz einem Erhöhen der Gesamtzahl an dunklen Linien verringert diese Anordnung den Grad an Dunkelheit pro jeder dunklen Linie, wodurch jede dunkle Linie ausreichend unmerklich bzw. unauffällig gemacht wird. Es ist jedoch nicht erforderlich zu bewirken, dass alle Linien bei verschiede nen Positionen durch die jeweiligen Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleinen Linsen gelangen. Eine bevorzugte Anwendung bewirkt entsprechend, dass lediglich ein Teil der dunklen Linien bei verschiedenen Positionen gebildet wird.
Eine Bildung von dunklen Linien bei verschiedenen Positionen wird entweder entsprechend dem ersten oder dem zweiten Prinzip realisiert, die vorstehend erörtert sind.
Basierend auf dem ersten Prinzip, was die Teillichtflüsse betrifft, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, sollten die Positionen der zentralen Achsen der Teillichtflüsse relativ zu der zentralen Achse 5 des dichroitischen Kreuzprimas 4 von den anderen geändert werden.
Basierend auf dem zweiten Prinzip, was die Teillichtflüsse betrifft, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, sollten die Winkel der Teillichtflüsse, die auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 3 überlagert sind, oder die Einfallswinkel der Teillichtflüsse, die in das dichroitische Kreuzprisma 4 gelangen, von den anderen geändert werden.
Die vorliegende Erfindung hat die Probleme des Stands der Technik, der zuvor erörtert wird, gemäß den vorstehenden Prinzipien gelöst und ist in Anspruch 1 definiert. Das Folgende beschreibt das Mittel zum Lösen des Problems und dessen Funktionen und Wirkungen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Projektionsanzeigevorrichtung ausgerichtet, die ein optisches Beleuchtungssystem zum Abstrahlen bzw. Emittieren aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist: Ein Trennmittel für gefärbtes bzw. farbiges Licht, das das Licht in drei farbige Strahlen trennt, drei Lichtmodulationsmittel, die jeweils die drei farbigen Strahlen basierend auf gegebenen Bildsignalen modulieren, ein Kombiniermittel für farbiges Licht, das zwei dichroitische Filme aufweist, die in einer X-Form angeordnet sind, und eine zentrale Achse entsprechend einer Position, wo die beiden dichroitischen Filme einander überkreuzen, wobei das Kombiniermittel für farbiges Licht die drei farbigen Strahlen kombiniert, die jeweils durch die drei Lichtmodulationsmittel moduliert sind, um Licht zu mischen bzw. zusammensetzen, und das gemischte Licht in eine gemeinsame Richtung ausgibt, und ein Projektionsmittel, das das gemischte Licht, das von dem Kombiniermittel für farbiges Licht ausgegeben wird, auf eine Projektionsfläche projiziert, wobei das optische Beleuchtungssystem aufweist: ein unterteiltendes und überlagerndes optisches System, das einen Lichtfluss in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen unterteilt, die in Richtungen von Spalten und Reihen angeordnet sind, und die Mehrzahl von Teillichtflüssen überlagert, wobei die Spalten im wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht sind, die Reihen im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Spalten sind, wobei das unterteilende und überlagernde optische System ein Mittel aufweist, um in der Richtung der Reihen einen Ausleuchtungsbereich auf jedem Lichtmodulationsmittel zu verschieben, der durch denselben der Teillichtflüsse beleuchtet wird, auf einer identischen Spalte von einem Ausleuchtungsbereich, der durch die anderen Teillichtflüsse auf der identischen Spalte beleuchtet wird.
Ein Teillichtfluss projiziert die zentrale Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht auf die Projektionsoberfläche und bildet eine dunkle Linie entsprechend der zentralen Achse. Eine Mehrzahl von Teillichtflüssen, die auf einer Spalte angeordnet sind, projiziert im allgemeinen die zen trale Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht bei im wesentlichen derselben Position auf der Projektionsoberfläche und bildet eine dunkle Linie. Bei der vorstehenden Anordnung wird der Ausleuchtungsbereich auf dem Lichtmodulationsmittel, das mit einem Teil der Teillichtflüsse beleuchtet wird, von dem Ausleuchtungsbereich verschoben, der mit den anderen Teillichtflüssen bestrahlt wird, in der Richtung der Reihen (in der Richtung gewissermaßen senkrecht zu der Richtung an Spalten, im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse). Basierend auf dem ersten Prinzip, das vorstehend erörtert wird, kann die Position der zentralen optischen Weglänge des Teils der Teillichtflüsse im Verhältnis zu der zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht von der Position der zentralen optischen Weglänge der anderen Teillichtflüsse verschoben werden. Dies bewirkt, dass der Teil der Teillichtflüsse und die anderen Teillichtflüsse dunkle Linien bei verschiedenen Positionen bilden. Diese Anordnung macht entsprechend die dunklen Linien, die auf einem projizierten Bild gebildet werden, ausreichend unauffällig.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Anordnung des optischen Beleuchtungssystems umfasst das unterteilende und überlagernde optische System: ein erstes Linsenfeld mit einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die in den Richtungen von Spalten und Reihen angeordnet sind, und ein zweites Linsenfeld mit einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die jeweils entsprechend der Mehrzahl von kleinen Linsen des ersten Linsenfelds angeordnet sind, wobei in dem zweiten Linsenfeld zumindest ein Teil der kleinen Linsen aus zumindest einer Spalte der kleinen Linsen, die in der Richtung von Spalten angeordnet sind, optische Mitten bzw. Zentren haben, die bei verschiedenen Positionen im Verhältnis zu den Zentren der jeweiligen kleinen Linsen angeordnet sind.
In dieser bevorzugten Anordnung hat aus einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die zumindest auf einer Spalte angeordnet sind, ein Teil der kleinen Linsen, der Teil, durch den die Teillichtflüsse gelangen, optische Zentren bei verschiedenen Positionen von optischen Zentren der anderen kleinen Linsen. Dies bewirkt, dass die optischen Weglängen des Teils der Teillichtflüsse von den optischen Weglängen der anderen Teillichtflüsse verschoben werden. Basierend auf dem ersten Prinzip, das vorstehend erörtert wird, verhindert diese Anordnung, dass die Mehrzahl von Teillichtflüssen die zentrale Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht bei im wesentlichen derselben Position projiziert. Dies führt entsprechend dazu, dass dunkle Linien, die auf einem projizierten Bild gebildet sind, ausreichend unauffällig sind.
In dem optischen Beleuchtungssystem dieser Anordnung ist es bevorzugt, dass der Teil der kleinen Linsen exzentrische Linsen mit optischen Zentren bei verschiedenen Positionen im Verhältnis zu den Zentren der kleinen Linsen im Vergleich zu der Position der optischen Zentren der anderen kleinen Linsen sind, um einen Ausleuchtungsbereich auf einem Beleuchtungsbereich durch die Teillichtflüsse zu bewirken, die durch den Teil der kleinen Linsen gelangen, der in der Richtung von Reihen von einem Ausleuchtungsbereich auf dem Beleuchtungsbereich durch die Teillichtflüsse verschoben wird, die durch die anderen kleinen Linsen gelangen.
Diese Anordnung bewirkt, dass die optischen Wege bzw. Weglängen der Teillichtflüsse, die durch den Teil der kleinen Linsen gelangen, von den optischen Pfaden der Teillichtflüsse verschoben werden, die durch die anderen kleinen Linsen gelangen. Basierend auf dem ersten Prinzip, das vorstehend erörtert wird, verhindert diese Anordnung, dass die Mehrzahl an Teillichtflüssen die zentrale Achse des Kombi niermittels für farbiges Licht bei im wesentlichen derselben Position projiziert. Dies macht entsprechend die dunklen Linien, die auf einem projizierten Bild gebildet sind, ausreichend unauffällig.
