DE69819091T2 - Projektions-Anzeigevorrichtung mit Beleuchtungseinrichtung und Polarisations-Strahlenteilern - Google Patents

Projektions-Anzeigevorrichtung mit Beleuchtungseinrichtung und Polarisations-Strahlenteilern Download PDF

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Tetsuji Suzuki
Fujiko Kanazawa-ku Koyama
Ryusaku Takahashi
Yasuo Ishizaka
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Projektions-Anzeigevorrichtung, die vorzugsweise für einen Farbprojektor mit drei Platten verwendet wird, der räumliche Licht modulierende Sektionen vom Reflexionstyp nutzt, und insbesondere auf eine Verbesserung, um eine Verschlechterung eines projizierten Bildes oder einer projizierten Abbildung zu verhindern und einen nachteiligen Einfluss einer unnötigen polarisierten Komponente zu eliminieren sowie eine Anordnung optischer Elemente zum Verkleinern der Vorrichtung zu schaffen.
  • Der Farbprojektor mit drei Platten hat eine Lichtquelle wie z. B. eine Xenonlampe oder Metallhalogenlampe, um weißes Licht zu erzeugen. Das weiße Licht wird in drei Primärfarbstrahlen getrennt. Jeder getrennte Farbstrahl wird zu einer entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektion wie z. B. einer Flüssigkristallplatte geleitet bzw. gelenkt, um jeden Farbstrahl gemäß einem Bildsignal zu modulieren, das sich auf eine entsprechende Farbe bezieht. Danach werden drei modulierte Strahlen kombiniert, um das resultierende zusammengesetzte Licht auf einen Schirm zu projizieren.
  • Das Farben trennende und Licht leitende oder lenkende System dieser Anzeigevorrichtung ist im Wesentlichen auf solch eine Weise eingerichtet, dass der optische Weg jedes getrennten Farbstrahls, der von der Lichtquelle zu einer entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektion verläuft, eine mit denjenigen von zwei anderen getrennten Farbstrahlen identische Länge hat. Diese Anordnung ist essentiell wichtig, um ein sehr helles Projektionsbild zu erhalten sowie eine unerwünschte Farbschattierung zu eliminieren.
  • US-A-5 808 795 offenbart eine Projektions-Anzeigevorrichtung, die einen dichroitischen Kreuz-Spiegel als ein Farben trennendes Mittel, einen räumlichen Lichtmodulator, einen Polarisationsstrahlteiler, der aus Bauteilen aus einem transparenten Material gebildet ist, und ein optisches Projektionssystem enthält.
  • US-A-5 298 986 offenbart eine Videoprojektionsvorrichtung, die von einer Beleuchtungslichtquelle Beleuchtungslicht empfängt, um ein Farbbild auf einer Projektionslinse zu schaffen, die drei Transmissionsanzeigen enthält, die auf ein Videosignal ansprechen, um einfallende Lichtstrahlen zu modulieren, um jeweilige Komponentenbilder anzuzeigen, eine erste dichroitische Schicht, um das Beleuchtungslicht in ein erstes Komponentenlicht und ein erstes gemischtes Licht verschiedener Wellenlängenregionen zu trennen, um das erste Komponentenlicht an eine der Anzeigen zu liefern, eine zweite dichroitische Schicht, um das gemischte Licht in ein zweites und drittes Komponentenlicht verschiedener Wellenlängenregionen zu trennen, um das zweite und dritte Komponentenlicht jeweils an andere zwei der Anzeigen zu liefern, eine dritte dichroitische Schicht, um aus dem ersten, zweiten und dritten Informationslicht von den Anzeigen das erste und zweite Informationslicht zu synthetisieren, und eine vierte dichroitische Schicht, um das durch die dritte dichroitische Schicht synthetisierte Licht mit dem dritten Informationslicht weiter zu synthetisieren.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine optische Anordnung zum Verkleinern des Vorrichtungskörpers der Projektions-Anzeigevorrichtung mit drei Platten zu schaffen, die die räumlichen Licht modulierenden Sektionen vom Reflexionstyp nutzt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Anordnung einer Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die durch die Konvektion des Lichtquellengases hervorgerufene Fluktuation des Beleuchtungslichtes zu unterdrücken sowie eine helle Ausleuchtung zu liefern.
  • Um die obigen und andere verwandte Aufgaben zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Projektions-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1.
  • Mit dieser Anordnung kann die durch die Farben trennende/Licht leitende oder lenkende Optik eingenommene ebene Region effektiv auf ein Niveau reduziert werden, das mit demjenigen der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik vergleichbar ist. Dies realisiert eine signifikante Verkleinerung der Vorrichtung.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 definiert.
  • Demgemäß wird der ungenutzte Raum für den umgelenkten optischen Weg der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik genutzt, um einen der Primärfarbstrahlen zum entsprechenden Polarisationsstrahlteiler zu lenken. Der umgelenkte optische Weg schuf einen ausreichenden physischen Raum, um die erforderlichen Korrekturlinsen zu installieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlicher werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in welchen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Anordnung optischer Komponenten einer Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einem oberen schrägen Standpunkt aus betrachtet darstellt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht ist, die die Anordnung der optischen Komponenten der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einem seitlichen schrägen Standpunkt aus betrachtet zeigt;
  • 3 eine perspektivische Ansicht ist, die die Anordnung der optischen Komponenten der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einem unteren schrägen Standpunkt aus betrachtet zeigt;
  • 4 eine Draufsicht ist, die ein unteres Deck der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform von unten betrachtet darstellt, das eine Lichtquelle und eine Farben trennende/Licht lenkende Optik aufweist;
  • 5 eine Draufsicht ist, die ein Mitteldeck der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform von unten betrachtet darstellt, das eine polarisiertes Licht auswählende Optik umfasst;
  • 6 eine Draufsicht ist, die ein oberes Deck der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform von unten betrachtet darstellt, das eine Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik umfasst;
  • 7 eine Seitenansicht ist, die eine vergleichbare Projektions-Anzeigevorrichtung zeigt;
  • 8 eine Draufsicht ist, die ein unteres Deck der vergleichbaren Projektions-Anzeigevorrichtung von unten betrachtet dargestellt, das eine Lichtquelle und eine Farben trennende/Licht lenkende Optik umfasst;
  • 9 eine Draufsicht ist, die ein Mitteldeck der vergleichbaren Projektions-Anzeigevorrichtung von unten betrachtet dargestellt, das eine polarisiertes Licht auswählende Optik umfasst;
  • 10 eine Draufsicht ist, die ein oberes Deck einer vergleichbaren Projektions-Anzeigevorrichtung von unten betrachtet darstellt, das eine Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik umfasst;
  • 11 ein Blockdiagramm ist, das eine schematische Anordnung wesentlicher Komponenten der Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 eine schematische Ansicht ist, die eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 13A Leuchtstärke- bzw. Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer ersten Facetten- bzw. Fliegenaugenlinse zeigt, die erhalten wird, wenn eine Kollimatorlinse eine kleinere sphärische Aberration aufweist, und
  • 13B eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf der ersten Fliegenaugenlinse zeigt, die erhalten wird, wenn die Kollimatorlinse eine sphärische Aberration nicht kleiner als 0,01 F aufweist;
  • 14 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen der sphärischen Aberration der Kollimatorlinse und dem Flimmern zeigt;
  • 15 eine schematische Ansicht ist, die eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 16 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Hohllichtleiter zeigt, der in der in 15 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung genutzt wird; und
  • 17 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen einer diagonalen Aperturlänge des Hohllichtleiters und einem Nutzungswirkungsgrad in Abhängigkeit von der Differenz der Konvergenzcharakteristiken in der in 15 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Frühere Anmeldung des Anmelders
  • Der Anmelder hat früher eine Projektions-Anzeigevorrichtung vorgeschlagen, die räumliche Licht modulierende Sektionen vom Reflexionstyp nutzt (siehe die nicht veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 9-10065). Eine Farben trennende Einrichtung, die in dieser Projektions-Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, nutzt zwei dichroitische Spiegel mit Reflexionsflächen, die einander in einer X-Form kreuzen. Die Anordnung der Farben trennenden/Licht lenkenden bzw. leitenden Optik ist bezüglich drei Primärfarben symmetrisch. Die Länge jedes Primärfarbstrahlweges, der von der Lichtquelle zu entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektionen verläuft, ist mit derjenigen von zwei anderen Primärstrahlen identisch.