In dem optischen Beleuchtungssystem der vorstehenden Anordnung ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von kleinen Linsen, die auf einer identischen Spalte angeordnet sind, in eine Mehrzahl von Gruppen unterteilt werden, wobei kleine Linsen, die in einer identischen Gruppe enthalten sind, optische Zentren bei einer identischen Position im Verhältnis zu einem Linsenzentrum haben, und kleine Linsen, die in verschiedenen Gruppen enthalten sind, optische Zentren bei verschiedenen Positionen im Verhältnis zu dem Linsenzentrum haben.
In dieser Anordnung haben die jeweiligen Gruppen verschiedene optische Weglängen der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen gelangen. Insbesondere die jeweiligen Gruppen bilden die dunkle Linie entsprechend der projizierten zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht bei verschiedenen Positionen und verhindert, dass die zentrale Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht bei im wesentlichen derselben Position projiziert wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Mehrzahl von kleinen Linsen, die auf einer identischen Spalte angeordnet sind, in die Mehrzahl von Gruppen unterteilt werden, so dass eine Gesamtmenge an Licht der Teillichtflüsse, die durch jede der Mehrzahl von Gruppen gelangen, gleich zueinander ist.
Die Differenz in der Gesamtmenge an Licht der Teillichtflüsse, die durch jede Gruppe gelangen, variiert den Grad an Dunkelheit der dunklen Linie entsprechend der zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht, das durch die Teillichtflüsse projiziert wird, die durch die Gruppe gelangen. Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese dunklen Linien ausreichend unauffällig zu machen. Das menschliche Auge hat ein verhältnismäßig hohes Unterscheidungsvermögen basierend auf dem relativen Vergleich und die Differenz im Grad der Dunkelheit aus den dunklen Linien ist entsprechend unerwünscht. Die identische Gesamtmenge an Licht der Teillichtflüsse, die durch jede Gruppe gelangen, gleicht somit den Grad an Dunkelheit der dunklen Linien aus, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die jeweiligen Gruppen gelangen.
Die Mehrzahl an Gruppen kann zumindest zwei Abschnitte unterteilt in der Richtung von Spalten sein. Diese einfache Anordnung verhindert, dass die zentrale Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht bei im wesentlichen derselben Position projiziert wird.
In einer bevorzugten Anordnung ist die Mehrzahl an Gruppen zwei Abschnitte unterteilt in der Richtung von Spalten, optische Zentren einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die in einem der beiden Abschnitte enthalten sind, und optische Zentren einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die in dem anderen der beiden Abschnitte enthalten sind, sind symmetrisch zu dem Linsenzentrum.
In dieser Anordnung umfasst der andere Abschnitt dieselben kleinen Linsen wie diejenigen eines Abschnitts, die umgekehrt angeordnet sind. Insbesondere das zweite Linsenfeld besteht aus lediglich einem Typ an kleinen Linsen.
In dem optischen Beleuchtungssystem irgendeiner der vorstehenden Anordnung ist es bevorzugt, dass die Mehrzahl an kleinen Linsen, die in dem zweiten Linsenfeld enthalten sind, optische Zentren hat, die symmetrisch zu einem Zen trum des zweiten Linsenfelds entsprechend einem Zentrum einer optischen Achse einer Lichtquelle angeordnet sind.
Die Lichtquelle, die in der Projektionsanzeigevorrichtung verwendet wird, hat im wesentlichen die größte Lichtmenge auf dem Zentrum der optischen Achse und die Lichtmenge verringert sich mit einem Anwachsen des Abstands von dem Zentrum der optischen Achse. In dem Fall, dass eine solche Lichtquelle in der Projektionsanzeigevorrichtung verwendet wird, kann die vorstehende bevorzugte Anordnung den Grad an Dunkelheit aller der Mehrzahl von dunklen Linien entsprechend der zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht ausgleichen, die durch die Teillichtflüsse projiziert werden, die durch die Mehrzahl von kleinen Linsen gelangen, die in dem zweiten Linsenfeld enthalten sind.
In dem optischen Beleuchtungssystem irgendeiner der vorstehenden Anordnung umfasst entsprechend einer Anwendung das unterteilende und überlagernde optische System weiterhin: eine überlagernde Linse, die eine Mehrzahl von Teillichtflüssen überlagert und verdichtet, die durch die Mehrzahl von kleinen Linsen in dem ersten Linsenfeld und durch die Mehrzahl von kleinen Linsen in dem zweiten Linsenfeld gelangt waren, im wesentlichen auf einer Beleuchtungsposition jedes Lichtmodulationsmittels, und ein polarisierendes Element, das zwischen dem zweiten Linsenfeld und der überlagernden Linse angeordnet ist, wobei das polarisierende Element aufweist: ein Polarisationsstrahlspaltfeld, das mehrere Sätze eines Polarisationstrennfilms und eines Reflexionsfilms hat, die parallel zueinander sind, wobei das Polarisationsstrahlspaltfeld jeden der Mehrzahl von Teillichtflüssen, die durch die Mehrzahl von kleinen Linsen des zweiten Linsenfelds gelangen, in zwei Typen von linearen polarisierten Lichtkomponenten trennt, und einen Polarisator, der polarisierende Richtungen der beiden Typen von li nearen polarisierten Lichtkomponenten ausgleicht, die durch das Polarisationsstrahlspaltfeld getrennt werden.
Diese Anordnung wandelt das Licht einschließlich der Strahlen von zufällig polarisiertem Licht zu einem Typ von polarisiertem Licht und verbessert dadurch die Ausnützungseffizienz an Licht.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 zeigt das Prinzip des Bildens einer dunklen Linie, wenn ein optisches Integratorsystem in einer Projektionsanzeigevorrichtung angenommen wird, mit einem dichroitischen Kreuzprisma.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinen des ersten und des zweiten Linsenfelds 1 und 2 darstellt.
3 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht aus 1(A-1) und eine Querschnittsansicht, die eine xy-Ebene einschließlich einer zentralen Achse 5 eines dichroitischen Kreuzprismas 4 wiedergibt.
4 zeigt konzeptionell den Zustand, in dem Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen gelangt sind, die auf einer N-ten Spalte in den beiden Linsenfeldern 1 und 2 angeordnet sind, auf einen Projektionsschirm 7 projiziert werden.
5 zeigt eine Draufsicht, die schematisch einen Hauptteil einer Projektionsanzeigevorrichtung wiedergibt, als eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinen eines ersten Linsenfelds 120 wiedergibt.
7 zeigt ein zweites Linsenfeld 130 in der ersten Ausführungsform.
8 zeigt die Funktion des zweiten Linsenfelds 130.
9 zeigt konzeptionell den Zustand, in dem die Teillichtflüsse durch das erste und zweite Linsenfeld 120 und 130 auf einem Flüssigkristall-Lichtventil 152 überlagert werden.
10 zeigt den Zustand, in dem Teillichtflüsse, die von kleinen Linsen 132a, 132b und 132c ausgegeben werden, durch ein dichroitisches Kreuzprisma 260 gelangen.
11 zeigt das Verhältnis zwischen der Position der optischen Achse der kleinen Linse auf jeder Reihe des zweiten Linsenfelds 130 und die Lichtmenge des Teillichtflusses, der durch jede kleine Linse gelangt.
12 zeigt ein weiteres zweites Linsenfeld 130' mit einem verschiedenen Aufbau von demjenigen des zweiten Linsenfelds 130, das in 7 gezeigt ist.
13 zeigt eine weitere Projektionsanzeigevorrichtung als eine zweite Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt einen Aufbau eines polarisierenden Elements 140.
15 zeigt die Funktion des zweiten Linsenfelds 130 in der zweiten Ausführungsform.
16 zeigt die Funktion des zweiten Linsenfelds 130 in der zweiten Ausführungsform.
17 zeigt konzeptionell einen Hauptteil einer Projektionsanzeigevorrichtung.
18 zeigt teilweise zerlegt eine perspektivische Ansicht, die ein dichroitisches Kreuzprima 48 darstellt.
19 zeigt ein Problem, das für den Fall des Verwendens des dichroitischen Kreuzprismas 48 auftritt.