  • Die Projektions-Anzeigevorrichtung, die die dichroitischen Kreuz-Spiegel nutzt, weist wegen ihrer symmetrischen optischen Wege der drei Primärstrahlen, die eine identische Länge von der Lichtquelle zur räumlichen Licht modulierenden Sektion aufweisen, das Farbschattierungsproblem nicht auf. Gemäß der Anordnung dieser Projektions-Anzeigevorrichtung nutzt jedoch das Farben trennende Gerät zwei Glasplatten, die einander kreuzen und mit Reflexionsfilmen mit der Wellenlängenselektivität beschichtet sind. Nach Eintritt in diese Farben trennende Einrichtung verursacht demgemäß das Licht mehrfache Reflexionen in der Nähe des sich kreuzenden Teils der beiden Glasplatten. Ein Teil des Lichts kann die Farben trennende Einrichtung nicht verlassen. Dies verursacht einen dunklen Schatten bei einer zentralen Region des projizierten Bildes oder der projizierten Abbildung.
  • Da jede räumliche Licht modulierende Sektion ein Reflexionstyp ist, kehren überdies die Reflexionsstrahlen der nicht modulierten polarisierten Komponenten zu den dichroitischen Kreuz-Spiegeln zurück und können durch sie hindurchgehen oder darin mehrfache Reflexionen hervorrufen. Als Folge besteht eine Tendenz, dass der zurückkehrende Strahl einer bestimmten Farbe in die räumliche Licht modulierende Sektion einer anderen Farbe eintritt. Dies erzeugt unnötige helle Linien oder anormale Farben im projizierten Bild oder in der Abbildung, was die Anzeigequalität signifikant verschlechtert.
  • Es gibt eine andere Projektions-Anzeigevorrichtung, die räumliche Licht modulierende Sektionen vom Transmissionstyp nutzt (wie in der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung Nr. WO94/22042 vorgeschlagen ist). Eine Farben trennende Einrichtung, die in dieser Projektions-Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, nutzt zwei dichroitische Spiegel, die bezüglich des optischen Weges von drei Primärfarbstrahlen symmetrisch angeordnet sind. Eine Korrekturlinse ist im langgestreckten optischen Weg eines Primärstrahls vorgesehen, um einen Verlust an Lichtmenge zu korrigieren. Mit dieser Korrekturlinse wird die optische Länge dieses Primärfarbstrahls der Lichtquelle zur entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektion mit denjenigen von zwei anderen Primärfarbstrahlen im Wesentlichen gleichgesetzt.
  • Vergleichs-Ausführungsform
  • 7 bis 10 zeigen eine praktische Anwendung der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik, die in der oben identifizierten internationalen Patentanmeldung für eine Projektions-Anzeigevorrichtung offenbart wurde, die räumliche Licht modulierende Sektionen vom Reflexionstyp nutzt.
  • Die optische Anordnung dieser Projektions-Anzeigevorrichtung ist grob in drei Mehrschichtsektionen einer Farben trennenden/Licht leitenden Optik, die bei einem unteren Deck angeordnet ist, eine polarisiertes Licht auswählende Optik, die bei einem Mitteldeck angeordnet ist, und eine bei einem oberen Deck angeordnete Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik geteilt. 8 bis 10 sind Draufsichten, die jeweilige Optiken von unten betrachtet darstellen.
  • 8 zeigt eine Lichtquelle 1, eine Kollimatorlinse 2, ein ersten Integrator 3, einen zweiten Integrator 4 und einen kalten Spiegel 5. Ein dichroitischer Spiegel 17 trennt das weiße Licht in einen Cyan-Strahl (d. h. gemischtes Licht aus grüner Farbe und blauer Farbe) "gb" und einen roten Strahl "r". Ein weiterer dichroitischer Spiegel 18 trennt den Cyan-Strahl "gb" in einen grünen Strahl "g" und einen blauen Strahl "b". Mehrere Reflexionsspiegel 19B, 19B' 19R, 20G, 20B und 20R reflektieren die Strahlen. Zwei korrigierende Linsen 9 und 9' korrigieren den Verlust an Lichtmenge. 9 zeigt Konvergenzlinsen 11G, 11B und 11R und erste Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R. 10 zeigt zweite Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B und 13R, räumliche Licht modulierende Sektionen 14G, 14B und 14R, die jeweils eine einen Flüssigkristall nutzende Ausführung zur Reflexion sind, ein dichroitisches Kreuz-Prisma 15, das jeweilige Farbstrahlen zusammensetzt, und eine Projektionslinse 16, die das zusammengesetzte Licht projiziert.
  • 8 bis 10 schließen mehrere Referenzansichten ein, die optische Funktionen des unteren, mittleren und oberen Decks der Projektions-Anzeigevorrichtung veranschaulichen. Die Draufsicht von 8 ist mit insgesamt drei Seitenansichten kombiniert, die jeweils die Reflexionsspiegel 20G, 20B und 20R zeigen, die jeweils von einer entsprechenden abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelten Linie aus betrachtet werden. Die Draufsicht von 9 ist ähnlich mit drei Seitenansichten kombiniert, die drei kombinierte Einheiten 11G/12G, 11B/12B und 11R/12R zeigen, die jeweils von einer entsprechenden abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelten Linie aus betrachtet werden. Jeweilige kombinierte Einheiten 11G/12G, 11B/12B und 11R/12R umfassen ein Paar aus der Konvergenzlinse und dem ersten Polarisationsstrahlteiler 11G und 12G, 11B und 12B und 11R und 12R. Die Draufsicht von 10 ist kombiniert mit drei Seitenansichten, die die drei kombinierten Einheiten 13G/14G, 13B/14B und 13R/14R zeigen, die jeweils von einer entsprechend abwechselnd lang und zweimal kurz gestrichelten Linie aus betrachtet werden. Jeweilige kombinierte Einheiten 13G/14G, 13B/14B und 13R/14R enthalten ein Paar aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler und der räumlichen Licht modulierenden Sektion vom Reflexionstyp 13G und 14G, 13B und 14B und 13R und 14R.
  • Zunächst emittiert in der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik die Lichtquelle 1 mit einem elliptischen Reflexionsspiegel das weiße Licht "w". Das weiße Licht "w" konvergiert einmal an einem zweiten Brennpunkt des elliptischen Reflexionsspiegels. Das weiße Licht "w" wird dann durch die Kollimatorlinse 2 in zwei parallele Strahlen umgewandelt. Die aus der Kollimatorlinse 2 austretenden parallelen Strahlen beleuchten den ersten Integrator 3.
  • Der erste Integrator 3 und der zweite Integrator 4 weisen mehrere kleine Linsensegmente auf, die in einem vorbestimmten Matrixmuster angeordnet sind. Die parallelen Strahlen konvergieren, nachdem sie durch die Linsensegmente des ersten Integrators 3 durchgegangen sind, auf den entsprechenden Linsensegmenten des zweiten Integrators 4. Der erste und zweite Integrator 3 und 4 arbeiten zusammen, um die Leuchtstärke- bzw.
  • Beleuchtungsstärke- (oder Helligkeits-)verteilung des Lichtquellenbildes zu mitteln oder abzuflachen. Demgemäß hat das aus dem zweiten Integrator 4 resultierende Leselicht eine gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung für jede der räumlichen Licht modulierenden Sektionen 14G, 14B und 14R.
  • Nach Durchgang durch den zweiten Integrator 4 wird überdies das weiße Licht "w" durch den kalten Spiegel 5 reflektiert. Wenn der kalte Spiegel 5 passiert wird, werden unnötige Infrarotstrahlen aus dem weißen Licht "w" entfernt.
  • Nachdem es durch den kalten Spiegel 5 reflektiert ist, breitet sich als nächstes das weiße Licht "w" weiter entlang der gleichen horizontalen Fläche mit einer Ausbreitungsrichtung aus, die zu seiner Eingangsrichtung senkrecht ist. Das weiße Licht "w" kommt am dichroitischen Spiegel 17 an. Ein Reflexionsflm des dichroitischen Spiegels 17 hat die Fähigkeit, spezifische Wellenlängenkomponenten selektiv zu reflektieren und den Rest hindurchzulassen. Aufgrund dieser Wellenlängenselektivität trennt der dichroitische Spiegel 17 das weiße Licht "w" in einen durch den dichroitischen Spiegel 17 reflektierten Cyan-Strahl "gb" und einen durch den dichroitischen Spiegel 17 hindurchgehenden roten Strahl "r", die sich beide auf der gleichen horizontalen Ebene ausbreiten. Der Cyan-Strahl "gb" hat eine Ausbreitungsrichtung, die als Folge der Reflexion auf dem Reflexionsfilm des dichroitischen Spiegels 17 von derjenigen des weißen Lichts "w" 90° verschieden ist. Der rote Strahl "r" hat eine Ausbreitungsrichtung, die mit derjenigen des weißen Lichts "w" identisch ist.
  • Ferner kommt der aus dem dichroitischen Spiegel 17 austretende Cyan-Strahl "gb" am dichroitischen Spiegel 18 an. Der dichroitische Spiegel 18 hat die gleiche Wellenlängenselektiviät wie der dichroitische Spiegel 17.
  • Der dichroitische Spiegel 18 trennt den Cyan-Strahl "gb" in einen durch den dichroitischen Spiegel 18 nach vorn reflektierten grünen Strahl "g" und einen durch den dichroitischen Spiegel 18 durchgehenden Strahl "b", die sich beide in der gleichen horizontalen Ebene ausbreiten. Der grüne Strahl "g" hat eine Ausbreitungsrichtung, die als Folge der Reflexion auf einem Reflexionsfilm des dichroitischen Spiegels 18 von derjenigen des Cyan-Strahls "gb" um 90° verschieden ist. Der blaue Strahl "b" hat eine Ausbreitungsrichtung, die mit derjenigen des Cyan-Strahls "gb" identisch ist.
  • Dementsprechend wird das weiße Licht "w" schließlich durch die Funktion der zwei dichroitischen Spiegel 17 und 18, die in der oben beschriebenen Anordnung von Lichtleitwegen vorgesehen sind, in drei Primärstrahlen getrennt.
  • Der aus dem dichroitischen Spiegel 18 nach vorn austretende grüne Strahl "g" kommt direkt am Reflexionsspiegel 20G an. Der Reflexionsspiegel 20G reflektiert den grünen Strahl "g" nach oben, so dass die Ausbreitungsrichtung des grünen Strahls "g" um einen Betrag von 90° geändert wird. Der aus dem dichroitischen Spiegel 17 austretende rote Strahl "r" kommt am Reflexionsspiegel 19R an. Der Reflexionsspiegel 19R reflektiert den roten Strahl "r", so dass dessen Ausbreitungsrichtung auf der gleichen horizontalen Ebene um 90° geändert wird. Der Reflexionsspiegel 20R reflektiert dann den roten Strahl "r" nach oben, um so die Ausbreitungsrichtung des roten Strahls "r" um 90° weiter zu ändern. Nachdem sie durch die Reflexionsspiegel 20G und 20R nach oben reflektiert wurden, treten der grüne Strahl und der rote Strahl in die Konvergenzlinsen 11G und 11R ein, die direkt oberhalb der Reflexionsspiegel 20G bzw. 20R platziert sind.
  • Auf der anderen Seite wird der aus dem dichroitischen Spiegel 18 austretende blaue Strahl "b" durch die korrigierenden Linsen 9 und 9' und die 90°-Reflexionen an zwei Reflexionsspiegeln 19B und 19B' auf der gleichen horizontalen Ebene einer Konvergenzkorrektur unterzogen. Der blaue Strahl "b" breitet sich somit entlang einem umgelenkten optischen Weg aus und kommt am Reflexionsspiegel 20B an. Der Reflexionsspiegel 20B reflektiert den blauen Strahl "b" nach oben, um so die Ausbreitungsrichtung des blauen Strahls "b" um 90° zu ändern. Der blaue Strahl "b" tritt dann in die unmittelbar oberhalb des Reflexionsspiegels 20B platzierte Konvergenzlinse 11B ein.