Beste Arten des Durchführens der vorliegenden Erfindung
Einige Arten des Durchführens der vorliegenden Erfindung sind nachstehend als bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnet die z-Richtung die Richtung des Verlaufs an Licht, die x-Richtung die Richtung von 3 Uhr gesehen von der Richtung des Verlaufs an Licht (die z-Richtung) und die y-Richtung bezeichnet die Richtung von 12 Uhr.
A. Erste Ausführungsform
5 zeigt eine Draufsicht, die schematisch einen Hauptteil einer Projektionsanzeigevorrichtung wiedergibt, als eine erste Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Projektionsanzeigevorrichtung weist auf: ein optisches Beleuchtungssystem 100, dichroitische Spiegel 120 und 212, reflektierende Spiegel 218, 222 und 224, eine Ein gangslinse 230, eine Relais- bzw. Stellinse 232, drei Feldlinsen 240, 242 und 244, drei Flüssigkristall-Lichtventile (Flüssigkristallpaneele) 250, 252 und 254, ein dichroitisches Kreuzprisma 260 und ein Projektionslinsensystem 260.
Das optische Beleuchtungssystem 100 weist auf: eine Lichtquelle 110 zum Emittieren eines im wesentlichen parallelen Lichtflusses, ein erstes Linsenfeld 120, ein zweites Linsenfeld 130, eine überlagernde Linse 150 und einen reflektierenden Spiegel 160. Das optische Beleuchtungssystem 100 ist ein optisches Integratorsystem, das im wesentlichen gleichmäßig die drei Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 bewirkt.
Die Lichtquelle 110 hat eine Lichtquellenlampe 112, die als eine strahlende Lichtquelle zum Emittieren eines strahlenden Lichtstrahls verwendet wird, und einen konkaven Spiegel 114 zum Konvertieren des strahlenden Lichtstrahls, der von der Lichtquellenlampe 112 emittiert wird, zu einem im wesentlichen parallelen Lichtfluss. Ein bevorzugtes Beispiel des konkaven Spiegels 114 ist ein parabolischer Reflektor.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinen des ersten Linsenfelds 120 darstellt. Das erste Linsenfeld 120 umfasst kleine Linsen 122, die jeweils eine im wesentlichen rechteckige Form haben und in einer Matrix von M Reihen und N Spalten angeordnet sind. In diesem Beispiel ist M = 6 und N = 4. Das zweite Linsenfeld 130 umfasst kleine Linsen, die im wesentlichen in einer Matrix von M Reihen und N Spalten angeordnet sind, entsprechend den kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfelds 120. Die Details des zweiten Linsenfelds 130 werden später beschrieben. Die kleinen Linsen 122 unterteilen den Lichtfluss, der von der Lichtquelle 110 (5) emittiert wird, in eine Mehrzahl von (d. h. M × N) Teillichtflüssen und verdichtet die jeweiligen Teillichtflüsse in der Nähe des zweiten Linsenfelds 130. Die Kontur jeder kleinen Linse 122 betrachtet von der Richtung z ist im wesentlichen gleich der Form eines Anzeigebereichs auf den Flüssigkristall-Lichtventilen 250, 252 und 254 gesetzt. In dieser Ausführungsform ist das Seitenverhältnis (das Verhältnis der lateralen Dimension zu der vertikalen Dimension) jeder kleinen Linse 122 gleich 4 zu 3 gesetzt.
In der Projektionsanzeigevorrichtung, die in 5 gezeigt ist, wird der parallele Lichtfluss, der von der Lichtquelle 110 emittiert wird, in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen unterteilt, durch das erste Linsenfeld 120 und das zweite Linsenfeld 130 in dem optischen Integratorsystem. Die Teillichtflüsse, die von den jeweiligen kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfelds 120 ausgegeben werden, werden mittels der kleinen Linsen 122 verdichtet, so dass Bilder der Lichtquelle 110 in entsprechenden kleinen Linsen des zweiten Linsenfelds 130 fokussiert werden. Insbesondere wird eine Anzahl an sekundären Lichtquellenbilder in den kleinen Linsen 132 des zweiten Linsenfelds 130 gebildet, entsprechend der Zahl an kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfelds 120.
Die überlagernde Linse 51 hat die Funktion des überlagernden optischen Systems, das die Teillichtflüsse überlagert und verdichtet bzw. kondensiert, die von den jeweiligen kleinen Linsen 132 des zweiten Linsenfelds 130 ausgegeben werden, auf den Flüssigkristall-Lichtventilen 250, 252 und 254, d. h. auf den Bereichen, die zu bestrahlen bzw. beleuchten sind.
Ein Linsenfeld, das sowohl die Funktion der überlagernden Linse 51 als auch die Funktion der jeweiligen kleinen Linsen des zweiten Linsenfelds 130 hat, kann anstelle der bei den Linsen 130 und 150 verwendet werden. Der reflektierende Spiegel 160 hat die Funktion des Reflektierens der Lichtflüsse, die von der überlagernden Linse 150 ausgegeben werden, zu dem dichroitischen Spiegel 210. Der reflektierende Spiegel 160 kann entsprechend den Anforderungen bei dem Aufbau weggelassen werden. Der Aufbau dieser Ausführungsform ermöglicht, dass die jeweiligen Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 auf eine im wesentlichen gleichmäßige Art beleuchtet werden.
Die beiden dichroitischen Spiegel 210 und 212 haben die Funktion des Trennmittels für farbiges Licht, das einen Strahl an weißem Licht, der durch die überlagernde Linse 150 verdichtet wird, in drei farbige Strahlen an rot, grün und blau trennt. Der erste dichroitische Spiegel 210 überträgt eine Komponente an rotem Licht des weißen Lichtflusses, der von dem optischen Beleuchtungssystem 100 emittiert wird, während eine Komponente an blauem Licht und eine Komponente an grünem Licht reflektiert werden. Das rote Licht, das durch den ersten dichroitischen Spiegel 210 übertragen wird, wird von dem reflektierenden Spiegel 218 reflektiert, gelangt durch die Feldlinse 240 und erreicht schließlich das Flüssigkristall-Lichtventil 250 für rotes Licht. Die Feldlinse 240 wandelt jeden Teillichtfluss, der von dem zweiten Linsenfeld 130 ausgegeben wird, zu einem Lichtfluss parallel zu der zentralen Achse des Teillichtflusses. 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 wieder durch den zweiten dichroitischen Spiegel 212 reflektiert, gelangt durch die Feldlinse 242 und erreicht schließlich das Flüssigkristall-Lichtventil 252 für grünes Licht. Das blaue Licht, das von dem ersten dichroitischen Spiegel 210 reflektiert wird, wird durch den zweiten dichroitischen Spiegel 212 übertra gen, gelangt durch das Stellinsensystem einschließlich der Eingangslinse 230, der Stellinse 232 und der reflektierenden Spiegel 222 und 224, geht durch die Feldlinse 244 und erreicht schließlich das Flüssigkristall-Lichtventil 254 für blaues Licht. Das Stellinsensystem wird für die blaue Lichtkomponente verwendet, die die längere optische Weglänge als diejenigen der anderen Lichtkomponenten hat, um eine Verringerung in der Ausnutzungseffizienz an Licht zu verhindern. In anderen Worten ermöglicht das Stellinsensystem, dass die Teillichtflüsse, die in die Eingangslinse 230 gelangen, zu der Ausgangslinse 244 übertragen werden.
Die drei Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 haben die Funktionen des Lichtmodulationsmittels, das jeweils die drei farbigen Strahlen in Reaktion auf gegebene Bildinformationen moduliert (ein gegebenes Bildsignal), um Bilder zu bilden. Das dichroitische Kreuzprisma 260 hat die Funktion des Kombiniermittels für farbiges Licht, das die drei farbigen Strahlen kombiniert und ein Farbbild bildet. Der Aufbau des dichroitischen Prismas 260 ist identisch zu demjenigen, der in 18 und 19 beschrieben wird. Das dichroitische Kreuzprisma 260 hat einen dielektrischen mehrschichtigen Film zum Reflektieren von rotem Licht und weitere dielektrische mehrschichtige Filme zum Reflektieren von blauem Licht, die in einer im wesentlichen x-Form auf einer Grenzfläche von vier rechtwinkligen Prismen angeordnet sind. Diese dielektrischen mehrschichtigen Filme kombinieren die drei farbigen Strahlen, um zusammengesetztes bzw. gemischtes Licht zu erzeugen, das zum Projizieren eines Farbbilds verwendet wird. Das zusammengesetzte Licht, das durch das dichroitische Kreuzprisma 260 erzeugt wird, wird zu dem Projektionslinsensystem 270 ausgegeben. Das Projektionslinsensystem 270 hat die Funktion des optischen Projektionssystems, das das zusammengesetzte Licht auf ei nen Projektionsschirm 300 projiziert, um ein farbiges Bild anzuzeigen.