  • Die drei kombinierten Einheiten 11G/12G, 11B/12B und 11R/12R, die jeweils die Konvergenzlinse und den zugeordneten ersten Polarisationsstrahlteiler aufweisen, bilden die polarisiertes Licht auswählende Optik. Diese drei kombinierten Einheiten 11G/12G, 11B/12B und 11R/12R sind an ihren Ecken wie in 9 gezeigt verbunden und bezüglich einer Projektionsrichtung symmetrisch angeordnet. Jeweilige Primärfarbstrahlen "g", "b" und "r", die von der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik geliefert werden, treten in die Konvergenzlinsen 11G, 11B bzw. 11R ein. Die Konvergenzlinsen 11G, 11B und 11R wandeln die Primärfarbstrahlen "g", "b" und "r" in parallele Strahlen um, die anschließend in die entsprechenden ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B bzw. 12R eintreten.
  • Die Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R weisen polarisierende Filme 12g, 12b und 12r auf, die aus zwei Arten zahlreicher Filme bestehen, die abwechselnd geschichtet bzw. laminiert sind. Die Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R empfangen die Primärfarbstrahlen "g", "b" und "r", die unbestimmt polarisierte Lichtstrahlen sind. Die Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R lassen die P-polarisierten Komponenten b(p), g(p) und r(p) der Primärfarbstrahlen "g", "b" und "r" durch und reflek tieren S-polarisierte Komponenten g(s), b(s) und r(s) in Richtungen, die von denjenigen der P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) verschieden sind. Mit anderen Worten wählen die Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R nur die P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) aus den Primärfarbstrahlen "g", "b" und "r" als das Licht aus, das zum Anzeigen von Bildern genutzt werden soll, und lenken die S-polarisierten Komponenten g(s), b(s) und r(s) bei dieser Stufe ab.
  • Nachdem die Primärfarbstrahlen "g", "b" und "r" durch die ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R durchgegangen sind, treten demgemäß nur die P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) in die zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B und 13R ein, die direkt oberhalb der ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B bzw. 12R angeordnet sind.
  • Die drei kombinierten Einheiten 13G/14G, 13B/14B und 13R/14R, die jeweils den zweiten Polarisationsstrahlteiler und die zugeordnete räumliche Licht modulierende Sektion aufweisen, befinden sich in der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik. Jeweilige kombinierte Einheiten 13G/14G, 13B/14B und 13R/14R liegen den entsprechenden Einfallsflächen des dichroitischen Kreuz-Prismas 15, wie in 10 dargestellt, gegenüber und sind bezüglich der Projektionsrichtung symmetrisch angeordnet.
  • In der gleichen Weise wie die oben beschriebenen ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R haben die zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G, 13R und 13R polarisierende Filme 13g, 13b und 13r, die nur die Ppolarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) durchlassen und die Spolarisierten Komponenten g(s), b(s) und r(s) reflektieren. Die geneigten Richtungen der polarisierenden Filme 13g, 13b und 13r sind um einen Winkel von 90° bezüglich der entsprechenden polarisierenden Filme 12g, 12b und 12r der ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R verdreht. Die P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p), die in die zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B und 13R eintreten, sind entlang den Schwingungsrichtungen der S-polarisierten Komponenten gerichtet.
  • Demgemäß werden die P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) durch die polarisierenden Filme 13g, 13b und 13r der zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B und 13R reflektiert. Die reflektierten P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) breiten sich in horizontalen Richtungen senkrecht zu ihren vertikalen Einfallsrichtungen zu den polarisierenden Filmen 13g, 13b und 13r aus. Die P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) treten dann in die entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektionen 14G, 14B bzw. 14R ein.
  • Die jeweiligen räumlichen Licht modulierenden Sektionen 14G, 14B und 14R steuern die Orientierung jedes Pixel in der Flüssigkristallschicht, um die eingetretenen P-polarisierten Komponenten g(p), b(p) und r(p) zu modulieren und die modulierten Strahlen g'(p), b'(p) und r'(p) in die zu ihren Einfallsrichtungen entgegengesetzten Richtungen zu reflektieren. Die modulierten Strahlen g'(p), b'(p) und r'(p) haben gemäß ihren Modulationsgraden polarisierte Lichtkomponenten. Die reflektierten modulierten Strahlen g'(p), b'(p) und r'(p) treten in die polarisierenden Filme 13g, 13b und 13r der zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B bzw. 13R ein.
  • Wie in der vorhergehenden Beschreibung erläutert wurde, reflektieren die polarisierenden Filme 13g, 13b und 13r nur die S-polarisierten Komponenten und lassen die P-polarisierten Komponenten durch. Demgemäß gehen die reflektierten modulierten Strahlen g' (p), b' (p) und r' (p) durch die polarisierenden Filme 13g, 13b und 13r durch und treten in das dichroiti sche Kreuz-Prisma 15 ein. Das dichroitische Kreuz-Prisma 15 kombiniert oder mischt die eingetretenen modulierten Strahlen g'(p), b'(p) und r'(p), um ein zusammengesetztes Licht zu erzeugen. Auf der anderen Seite breiten sich, obgleich nicht dargestellt, nicht modulierte polarisierte Komponenten g'(s), b'(s) und r'(s) umgekehrt entlang ihren optischen Einfallswegen in Richtung auf die Lichtquelle 1 als zurücklaufende Strahlen aus, nachdem sie durch die polarisierenden Filme 13g, 13b und 13r reflektiert wurden.
  • Das dichroitische Kreuz-Prisma 15 weist eine dichroitische Spiegeloberfläche 15b, die nur den blauen Strahl "b" reflektiert, und eine nur den roten Strahl "r" reflektierende dichroitische Spiegeloberfläche 15r auf, die in Kreuzbeziehung angeordnet sind. Das dichroitische Kreuz-Prisma 15 empfängt somit die modulierten Strahlen b'(p) und r'(p), die von den zweiten Polarisationsstrahlteilern 13B und 13R geliefert wurden, und ändert die Ausbreitungsrichtungen der modulierten Strahlen b'(p) und r'(p) nach vorn um 90° auf der gleichen horizontalen Ebene. Der vom zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G eintretende Modulationsstrahl g'(p) dringt unterdessen in das dichroitische Kreuz-Prisma 15 ein und breitet sich ohne jegliche Reflexionen gerade aus.
  • Demgemäß werden jeweilige Modulationsstrahlen der Primärfarben in dem dichroitischen Kreuz-Prisma 15 als das zusammengesetzte Licht kombiniert oder gemischt. Das zusammengesetzte Licht tritt dann in die Projektionslinse 16 ein, die das Farbbild oder die Farbabbildung vergrößert. Das vergrößerte Bild oder die Abbildung werden auf einem (nicht dargestellten) Schirm angezeigt.
  • Gemäß der in 7 bis 10 dargestellten komparativen Projektions-Anzeigeeinrichtung werden als Teil der Farben trennenden Einrichtung zwei unabhängige dichroitische Spiegel 17 und 18 verwendet. Daher hat diese Projektions-Anzeigevorrichtung nicht die oben beschriebenen Probleme eines dunklen Schattens, der bei einer zentralen Region hervorgerufen wird, oder der unnötigen hellen Linien oder anormaler Farben, die auf dem projizierten Bild oder der Abbildung erscheinen.
  • In einer Auf- und Abwärtsrichtung wie in der Draufsicht von 8 gezeigt betrachtet nimmt jedoch die Farben trennende/Licht lenkende Optik eine horizontal vergrößerte Fläche ein, die größer als diejenige der polarisiertes Licht auswählenden Optik und der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik ist. Mit anderen Worten erfordert die oben beschriebene komparative Projektions-Anzeigevorrichtung einen großen Installationsraum für die großen optischen Komponenten, die an beiden Seiten und an der Rückseite anzuordnen sind. Dies macht es schwierig, den Vorrichtungskörper zu verkleinern.
  • Konkreter sind in jeder der polarisiertes Licht auswählenden Optik und der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik die optischen Komponenten um das dichroitische Kreuz-Prisma 15 symmetrisch angeordnet. Ihre Anordnungen sind verhältnismäßig kompakt. Auf der anderen Seite nimmt die Farben trennende/Licht lenkende Optik eine große horizontal vergrößerte Fläche ein. Demgemäß erfordert die oben beschriebene Projektions-Anzeigevorrichtung ein großes Raumvolumen für die Farben trennende/Licht lenkende Optik. Dies erhöht die Gesamtgröße des Vorrichtungskörpers signifikant.
  • Vorzuziehende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
  • (1) Gesamtanordnung
  • Mit Verweis auf 1 bis 6 wird eine Projektions-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlicher erläutert. 1 bis 3 sind perspektivische Ansichten, die eine Anordnung optischer Komponenten der Projektions-Anzeigevorrichtung, von einem oberen schrägen Standpunkt, einem seitlichen schrägen Standpunkt bzw. einem unteren schrägen Standpunkt aus betrachtet darstellen. 4 ist eine Draufsicht, die ein unteres Deck mit einer Lichtquelle und einer Farben trennenden/Licht lenkenden Optik von unten betrachtet dargestellt. 5 ist eine Draufsicht, die ein Mitteldeck mit einer polarisiertes Licht auswählenden Optik von unten gesehen zeigt. 6 ist eine Draufsicht, die ein oberes Deck mit einer Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik von unten gesehen zeigt. Die Draufsichten der 4 bis 6 sind mit Referenzseitenansichten kombiniert, die spezifische optische Elemente darstellen, die jeweils von einer entsprechend abwechselnd lang und zweifach kurz gestrichelten Linie betrachtet werden, um Funktionen dieser optischen Elemente zu erläutern, in der gleichen Weise wie in 8 bis 10.
  • Wie die oben beschriebene, in 7 bis 10 dargestellte Vergleichsvorrichtung ist die optische Anordnung dieser Projektions-Anzeigevorrichtung grob in drei mehrschichtige Sektionen einer bei einem unteren Deck gelegenen Farben trennenden/Licht lenkenden Optik, einer bei einem Mitteldeck gelegenen, polarisiertes Licht auswählenden Optik und einer bei einem oberen Deck gelegenen, Licht modulierenden/Farben zusammensetzende/Bilder projizierenden Optik getrennt.
  • In 1 bis 3 sind die gleichen optischen Komponenten wie die in 7 bis 10 offenbarten durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und für deren Erläuterung sollte auf die obige Beschreibung verwiesen werden.
  • Wie aus einem Vergleich zwischen 5 und 9 und zwischen 6 und 10 offensichtlich ist, sind die polarisiertes Licht auswählende Optik und die Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik der vorliegenden Erfindung in ihren fundamentalen Anordnungen und optischen Funktionen im Wesentlichen die gleichen wie die oben beschriebene komparative Ausführungsform. Die optischen Elemente eines blauen Strahls und die optischen Elemente eines roten Strahls sind jedoch bezüglich der optischen Achse der Projektionslinse 16 umgekehrt angeordnet.
  • Die charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung liegen in der Anordnung der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik und dem Layout ihrer optischen Elemente, die in 2 und 3, insbesondere 4 dargestellt sind.
  • Ein dichroitischer Spiegel 6 trennt das weiße Licht "w" in einen Magenta-Strahl (d. h. gemischtes Licht aus einer roten Farbe und einer blauen Farbe) "rb" und einen grünen Strahl "g". Ein weiterer dichroitischer Spiegel 8 trennt den Magenta-Strahl "rb" in einen roten Strahl "r" und einen blauen Strahl "b". Reflexionsspiegel 7G und 7R sind vorgesehen, um den grünen Strahl "g" und den roten Strahl "r" nach oben zu reflektieren.
  • Das von der Lichtquelle 1 emittierte weiße Licht "w" gelangt sukzessiv durch die Kollimatorlinse 2, den ersten Integrator 3 und den zweiten Integrator 4. Das weiße Licht "w" wird dann durch den kalten Spiegel 5 reflektiert. Das aus dem kalten Spiegel 5 austretende Licht dient als das Leselicht, das keine Infrarotstrahlen enthält und eine gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung aufweist. Der kalte Spiegel 5 ändert die Ausbreitungsrichtung des Leselichts um einen Winkel von 90° auf der gleichen horizontalen Ebene. Die optische Achse des weißen Lichts "w", die durch den kalten Spiegel 5 nach vorn gerichtet ist, ist zur optischen Achse der Projektionslinse 16 parallel, die in der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik vorgesehen ist. Überdies ist die optische Achse des weißen Lichts "w" senkrecht zur optischen Achse der Konvergenzlinse 11B, die in der polarisiertes Licht auswählenden Optik vorgesehen ist (siehe 5).
  • Das weiße Licht "w" kommt am dichroitischen Spiegel 6 an. Der dichroitische Spiegel 6 hat eine bezüglich der optischen Achse des ankommenden weißen Lichts "w" um 45° geneigte Reflexionsoberfläche. Der dichroitische Spiegel 6 lässt den Magenta-Strahl "rb" durchgehen und reflektiert den grünen Strahl "g", so dass die Ausbreitungsrichtung des grünen Strahls "g", der durch den dichroitischen Spiegel 6 reflektiert wird, zur optischen Achse der Konvergenzlinse 11G senkrecht ist.