Die Projektionsanzeigevorrichtung der ersten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, ist durch das zweite Linsenfeld 130 gekennzeichnet. 7 zeigt das zweite Linsenfeld 130 in der ersten Ausführungsform. Die kleinen Linsen 132 des zweiten Linsenfelds 130 umfassen drei verschiedene Typen von kleinen Linsen 132a, 132b und 132c mit optischen Achsen bei verschiedenen Positionen. Jede Reihe der kleinen Linsen 132 besteht aus einem der drei Typen von kleinen Linsen 132a, 132b und 132c. Unter Bezugnahme auf 7(A) repräsentiert das Kreuz, das auf der Oberfläche jeder kleinen Linse gezeichnet ist, die Position der optischen Achse oder das optische Zentrum jeder kleinen Linse. Die kleinen Linsen 132a, die die zweite und die fünfte Reihe des zweiten Linsenfelds 130 bilden, haben die optischen Achsen auf den Zentren der jeweiligen kleinen Linsen 132a. Die kleinen Linsen 132b, die die dritte und die sechste Reihe bilden, haben die optischen Achsen verschoben in der +x-Richtung von den Zentren der jeweiligen kleinen Linsen 132b. Die kleinen Linsen 132c, die die erste und die vierte Reihe bilden, haben die optischen Achsen verschoben in der –x-Richtung von den Zentren der jeweiligen kleinen Linsen 132c. 7(B) zeigt beispielhafte Strukturen von kleinen Linsen mit verschobenen optischen Achsen (exzentrische Linsen), wie bspw. die kleinen Linsen 132b und 132c. Die kleinen Linsen 132b und 132c sind exzentrische Linsen, die äquivalent zu den Linsen sind, die optische Achsen verschoben von den Zentren von sphärischen Linsen haben, geschnitten bei vorbestimmten Positionen.
8 zeigt die Funktion des zweiten Linsenfelds 130. 8(A) zeigt eine Draufsicht, die die zweite Reihe von oben des zweiten Linsenfelds 130 wiedergibt, 8(B) zeigt eine Draufsicht, die die dritte Reihe von oben des zweiten Linsenfelds 130 wiedergibt, und 8(C) zeigt eine Draufsicht, die die vierte Reihe von oben des zweiten Linsenfelds 130 wiedergibt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist lediglich der Hauptteil auf der optischen Weglänge von der Lichtquelle 110 zu dem Flüssigkristall-Lichtventil 252 gezeigt. Die folgende Beschreibung berücksichtigt die zweite Spalte des ersten und des zweiten Linsenfelds 220 und 130 (6 und 7).
Unter Bezugnahme auf 8(A) wird der parallele Lichtfluss, der von der Lichtquelle 110 emittiert wird, in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen durch die kleinen Linsen 122 des ersten Linsenfelds 120 unterteilt. Der Teillichtfluss wird durch die kleine Linse 122 verdichtet, um als ein Lichtquellenbild in der kleinen Linse 132a des zweiten Linsenfelds 130 fokussiert zu werden. Die überlagernde Linse 150 bewirkt, dass der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132a ausgegeben wird, auf einem Lichtbereich 252a überlagert und verdichtet wird, der die Lichteingangsoberfläche des Flüssigkristallkolbens 252 ist. Die kleine Linse 132a hat die optische Achse auf dem Zentrum der kleinen Linse 132a (siehe 7). Der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132a ausgegeben wird, hat entsprechend eine zentrale Achse 256cl, die durch das Zentrum des Lichtbereichs 252a reicht, so dass ein Ausleuchtungsbereich 256la beleuchtet wird. Unter Bezugnahme auf 8(B) wird der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132b auf der zweiten Spalte des zweiten Linsenfelds 130 ausgegeben wird, auf dem Beleuchtungsbereich 252a auf dieselbe Weise wie in 8(A) verdichtet. Die kleine Linse 132b hat jedoch die optische Achse verschoben in der +x-Richtung (siehe 7). Der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132b ausgegeben wird, hat entsprechend eine zentrale Achse 257cl, die in der +x-Richtung von dem Zentrum des Beleuchtungsbe reichs 252a verschoben ist, so dass ein Ausleuchtungsbereich 257la, der in der +x Richtung von dem Ausleuchtungsbereich 256la verschoben ist, beleuchtet wird. Unter Bezugnahme auf 8(C) wird der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132c auf der zweiten Spalte des zweiten Linsenfelds 130 ausgegeben wird, auf dem Beleuchtungsbereich 252a auf dieselbe Weise wie in 8(A) und 8(B) verdichtet. Die kleine Linse 132c hat jedoch die optische Achse verschoben in der –x-Richtung (siehe 7). Der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132c ausgegeben wird, hat entsprechend eine zentrale Achse 258cl, die in der –x-Richtung von dem Zentrum des Beleuchtungsbereich 252a verschoben ist, so dass ein Ausleuchtungsbereich 258la, der in der –x-Richtung von dem Ausleuchtungsbereich 256la verschoben ist, beleuchtet wird. Die Teillichtflüsse auf der fünften, sechsten und der ersten Reihe des zweiten Linsenfelds 130 haben jeweils die optischen Weglängen identisch mit denjenigen aus 8(A), 8(B) und 8(C). Wie in 8(A), 8(B) und 8(C) gezeigt ist, werden die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, auf den drei verschiedenen Ausleuchtungsbereichen 256la, 257la und 258la überlagert, durch die drei verschiedenen Typen von kleinen Linsen 132a, 132b und 132c des zweiten Linsenfelds und der Überlagerungslinse 150, um den Beleuchtungsbereich 252a zu beleuchten. Die jeweiligen zentralen Achsen 256cl, 257cl und 258cl der Teillichtflüsse reichen durch den Beleuchtungsbereich 252a bei den verschiedenen Positionen im Verhältnis zu dem Zentrum des Beleuchtungsbereich 252a.
9 zeigt konzeptionell den Zustand, in dem die Teillichtflüsse durch das erste und das zweite Linsenfeld 120 und 130 auf dem Flüssigkristall-Lichtventil 252 überlagert werden. In dieser Darstellung wird das Flüssigkristall-Lichtventil 252 von der Seite der überlagernden Linse 150 betrachtet. Der Ausleuchtungsbereich 256la durch die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 132a gelangen, ist durch die durchgezogene Linie gezeigt, der Ausleuchtungsbereich 257la durch die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 132b gelangen, ist durch die unterbrochene Linie gezeigt, und der Ausleuchtungsbereich 258la durch die Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen 132c gelangen, ist durch die Einpunktkettenlinie gezeigt. Obwohl die Ausleuchtungsbereiche 256la, 257la und 258la Abweichungen in der y Richtung in 9 haben, sind diese Abweichungen lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung ihrer Positionsunterschiede gegeben. In dem tatsächlichen Zustand gibt es im wesentlichen keine Abweichung in der y-Richtung. Wie deutlich in 9 zu sehen ist, ist der Ausleuchtungsbereich 257la in der +x-Richtung von dem Ausleuchtungsbereich 256la verschoben, während der Ausleuchtungsbereich 258la in der –x-Richtung von dem Ausleuchtungsbereich 256la verschoben ist. Der Positionsunterschied unter den Ausleuchtungsbereichen 256la, 257la und 258la in der x-Richtung bewirkt die Ungleichmäßigkeit der Ausleuchtung an beiden Enden des Flüssigkristall-Lichtventils 252. Es tritt jedoch kein wesentliches Problem auf, da ein wirksamer Bereich 253, der tatsächlich für die Projektion verwendet wird, kleiner ist als die Kontur des Flüssigkristall-Lichtventils 252.
10 zeigt den Zustand, in dem die Teillichtflüsse, die von den kleinen Linsen 132a, 132b und 132c ausgegeben werden, durch das dichroitische Kreuzprisma 260 gelangen. Zum besseren Verständnis sind Teile, die für die Beschreibung nicht erforderlich sind, entweder weggelassen oder vereinfacht. Die zentrale Achse 256cl des Teillichtflusses, der von der kleinen Linse 132a auf der zweiten Reihe und der zweiten Spalte des zweiten Linsenfelds 130 ausgegeben wird, die zentrale Achse 257cl des Teillichtflusses, der von der kleinen Linse 132b auf der dritten Reihe und der zweiten Spalte ausgegeben wird, und die zentrale Achse 258cl des Teillichtflusses, der von der kleinen Linse 132c auf der vierten Reihe und der zweiten Spalte ausgegeben wird, reichen durch das dichroitische Kreuzprisma 260 bei verschiedenen Positionen im Verhältnis zu einer zentralen Achse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260. Wie vorstehend im ersten Prinzip beschrieben wird, bewirkt die Positionsdifferenz unter den zentralen Achsen der Teillichtflüsse, die durch das dichroitische Kreuzprisma 260 gelangen, relativ zu der zentralen Achse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260, dass dunkle Linien bei verschiedenen Positionen gebildet werden. Dies verhindert, dass die dunklen Linien, die durch die jeweiligen Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, an einer Stelle verdichtet werden und macht daher die dunklen Linien ausreichend unauffällig.
Das folgende beschreibt die Anordnung von kleinen Linsen mit optischen Achsen bei verschiedenen Positionen in dem zweiten Linsenfeld 130. 11 zeigt das Verhältnis zwischen der Position der optischen Achse der kleinen Linse auf jeder Reihe des zweiten Linsenfelds 130 und die Lichtmenge des Teillichtflusses, der durch jede kleine Linse gelangt. 11(A) zeigt eine Verteilung der Lichtmenge, die von der Lichtquelle 110 ausgegeben wird. 11(B) zeigt eine Vorderansicht, die das zweite Linsenfeld 130 von der Seite der Lichtquelle 110 zeigt. Unter Bezugnahme auf 11(A) hat die Lichtquelle 110 im wesentlichen den hellsten Abschnitt in der Nähe des Zentrums der optischen Achse der Lichtquellenlampe 112, und die Helligkeit verringert sich mit einer Erhöhung im Abstand weg von dem Zentrum der optischen Achse. Wenn angenommen wird, dass die Helligkeit der Teillichtflüsse, die durch die kleinen Linsen auf der zwei ten und der fünften Reihe des zweiten Linsenfelds 130 gelangen, mittel bzw. durchschnittlich ist, ist die Helligkeit auf der dritten und der vierten Reihe größer, während die Helligkeit auf der ersten und der sechsten Reihe geringer ist, wie in 11(B) gezeigt ist.
Wie vorstehend beschrieben wird, bilden aus den Teillichtflüssen, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte des zweiten Linsenfelds 130 angeordnet sind, diejenigen, die durch die kleinen Linsen gelangen, die optische Achsen bei derselben Position haben, dunkle Linien bei derselben Position auf dem Bildschirm. In dieser Ausführungsform bewirken der Satz von kleinen Linsen 132c auf der ersten und der vierten Reihe, der Satz an kleinen Linsen 132a auf der zweiten und der fünften Reihe und der Satz der kleinen Linsen 132b auf der dritten und der sechsten Reihe jeweils, dass dunkle Linien bei derselben Position auf dem Bildschirm gebildet werden. Die Differenz in der Gesamtmenge an Licht aus den Teillichtflüssen, die durch die jeweiligen Sätze an kleinen Linsen gelangen, führt zu der Differenz im Grad an Dunkelheit unter den drei dunklen Linien, die auf dem Bildschirm gebildet werden. Das menschliche Auge hat eine verhältnismäßig hohe Unterscheidungskraft basierend auf dem relativen Vergleich. Der Unterschied im Grad an Dunkelheit aus einer Mehrzahl von dunklen Linien macht entsprechend die dunklen Linien ziemlich auffällig.
Die Positionen der optischen Achsen der jeweiligen kleinen Linsen werden bestimmt, um eine Gesamtmenge an Licht der Teillichtflüsse, die durch jeden Satz an kleinen Linsen gelangen, auszugleichen, die die optischen Achsen bei derselben Position haben, unter den M kleinen Linsen, die auf derselben Spalte des zweiten Linsenfelds 130 angeordnet sind. Dies ermöglicht, dass die drei dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die jeweiligen Sätze an kleinen Linsen gelangen, im wesentlichen den identischen Grad an Dunkelheit haben.
In dieser Ausführungsform sind die optischen Achsen der kleinen Linsen, die in den jeweiligen Sätzen enthalten sind, d. h. der Satz der ersten und der vierten Reihe, der Satz der zweiten und der fünften Reihe und der Satz der dritten und der sechsten Reihe, bei drei verschiedenen Positionen in der –x-Richtung angeordnet, auf dem Zentrum der Linse, und in der +x-Richtung, wie in 11(B) gezeigt ist. Diese Anordnung bewirkt, dass die dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, an drei verschiedenen Stellen unterteilt werden und den äquivalenten Grad an Dunkelheit haben, wodurch die dunklen Linien ausreichend unauffällig gemacht werden.
Die Positionsverschiebungen der optischen Achsen der kleinen Linsen 132b und 132c können anhand der geometrischen Verhältnisse des zweiten Linsenfelds 130, des polarisierenden Elements 140, der überlagernden Linse 150, der Feldlinsen 240, 242, und 244, der Flüssigkristall-Lichtventile 250, 253 und 254 und der zentralen Achse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 berechnet werden, oder diese können experimentell erhalten werden. Es ist bevorzugt, dass die Positionen, der optischen Achsen der kleinen Linsen 132b und 132c, d. h. die kleinen Linsen mit den optischen Achsen verschoben von dem Zentrum der Linse, bestimmt werden, um zu bewirken, dass die dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die kleinen Linsen 132b und 132c gelangen, zwischen den dunklen Linien vorliegen, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die kleinen Linsen 132a auf der zweiten und der fünften Reihe gelangen, d. h. die kleinen Linsen mit den opti schen Achsen auf dem Zentrum der Linse. Die dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die kleinen Linsen mit den optischen Achsen verschoben von dem Zentrum der Linse gelangen (die kleinen Linsen 132b und 132c), sind bevorzugt in der Mitte der dunklen Linie anzuordnen, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die kleinen Linsen mit den optischen Achsen auf dem Zentrum der Linse (die kleinen Linsen 132a) gelangen. Dieser Aufbau maximiert das Intervall zwischen den dunklen Linien und verhindert, dass die dunklen Linien sich überlappen.
In dem Aufbau der Ausführungsform wird die Position der optischen Achse der kleinen Linse auf jeder Reihe des Linsenfelds geändert. Ein weitere Aufbau kann ebenfalls anwendbar sein, solange die Struktur verhindert, dass die dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleine Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, an einer Stelle konvergiert werden.