  • Nachdem er durch den dichroitischen Spiegel 6 reflektiert wurde, kommt der grüne Strahl "g" am Reflexionsspiegel 7G an, der direkt unterhalb der Konvergenzlinse 11G angeordnet ist. Der Reflexionsspiegel 7G weist eine bezüglich der optischen Achse des ankommenden grünen Strahls "g" um 45° geneigte Reflexionsoberfläche auf. Die Ausbreitungsrichtung des grünen Strahls "g" wendet sich auf der gleichen vertikalen Ebene 90° aufwärts. Nachdem er durch den Reflexionsspiegel 7G reflektiert wurde, tritt der grüne Strahl "g" in die Konvergenzlinse 11 G ein.
  • Auf der anderen Seite kommt der Magenta-Strahl "rb" am dichroitischen Spiegel 8 an, nachdem er durch den dichroitischen Spiegel 6 durchgegangen ist. Der dichroitische Spiegel 8 ist direkt unterhalb der Konvergenzlinse 11B angeordnet und hat eine bezüglich der optischen Achse des ankommenden Magenta-Strahls "rb" um 45° geneigte Reflexionsoberfläche.
  • Der dichroitische Spiegel 8 lässt den roten Strahl "r" hindurchgehen und reflektiert den blauen Strahl "b". Die Ausbreitungsrichtung des blauen Strahls "b" dreht sich auf der gleichen vertikalen Ebene 90° aufwärts.
  • Anschließend tritt der blaue Strahl "b" in die Konvergenzlinse 11B ein, die in der polarisiertes Licht auswählenden Optik vorgesehen ist (siehe 5).
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, hat der sich von der Lichtquelle 1 zum Reflexionsspiegel 7G erstreckende optische Weg eine identische Länge wie der von der Lichtquelle 1 zum dichroitischen Spiegel 8 verlaufende optische Weg. Sowohl die polarisiertes Licht auswählende Optik als auch die Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik, die auf der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik angeordnet sind, sind für jeden der drei Primärfarbstrahlen symmetrisch angeordnet. Die Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik umfasst die räumlichen Licht modulierenden Sektionen 14G und 14B für den grünen bzw. blauen Strahl. Demgemäß ist die Länge des optischen Weges des grünen Strahls "g", der von der Lichtquelle 1 zur entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektion 14G verläuft, identisch mit derjenigen des optischen Weges des blauen Strahls "b", der von der Lichtquelle 1 zur entsprechenden räumlichen Licht modulierenden Sektion 14B verläuft.
  • Auf der anderen Seite tritt der rote Strahl "r" in die auf der optischen Achse des roten Strahls "r" platzierte korrigierende Linse 9 ein, nachdem er den dichroitischen Spiegel 8 passiert hat. Der rote Strahl "r" wird durch die korrigierende Linse 9 in vorbestimmter Weise konvergiert und wird danach durch den Reflexionsspiegel 10 reflektiert. Die Ausbreitungsrichtung des roten Strahls "r" dreht sich auf der gleichen horizontalen Ebene um 90°. Anschließend tritt der rote Strahl "r" in eine auf der optischen Achse des roten Strahls "r" platzierte weitere korrigierende Linse 9' ein, nachdem er vom Reflexionsspiegel 10 reflektiert wurde. Der rote Strahl "r" wird durch die korrigierende Linse 9' in vorbestimmter Weise konvergiert und danach durch den Reflexionsspiegel 10' reflektiert. Die Ausbreitungsrichtung des roten Strahls "r" dreht sich somit auf der gleichen horizontalen Ebene zusätzlich um 90°. Der rote Strahl "r" kommt dann am Reflexionsspiegel 7R an, der direkt unterhalb der Konvergenzlinse 11R der polarisiertes Licht auswählenden Optik platziert ist (siehe 5). Der Reflexionsspiegel 7R hat eine Reflexionsoberfläche, die bezüglich der optischen Achse des ankommenden roten Strahls "r" um 45° geneigt ist. Der rote Strahl "r" tritt dann in die Konvergenzlinse 11R ein, nachdem er vom Reflexionsspiegel 7R reflektiert wurde.
  • Die optische Anordnung der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert nämlich einen umgelenkten optischen Weg, der über einen ungenutzten Raum unterhalb der Projektionslinse 16 der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik verläuft, um den roten Strahl "r" ihm entlang zur entsprechenden Konvergenzlinse 11R zu lenken. Der optische Weg des roten Strahls "r", der von der Lichtquelle 1 zur entsprechenden räumlichen Licht modulie- renden Sektion 14R verläuft, ist demgemäß länger als diejenigen des grünen Strahls "g" und des blauen Strahls "b". Eine unerwünschte Farbschattierung wird jedoch effektiv eliminiert, indem die korrigierenden Linsen 9 und 9' im optischen Weg des roten Strahls "r" vorgesehen werden.
  • Gemäß der Anordnung der Projektions-Anzeigevorrichtung der oben beschriebenen Ausführungsform nimmt die Farben trennende/Licht lenkende Optik eine durch eine gepunktete Linie in 4 dargestellte horizontale rechtwinklige Region 31 ein. Die Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik nimmt eine durch eine gestrichelte Linie in 6 dargestellte horizontale rechtwinklige Region 32 ein. In Auf- und Abwärtsrichtung betrachtet ist die erstgenannte Region 31 in der letztgenannten Region 32 ganz enthalten.
  • Beim Entwerfen der Vorrichtung kann daher ihre Körpergröße unter Berücksichtigung eines erforderlichen Gesamtvolumens bestimmt werden, die durch die folgende Formel gegeben ist. [(Fläche der Region 32 + Fläche, die die Komponenten 1–5 bedecken, die die Lichtquellensektion bilden) × (Höhe von drei Decks)]
  • Auf der anderen Seite nimmt gemäß der Anordnung der in 7 gezeigten komparativen Projektions-Anzeigevorrichtung die Farben trennende/Licht lenkende Optik eine durch eine gestrichelte Linie in 8 dargestellte horizontale rechtwinklige Region 33 ein. Die Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik nimmt eine durch eine gepunktete Linie in 10 dargestellte horizontale rechtwinklige Region 34 ein. Die Region 34 ist mit der Region 32 identisch. In der Auf- und Abwärtsrichtung betrachtet ist die Region 33 in der Region 34 nicht ganz enthalten. Die Region 33 weist große Überhänge an ihren beiden Seiten auf, die den Spiegeln 17, 19R, 19B' und 19B entsprechen. Wie aus 7 offensichtlich ist, hat überdies die Region 33 einen großen rückwärtigen Überhang, der den Spiegeln 17, 18 und 19B entspricht.
  • Daher muss beim Entwerfen der Vorrichtung ihre Körpergröße unter Berücksichtigung eines erforderlichen Gesamtvolumens bestimmt werden, das durch die folgende Formel gegeben ist. [(Fläche, die beide Regionen 33 und 34 abdeckt + Fläche, die die Komponenten 1–5 abdeckt, die die Lichtquellensektion bilden) × (Höhe von drei Decks)]
  • Das resultierende Volumen ist groß. Um das Gesamtvolumen zu reduzieren, kann es möglich sein, die Wände des Vorrichtungskörpers entlang dem äußeren Umfang der optischen Komponenten anzuordnen. Die vom Vorrichtungskörper eingenommene horizontale Fläche ist jedoch ziemlich groß verglichen mit derjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform. Die resultierende Körperform wird kompliziert sein. Dies erhöht die Vorrichtungsgröße und die Herstellungskosten.