12 zeigt ein weiteres Linsenfeld 130' mit einem verschiedenen Aufbau von demjenigen des zweiten Linsenfelds 130, das in 7 gezeigt ist. Das zweite Linsenfeld 130' umfasst M Reihen an kleinen Linsen, die durch das Zentrum der Reihen in zwei Abschnitte geteilt werden, einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt. Der obere Abschnitt besteht aus kleinen Linsen 132'c mit optischen Achsen verschoben in der –x-Richtung von dem Zentrum der Linse, während der untere Abschnitt aus kleinen Linsen 132'b mit optischen Achsen verschoben in der +x-Richtung von dem Zentrum der Linse besteht. Das zweite Linsenfeld 130' dieses Aufbaus wird bei dem optischen Beleuchtungssystem 100 angewendet, das in 5 gezeigt ist, in der Projektionsanzeigevorrichtung. In diesem Fall sind die dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, in zwei verschiedene Stellen unterteilt. Obwohl das zweite Linsenfeld 130' die geringere Anzahl an Unterteilungen an dunklen Linie als das zweite Linsen 130 bewirkt, macht dieser Aufbau die dunklen Linien ebenfalls ausreichend unauffällig. Das zweite Linsenfeld 130' umfasst zwei verschiedene Typen von kleinen Linsen mit optischen Achsen bei verschiedenen Positionen, die in der Richtung von Reihen in die beiden Abschnitte unterteilt sind, den oberen Abschnitt und den unteren Abschnitt. Dieser einfache Aufbau ermöglicht, dass das zweite Linsenfeld 130' einfacher als das zweite Linsenfeld 130 hergestellt wird.
B. Zweite Ausführungsform
13 zeigt eine weitere Projektionsanzeigevorrichtung als eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Der hauptsächliche Unterschied der zweiten Ausführungsform von der ersten Ausführungsform besteht darin, dass ein optisches Beleuchtungssystem 100' ein polarisierendes Element 140 enthält, dass zwischen das zweite Linsenfeld 130 und die überlagernde Linse 150 gelegt ist. Die anderen Bestandteile der zweiten Ausführungsform sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform. Das optische Beleuchtungssystem 100' emittiert vorab bestimmtes polarisiertes Licht, jedoch gibt es keinen Unterschied in den Hauptfunktionen. Wie in der ersten Ausführungsform kann das zweite Linsenfeld 130 durch das zweite Linsenfeld 130' ersetzt werden, das in 12 gezeigt ist. Das folgende beschreibt die Funktionen, die sich von denjenigen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
14 zeigt einen Aufbau des polarisierenden Elements 140 (13). Das polarisierende Element 140 umfasst ein Polarisationsstrahlspaltfeld 141 und eine selektive Phasen differenzplatte 142. Das Polarisationsstrahlspaltfeld 141 umfasst eine Mehrzahl von säulenartigen durchsichtigen Elementen 143 mit einem Querschnitt in Form eines Parallelogramms, die miteinander verbunden sind. Polarisationstrennfilme 144 und Reflexionsfilme 145 sind abwechselnd auf den Grenzflächen der durchsichtigen Elemente 143 gebildet. Um zu ermöglichen, dass der Polarisationstrennfilm 144 und der Reflexionsfilm 145 abwechselnd angeordnet sind, wird das Polarisationsstrahlspaltfeld 141 durch Verbinden einer Mehrzahl von Glasscheiben mit diesen Filmen hergestellt, die darauf gebildet sind, und durch Schneiden der verbundenen Glasscheiben schräg bei einem vorab bestimmten Winkel.
Das Licht an zufällig polarisierenden Richtungen, das durch das erste und das zweite Linsenfeld 120 und 130 gelangt, wird durch den Polarisationstrennfilm 140 in s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht geteilt. Das p-polarisierte Licht gelangt durch den Polarisationstrennfilm 144, während das s-polarisierte Licht durch den Polarisationstrennfilm 144 auf eine solche Weise reflektiert wird, dass der Winkel des einfallenden Strahls und eine senkrechte Linie bei dem Einfallspunkt des s-polarisierten Lichts in den Polarisationstrennfilm 144 symmetrisch zu dem Winkel des reflektierten Strahls und der senkrechten Linie ist (die Regel der Reflexion). Das s-polarisierte Licht, das von dem Polarisationstrennfilm 144 reflektiert wird, wird wiederum durch den reflektierenden Film 145 gemäß der Reflexionsregel reflektiert und wird dann im wesentlichen parallel zu dem p-polarisierten Licht ausgegeben, das durch den Polarisationstrennfilm 144 gelangt. Die selektive Phasendifferenzplatte 142 ist ein optisches Element mit λ/2 Phasendifferenzschichten 146, die auf den Lichtausfalloberflachen des Lichts angeordnet sind, das durch die Polarisationstrennfilme 144 gelangt. Es gibt keine λ/2 Phasendifferenzschichten auf den Lichtausfalloberflächen des Lichts, das von den reflektierenden Filmen 145 reflektiert wird. Die λ/2 Phasendifferenzschicht 146 wandelt entsprechend das p-polarisierte Licht, das durch den Polarisationstrennfilm 144 übertragen wird, in s-polarisiertes Licht. Folglich sind die Lichtflüsse von zufällig polarisierenden Richtungen, die in das polarisierende Element 140 gelangen, hauptsächlich zu s-polarisiertem Licht gewandelt. In Übereinstimmung mit einem weiteren möglichen Aufbau kann die selektive Phasendifferenzplatte 142 λ/2 Phasendifferenzschichten 146 haben, die auf den Lichtaustrittsoberflächen des Lichts angeordnet sind, das von den reflektierenden Filmen 145 reflektiert wird, um das s-polarisierte Licht zu p-polarisiertem Licht zu wandeln.
Wie deutlich in 14(A) gezeigt ist, wird die Position des Zentrums des s-polarisierten Lichts, das von einem Polarisationstrennfilm 144 des polarisierenden Elements 140 emittiert wird (d. h. die Position des Zentrums, wenn die beiden Strahlen an s-polarisiertem Licht als ein Satz eines Lichtflusses betrachtet werden), in der x-Richtung von dem Zentrum des einfallenden zufälligen Lichtflusses abgelenkt (s-polarisiertes Licht + p-polarisiertes Licht). Die Verschiebung ist gleich der Hälfte einer Breite Wp der λ/2 Phasendifferenzschicht 146 (d. h. die Hälfte der Breite des Polarisationstrennfilms 144 in der x-Richtung). Wie in 13 gezeigt ist, wird die optische Achse der Lichtquelle 110 (durch die Zwei-Punkt Kettenlinie gezeigt) entsprechend von der optischen Systemachse verschoben (gezeigt durch die Ein-Punkt Kettenlinie) nach dem polarisierenden Element 140 um einen Abstand gleich Wp/2.
In der ersten Ausführungsform (5) wird der Teillichtfluss durch jede kleine Linse 122 des ersten Linsenfeld 120 verdichtet, um als ein Bild der Lichtquelle 110 in der entsprechenden kleinen Linse 132 des zweiten Linsenfelds 130 fokussiert zu werden. In der zweiten Ausführungsform ist es andererseits bevorzugt, dass ein Lichtquellenbild in der Nähe des Polarisationstrennfilms 144 (14) des polarisierenden Elements 140 fokussiert wird, um zu ermöglichen, dass das polarisierende Element 140 effektiv jeden Teillichtfluss nutzt, der von dem zweiten Linsenfeld 130 ausgegeben wird.
15 und 16 zeigen die Funktion des zweiten Linsenfelds 130 (7) in der zweiten Ausführungsform. 15 zeigt die optische Weglänge des Teilleichtflusses, der durch die kleine Linse 132a auf der zweiten Reihe und der ersten Spalte des zweiten Linsenfelds 130 gelangt. 16 zeigt die optische Weglänge des Teillichtflusses, der durch die kleine Linse 132c auf der vierten Reihe und der ersten Spalte des zweiten Linsenfelds 130 gelangt. Unter Bezugnahme auf 15 wird ein Teillichtfluss 356, der eine zentrale Achse 356cl parallel zu der optischen Systemachse hat und von der kleinen Linse 122 auf der zweiten Reihe und der ersten Spalte des ersten Linsenfelds 120 ausgegeben wird, die hierin nicht dargestellt ist, durch die kleine Linse 122 auf dem Polarisationstrennfilm 144 verdichtet. Ein Teillichtfluss 356a, der durch den Polarisationstrennfilm 144 übertragen wird, wird durch die Überlagerungslinse 150 verdichtet, um den Beleuchtungsbereich 252a zu beleuchten, der die Lichteintrittsoberfläche des Flüssigkristall-Lichtventils 252 ist. Ein Teillichtfluss 356b, der von dem Polarisationstrennfilm 144 reflektiert wird und weiterhin von dem reflektierenden Film 145, beleuchtet ebenfalls den Beleuchtungsbereich 252a. Die kleine Linse 132a hat die optische Achse auf dem Zentrum der Linse (siehe 7). Der Teillichtfluss, der von der kleinen Linse 132a ausgegeben wird, tritt in das polarisierende Element 140 auf eine solche Weise ein, dass die zentrale Achse 356cl des Teillichtflusses parallel zu der optischen Systemachse ist. Die bei den Teillichtflüsse 356a und 356b, die von dem polarisierenden Element 140 ausgegeben werden, beleuchten einen Ausleuchtungsbereich 356la auf eine solche Weise, dass zentrale Achsen 356cla und 356clb dieser Teillichtflüsse 356a und 356b durch das Zentrum des Beleuchtungsbereichs 252a reichen.