  • Mit anderen Worten liefert die oben beschriebene Ausführungsform eine optimale Anordnung zum Minimieren der horizontalen Fläche, die von der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik eingenommen wird, die zwei unabhängige dichroitische Spiegel 6 und 8, die Reflexionsspiegel 7G, 7R, 10 und 10' und die korrigierenden Linsen 9 und 9' aufweist. Jeder Primärfarbstrahl wird durch die verkleinerte bzw. minimierte Farben trennende/Licht lenkende Optik zur polarisiertes Licht auswählenden Optik gelenkt. Der Vorrichtungskörper ist somit kompakt.
  • Gemäß der komparativen Projektions-Anzeigevorrichtung gibt es außerdem insgesamt sechs Reflexionsspiegel 19R, 20R, 20G, 19B, 19B' und 20B. Die oben beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfordert jedoch nur vier Reflexionsspiegel 7G, 7R, 10 und 10'. Die vorliegende Erfindung reduziert folglich die Gesamtzahl optischer Komponenten.
  • Gemäß der oben beschriebenen Vergleichsvorrichtung und der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die polarisiertes Licht auswählende Optik beim mittleren Deck vorgesehen. Die polarisiertes Licht auswählende Optik kann jedoch weggelassen werden, falls ein anderes Element bzw. Bauteil die polarisiertes Licht auswählende Funktion besitzt.
  • Die Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B und 13R der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik können z. B. als die polarisiertes Licht auswählende Optik dienen. Nichts desto trotz ermöglicht das Vorsehen einer polarisiertes Licht auswählenden Optik, die wünschenswerten polarisierten Komponenten vorher auszuwählen. Dies ist effektiv, um eine Bild- oder Abbildungsanzeige hoher Qualität mit ausgezeichnetem Kontrastverhältnis zu realisieren.
  • Die Projektions-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung liefert die folgenden Effekte.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Projektions-Anzeigevorrichtung die Farben trennende/Licht lenkende Optik und die Licht modulierende/Farben zusammensetzende/Bilder projizierende Optik, die an verschiedenen Decks angeordnet sind. Die Farben trennende/Licht lenkende Optik umfasst zwei unabhängige dichroitische Spiegel und mehrere Reflexionsspiegel. Mit dieser Anordnung wird es möglich, den unerwünschten dunklen Schatten des Kreuzteils, die unnötigen hellen Linien und die anormalen Farben zu eliminieren, die dem von den dichroitischen Kreuz-Spiegeln erhaltenen Projektionsbild inhärent sind.
  • Gemäß der vorgeschlagenen Anordnung der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik muss zumindest einer der drei Primärfarbstrahlen entlang einem umgelenkten optischen Weg geführt werden. Die vorliegende Erfindung liefert jedoch eine optimale Anordnung, um die durch die optischen Komponenten der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik eingenommene horizontale Region zu minimieren. Die gesamten optischen Komponenten der Farben trennenden/Licht lenkenden Optik sind in der von der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik eingenommenen minimierten bzw. verkleinerten horizontalen Region ganz enthalten. Somit kann die Gesamtgröße der Vorrichtung sehr reduziert werden.
  • Gemäß der Anordnung der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich überdies der oben beschriebene umgelenkte optische Weg über den ungenutzten Raum unterhalb der Projektionslinse der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik. Der umgeleitete optische Weg schafft genügend Raum, um die korrigierenden Linsen zu installieren. Die wesentlichen optischen Weglängen der drei Primärfarbstrahlen können durch das Vorsehen dieser korrigierenden Linsen einander gleichgesetzt werden. Diese Anordnung macht es möglich, die Vorrichtung zu verkleinern und die unerwünschte Farbschattierung zu unterdrücken.
  • Gemäß der Anordnung der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt überdies die polarisiertes Licht auswählende Öptik zwischen der Licht modulierenden/Farben zusammensetzenden/Bilder projizierenden Optik und der Farben trennenden/Licht len kenden Optik. Diese Anordnung realisiert eine Bild- oder Abbildungsanzeige hoher Qualität mit ausgezeichnetem Kontrastverhältnis. Das Vorsehen der polarisiertes Licht auswählenden Optik vergrößert die Höhe der Vorrichtung, obgleich eine solche Vergrößerung nicht zu einer gravierenden Zunahme der Gesamtgröße der Vorrichtung führt. Bezüglich der horizontalen Größe der Vorrichtung bewirkt das Vorsehen der polarisiertes Licht auswählenden Optik keine wesentliche Vergrößerung.
  • (2) Polarisationsstrahlteiler
  • Die Projektions-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung nutzt die Polarisationsstrahlteiler, um die erforderliche polarisierte Komponente zum Projizieren von Bildern zu erzeugen.
  • Der Polarisationsstrahlteiler mit mehrschichtigen Filmen trennt das unbestimmt polarisierte Licht in eine polarisierte Komponente mit einer spezifischen Polarisationsebene und eine andere polarisierte Komponente mit einer Polarisationsebene, die zur oben beschriebenen spezifischen Polarisationsebene senkrecht ist. Einer der beiden so erzeugten polarisierten Strahlen ist jedoch unnötig und wird abgeblockt (engl. abandoned).
  • In diesem Fall wird ein Problem durch den unnötigen und abgeblockten polarisierten Strahl erzeugt, der aus dem Polarisationsstrahlteiler austritt und das Komponentenbauteil der Projektions-Anzeigevorrichtung beleuchtet. Die Temperatur des beleuchteten Teils des Komponentenbauteils nimmt unter Umständen zu. Das Komponentenbauteil kann verformt oder in den schlimmsten Fällen geschmolzen oder verbrannt werden.
  • Um dieses Problem zu lösen, kann im optischen Weg des von der Lichtquelle emittierten, unbestimmt polarisierten Lichtes ein Heizstrahlsperrfil ter oder ein kalter Spiegel angeordnet werden. Alternativ dazu kann auf dem Installationsbauteil ein Hitzestrahlen abstrahlendes Fenster geöffnet werden. Das Vorsehen des Hitzestrahlsperrfilters oder des kalten Spiegels kann jedoch nicht zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Das Vorsehen des Hitzestrahlen abstrahlenden Fensters reduziert die mechanische Festigkeit des Installationsbauteils signifikant. Als Folge wird das Installationsbauteil verformt. Diese Verformung bewirkt, dass sich auf dem Installationsteil montierte optische Komponenten in einer relativen Positionsbeziehung verschieben. Die Positionsverschiebung zwischen den optischen Komponenten verschlechtert die Abstimmung bzw. Lagegenauigkeit (engl. registration) zwischen Primärfarbbildern im auf dem Schirm erzeugten projizierten Bild.