Auf dieselbe Weise wie in 15 unter Bezugnahme auf 16 wird ein Teillichtfluss 358, der eine zentrale Achse 358cl parallel zu der optischen Systemachse hat und von der kleinen Linse 122 auf der vierten Reihe und der ersten Spalte des ersten Linsenfelds 120 ausgegeben wird, durch die kleinen Linse 122 auf dem Polarisationstrennfilm 144 verdichtet. Ein Teillichtfluss 358a, der durch den Polarisationstrennfilm 144 übertragen wird, wird durch die Überlagerungslinse 150 verdichtet, um den Beleuchtungsbereich 252a zu beleuchten. Ein Teillichtfluss 356b, der von dem Polarisationstrennfilm 144 reflektiert wird und weiter von dem reflektierenden Film 145, beleuchtet ebenfalls den Beleuchtungsbereich 252a. Die kleine Linse 132c hat die optische Achse verschoben in der –x-Richtung von dem Zentrum der Linse (siehe 7). Der Teillichfluss, der von der kleinen Linse 132c ausgegeben wird, tritt in das polarisierende Element 140 auf eine solche Weise ein, dass die zentrale Achse 358cl des Teillichtflusses in der Richtung weg von dem optischen Systempfad relativ zu dem Verlauf an Licht geneigt wird. Die beiden Teillichtflüsse 358a und 358b, die von dem polarisierenden Element 140 ausgegeben werden, beleuchten einen Ausleuchtungsbereich 358la auf eine solche Weise, dass zentrale Achsen 358cla und 358clb dieser Teillichtflüsse 358a und 358b in der –x-Richtung von dem Zentrum des Beleuchtungsbereichs 252a verschoben werden.
Wie bei der ersten Ausführungsform ändern in der zweiten Ausführungsform die kleinen Linsen 132a, 132b und 132c mit den optischen Achsen bei verschiedenen Positionen die Ausleuchtungsposition (die überlagernde Position) der Teillichtflüsse, die von den kleinen Linsen ausgegeben werden, die auf derselben Spalte des zweiten Linsenfelds auf den Flüssigkristall-Lichtventilen 250, 252 und 254 angeordnet sind. Dieser Aufbau verhindert wirksam, dass die dunklen Linien, die durch die jeweiligen Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die M kleinen Linsen gelangen, die auf derselben Spalte angeordnet sind, eine Konzentration an einer Stelle haben und macht daher die dunklen Linien ausreichend unauffällig.
Die Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 haben im wesentlichen polarisierende Ebenen auf ihren Lichteintrittsoberflächen. Die Flüssigkristall-Lichtventile 250, 252 und 254 modulieren entsprechend lediglich vorab bestimmtes polarisiertes Licht, während das andere polarisierte Licht als nützliche Lichtflüsse verloren geht. Der Aufbau der zweiten Ausführungsform bewirkt, dass der Lichtfluss, der von dem polarisierenden Element 140 ausgegeben wird, identisch mit dem vorab bestimmten polarisierten Licht ist, das in den Flüssigkristall-Lichtventilen 250, 252 und 254 verwendet wird. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform verbessert somit die zweite Ausführungsform die Ausnutzungseffizienz an Licht in der Projektionsanzeigevorrichtung.
Wie bei der ersten Ausführungsform können bei der zweiten Ausführungsform die Positionsverschiebungen der optischen Achsen der kleinen Linsen 132b und 132c anhand der geometrischen Verhältnisse des zweiten Linsenfelds 130, des polarisierenden Elements 140, der überlagernden Linse 150, der Feldlinsen 240, 242 und 244, der Flüssigkristall- Lichtventile 250, 253 und 254 und der zentralen Achse 262 des dichroitischen Kreuzprismas 260 berechnet werden oder können experimentell erhalten werden. In der zweiten Ausführungsform wandelt das polarisierende Element 140 einen Teil des Teillichtflusses, der durch das zweite Linsenfeld gelangt, zu dem Teillichtfluss, der in der Richtung von Reihen um Wp verschoben ist (siehe 14). Dies halbiert das Intervall zwischen den Teillichtflüssen in der Richtung der Reihen. Es ist folglich bevorzugt, dass die Positionen der optischen Achsen der kleinen Linsen 132b und 132c, d. h. die kleinen Linsen mit den optischen Achsen verschoben von dem Zentrum der Linse, bestimmt werden, um zu bewirken, dass die dunklen Linien, die durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die kleinen Linsen mit den optischen Achsen verschoben von dem Zentrum der Linse gelangen (die kleinen Linsen 132b und 132c), in der Mitte der dunklen Linien angeordnet werden, die bei dem ½ Intervallen durch die Teillichtflüsse gebildet werden, die durch die kleinen Linsen 132a auf der zweiten und der fünften Reihe gelangen, d. h. die kleinen Linsen mit den optischen Achsen auf dem Zentrum der Linse.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen oder Arten beschränkt, sondern es kann viele Modifikationen, Änderungen und Abänderungen geben, ohne den Bereich oder den Gedanken der Haupteigenschaften der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Einige mögliche Modifikationen sind nachstehend gegeben.
In dem zweiten Linsenfeld können die jeweiligen Reihen oder die jeweiligen Sätze von Reihen optische Zentren (optische Achsen) bei verschiedenen Positionen in der Richtung an Reihen haben. In einem weiteren Beispiel kann lediglich eine Reihe oder ein Satz von Reihen die optische Achse bei einer verschiedenen Position haben. In den vorstehenden Ausführungsformen wird der Lichtfluss von der Lichtquelle in eine Mehrzahl von Lichtflüssen unterteilt, die in einer Matrix angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls für den Fall anwendbar, in dem der Lichtfluss in eine Mehrzahl von Lichtflüssen zumindest angeordnet im wesentlichen auf derselben Spalte unterteilt wird. Es ist folglich erforderlich, dass zumindest ein Teil der kleinen Linsen aus zumindest einer Spalte von kleinen Linsen im wesentlichen angeordnet in einer vorbestimmten Richtung an Spalten das optische Zentrum bei einer verschiedenen Position von derjenigen des optischen Zentrums der anderen kleinen Linsen hat. In diesem Fall ist die Ausleuchtungsposition (der Ausleuchtungsbereich) auf dem Beleuchtungsbereich durch die Teillichtflüsse, die durch den Teil der kleinen Linse gelangen, verschieden von der ausleuchtenden Position durch die Lichtflüsse, die durch die anderen kleinen Linsen gelangen. Dies macht die Position der Teillichtflüsse, die durch zumindest einen Teil der kleinen Linse im Verhältnis zu der zentralen Achse des dichroitischen Kreuzprismas gelangen, verschieden von der Position der Teillichtflüsse, die durch die anderen kleinen Linsen gelangen, und unterteilt dadurch die dunklen Linien in verschiedene Positionen. Dies macht entsprechend die dunklen Linien, die aufgrund des dichroitischen Kreuzprismas gebildet werden, unauffällig.
Die Projektionsanzeigevorrichtung ist entsprechend erforderlich, ein unterteilendes und überlagerndes optisches System zu haben, das einen Lichtfluss in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen unterteilt, die auf zumindest einer Spalte angeordnet sind und im wesentlichen in der Richtung entsprechend der zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht unterteilt sind, und das die Mehrzahl von Teillichtflüssen auf dem Lichtmodulationsmittel überlagert. Das unterteilende und überlagernde optische System kann ein Än derungsmittel für die Ausleuchtungsposition haben, das eine optische Weglänge unter Berücksichtigung eines Teils der Lichtflüsse aus einer Spalte der Teillichtflüsse von einer optischen Weglänge unter Berücksichtigung der anderen Teillichtflüsse verschiebt, um einen Ausleuchtungsbereich auf dem Lichtmodulationsmittel zu verschieben, das mit dem Teil der Lichtflüsse von einem Ausleuchtungsbereich beleuchtet wird, der mit den anderen Teillichtflüssen beleuchtet wird, in einer Richtung verschieden von der Richtung entsprechend der zentralen Achse des Kombiniermittels für farbiges Licht.
Alle vorstehenden Ausführungsformen berücksichtigen Projektionsanzeigevorrichtungen des Transmissionstyps. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei Projektionsanzeigevorrichtungen des Reflexionstyps anwendbar. Der "Transmissionstyp" impliziert, dass das Lichtmodulationsmittel, wie bspw. das Flüssigkristall-Lichtventil, Licht überträgt, während der "Reflexionstyp" impliziert, dass das Lichtmodulationsmittel Licht reflektiert. In der Projektionsanzeigevorrichtung des Reflexionstyps wird das dichroitische Kreuzprisma sowohl als das Trennmittel für farbiges Licht, das weißes Licht in drei farbige Strahlen an rot, grün und blau trennt, als auch als das Kombiniermittel für farbiges Licht, das die modulierten drei farbigen Strahlen wieder kombiniert und das zusammengesetzte Licht in einer vorab bestimmten Richtung emittiert, verwendet. Die Anzeigevorrichtung des Reflexionstyps, auf dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, hat ähnliche Wirkungen wie diejenigen der Projektionsanzeigevorrichtung des Transmissionstyps.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das optische Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls bei einer Vielzahl von Projektionsanzeigevor richtungen anwendbar. Die Projektionsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um Bilder auf einen Bildschirm zu projizieren und auf diesem anzuzeigen, die von einem Computer ausgegeben werden, oder Bilder, die von einem Videokassettenrecorder ausgegeben werden.

Claims

Projektionsanzeigevorrichtung mit einem optischen Beleuchtungssystem (100) zum Abstrahlen bzw. Emittieren von Licht, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Trennmittel (210, 212) für gefärbtes bzw. farbiges Licht, das das Licht in drei farbige Strahlen trennt, drei Lichtmodulationsmittel (250, 252, 254), die jeweils die drei farbigen Strahlen basierend auf gegebenen Bildsignalen modulieren, ein Kombiniermittel (260) für farbiges Licht, das zwei dichroitische Filme aufweist, die in einer X-Form angeordnet sind, und eine zentrale Achse entsprechend einer Position, wo die beiden dichroitischen Filme einander überkreuzen, wobei das Kombiniermittel (260) für farbiges Licht die drei farbigen Strahlen kombiniert, die jeweils durch die drei Lichtmodulationsmittel (250, 252, 254) moduliert sind, um Licht zu mischen, und das gemischte Licht in eine gemeinsame Richtung ausgibt, und ein Projektionsmittel (270), das das gemischte Licht, das von dem Kombiniermittel (260) für farbiges Licht ausgegeben wird, auf eine Projektionsfläche (300) projiziert, wobei das optische Beleuchtungssystem (100) aufweist: ein unterteilendes und überlagerndes optisches System, das einen Lichtfluss in eine Mehrzahl von Teillichtflüssen unterteilt, die in Richtungen von Spalten und Reihen angeordnet sind, und die Mehrzahl von Teillichtflüssen überlagert, wobei die Spalten im wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des Kombiniermittels (260) für farbiges Licht sind, die Reihen im wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Spalten sind, wobei das unterteilende und überlagernde optische System aufweist: ein erstes Linsenfeld (120) mit einer Mehrzahl von kleinen Linsen (122), die in Spalten und Reihen angeordnet sind, und ein zweites Linsenfeld (130) mit einer Mehrzahl von kleinen Linsen (132), die jeweils in einem regelmäßigen Muster an Spalten und Reihen entsprechend den kleinen Linsen (122) des ersten Linsenfelds (120) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Spalte des zweiten Linsenfelds (130) eine Untermenge der kleinen Linsen (132) aus exzentrischen Linsen besteht, die optische Zentren haben, die in der Richtung von Reihen relativ zu den optischen Zentren der anderen kleinen Linsen der Spalte verschoben sind, um zu bewirken, dass der Beleuchtungsbereich, der auf jedem Lichtmodulationsmittel (250, 252, 254) durch die Teillichtflüsse erzeugt wird, die durch die Untermenge der kleinen Linsen gelangen, in der Richtung von Reihen von dem Aus- bzw. Beleuchtungsbereich verschoben ist, der auf jedem Lichtmodulationsmittel (250, 252, 254) erzeugt wird, durch die Teillichtflüsse, die durch die anderen kleinen Linsen der Spalte gelangen.
Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Mehrzahl von kleinen Linsen, die auf einer identischen Spalte angeordnet sind, in eine Mehrzahl von Gruppen unterteilt ist, wobei kleine Linsen, die in einer identischen Gruppe enthalten sind, optische Zentren bei einer identischen Position relativ zu einer Linsenmitte haben, und wobei kleine Linsen, die in verschiedenen Gruppen enthalten sind, optische Zentren bei verschiedenen Positionen relativ zu der Linsenmitte haben.
Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Mehrzahl von kleinen Linsen, die in einer identischen Spalte angeordnet sind, in die Mehrzahl von Gruppen unterteilt sind und so angeordnet sind, dass eine Gesamtmenge an Licht der Teillichtflüsse, die durch jede der Mehrzahl von Gruppen gelangen, gleich zueinander ist.
Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Mehrzahl von Gruppen zumindest zwei Abschnitte ist, die in der Richtung von Spalten unterteilt sind.
Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Mehrzahl von Gruppen zwei Abschnitte ist, die in der Richtung von Spalten unterteilt sind, und optische Zentren einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die in einem der beiden Abschnitte enthalten sind, und optische Zentren einer Mehrzahl von kleinen Linsen, die in dem anderen der beiden Abschnitte enthalten sind, symmetrisch zu der Linsenmitte sind.
Projektionsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Mehrzahl von kleinen Linsen, die in dem zweiten Linsenfeld (130) enthalten sind, optische Zentren hat, die symmetrisch um eine Mitte bzw. ein Zentrum des zweiten Linsenfelds (130) angeordnet sind, entsprechend einer Mitte einer optischen Achse einer Lichtquelle (110).
Projektionsanzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das unterteilende und überlagernde optische System weiterhin aufweist: eine Überlagerungslinse (150), die eine Mehrzahl von Teillichtflüssen überlagert und verdichtet, die durch die Mehrzahl von kleinen Linsen (122) in dem ersten Linsenfeld (120) und die Mehrzahl von kleinen Linsen (132) in dem zweiten Linsenfeld (130) gelangt sind, im wesentlichen auf einer Beleuchtungsposition jedes Lichtmodulationsmittels (250, 252, 254), und ein polarisierendes Element (140), das zwischen dem zweiten Linsenfeld (130) und der Überlagerungslinse (150) angeordnet ist, wobei das polarisierende Element (140) aufweist: ein polarisierendes Strahlspalterfeld (141), das mehrere Sätze eines Polarisationstrennfilms (144) und eines reflektierenden Films (145) hat, die parallel zueinander sind, wobei das polarisierende Strahlspalterfeld (141) jeden der Mehrzahl von Teillichtflüssen, die durch die Mehrzahl von kleinen Linsen des zweiten Linsenfelds (130) gelangen, in zwei Typen von linearpolarisierten Lichtkomponenten trennt, und einen Polarisator, der Richtungen der beiden Typen von linearpolarisierten Lichtkomponenten abgleicht, die durch das polarisierende Strahlspalterfeld (141) getrennt sind.