  • Um die durch die unnötige polarisierte Komponente hervorgerufenen Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine wünschenswerte Anordnung des Polarisationsstrahlteilers vor. 11 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Anordnung der wesentlichen optischen Komponenten der Projektions-Anzeigevorrichtung zeigt.
  • Zusätzlich zu den in der vorhergehenden Beschreibung erläuterten Komponenten umfasst die Projektions-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Infrarotstrahlensperrfilter 35, der zwischen der Kollimatorlinse 2 und dem ersten Integrator 3 angeordnet ist, und eine Wellenlängenplatte 36, die zwischen dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13 und dem Flüssigkristallanzeigeelement (d. h. der Licht modulierenden Sektion) 14 mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp angeordnet ist.
  • Das von der Lichtquelle 1 emittierte unbestimmt polarisierte weiße Licht wird durch die Kollimatorlinse 2 in parallele Strahlen umgewandelt. Die parallelen Strahlen kommen am Infrarotstrahlensperrfilter 35 an und gehen durch ihn hindurch. Die gefilterten unbestimmt polarisierten weißen Strahlen gehen durch die Integratoren 3 und 4 und werden durch den kalten Spiegel 5 reflektiert. Die reflektieren weißen Strahlen treten in den ersten Polarisationsstrahlteiler 12 ein.
  • Der erste Polarisationsstrahlteiler 12 trennt den ankommenden unbestimmt polarisierten Strahl in zwei linear polarisierte Komponenten (S-Welle und P-Welle) mit zueinander senkrechten Polarisationsebenen. Der erste Polarisationsstrahlteiler 12 weist einen polarisierenden Film auf, der mehrschichtige Reflexionsschichten aufweist, die -gebildet wurden, indem zwei Schichten mit verschiedenen Brechungsindizes abwechselnd laminiert wurden. Die P-Wellenkomponente geht durch den polarisierenden Film hindurch, tritt aus den ersten Polarisationsstrahlteiler 12 aus und tritt dann in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13 ein.
  • Der in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13 eintretende polarisierte Strahl wird durch einen polarisierenden Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13 reflektiert. Der reflektierte polarisierte Strahl tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13 aus und kommt an der Wellenlängenplatte 36 an. Der durch die Wellenlängenplatte 36 hindurchgehende Strahl tritt als Lesestrahl in das Flüssigkristallanzeigeelement 14 mit gemusterter Aktivmatrix vom Reflexionstyp ein.
  • Das Leselicht geht durch die Flüssigkristallschicht des Flüssigkristallanzeigeelements 14 mit gemusterter Aktivmatrix vom Reflexionstyp und kehrt durch diese zurück. Während dieser Hin- und Rückbewegung wird das Leselicht der Lichtmodulation unterworfen, die durchgeführt wird, indem als Antwort auf die Bildinformation ein Drehzustand der Polarisationsebene variiert wird.
  • Anschließend tritt der modulierte polarisierte Strahl aus dem Flüssigkristallanzeigeelement 14 mit gemusterter Aktivmatrix vom Reflexionstyp aus und tritt wieder in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13 ein. Der polarisierende Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13 lässt nur die P-Wellenkomponente des ankommenden polarisierten Strahls durch. In dieser P-Wellenkomponente ist der Drehzustand der Polarisationsebene gemäß der Bildinformation variiert. Der polarisierte Strahl der P-Wellenkomponente tritt in die Projektionslinse 16 (siehe 1 bis 6) ein, die das Bild der P-Komponente auf den Schirm projiziert.
  • Auf der anderen Seite wird die S-Wellenkomponente durch den polarisierenden Film des ersten Polarisationsstrahlteilers 12 als zum Anzeigen von Bildern nicht genutzte unnötige polarisierte Komponente reflektiert. Der erste Polarisationsstrahlteiler 12 hat einen Reflexionsfilm (z. B. einen Aluminiumaufdampfungsfilm) 12x auf einer Seitenfläche, auf den sich die S-Wellenkomponente zu ausbreitet, nachdem sie durch den polarisierenden Film reflektiert wurde. Die S-Wellenkomponente wird durch den Reflexionsfilm 12x reflektiert und kehrt in Richtung auf den polarisierenden Film des ersten Polarisationsstrahlteilers 12 zurück. Die S-Wellenkomponente wird wieder durch den polarisierenden Film reflektiert und tritt aus dem ersten Polarisationsstrahlteiler 12 aus. Die austretende S-Wellenkomponente breitet sich entlang einem zurück verlaufenden optischen Weg aus, der sich über den kalten Spiegel 5, die Integratoren 3 und 4, den Infrarotstrahlsperrfilter 35 und die Kollimatorlinse 2 in dieser Reihenfolge erstreckt, und kommt schließlich an der Lichtquelle 1 an.
  • Auf diese Weise trennt der erste Polarisationsstrahlteiler 12 den ankommenden unbestimmt polarisierten Strahl in zwei lineare polarisierte Komponenten (S-Welle und P-Welle) mit zueinander senkrechten Polarisations ebenen. Eine der beiden linear polarisierten Komponenten wird als das Leselicht genutzt, das in das Flüssigkristallelement 14 mit gemusterter Aktivmatrix vom Reflexionstyp eintritt. Die andere linear polarisierte Komponente (d. h. die unnötige polarisierte Komponente) wird durch den Reflexionsfilm 12x, der auf der Seitenfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers 12 vorgesehen ist, so reflektiert, dass sie zur Lichtquelle zurückkehrt. Daher kann die oben beschriebene Anordnung das durch einen unnötigen polarisierten Strahl hervorgerufene Problem einer Aufheizung eliminieren.
  • Nun zu 1 bis 3 zurückkehrend wird das von der Lichtquelle 1 emittierte unbestimmt polarisierte weiße Licht durch die Kollimatorlinse 2 umgewandelt und kommt dann am Infrarotsperrfilter 35 an. Nachdem es durch den Infrarotsperrfilter 35 durchgegangen ist, gelangt das unbestimmt polarisierte weiße Licht durch die Integratoren 3 und 4 und wird vom kalten Spiegel 5 reflektiert. Das unbestimmt polarisierte weiße Licht tritt dann in die Farben trennende/Licht lenkende Optik (6, 7G, 7R, 8 10) ein, die zwei unabhängige dichroitische Spiegel enthält. Die Farben trennende/Licht lenkende Optik (6, 7G, 7R, 8, 9, 9', 10, 10') trennt das ankommende unbestimmt polarisierte weiße Licht in drei Farbstrahlen entsprechend den drei Primärfarben der zusammengesetzten Farbmischung. Die unbestimmt polarisierten Strahlen der jeweiligen drei Primärfarben treten in die entsprechenden ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R ein, die unabhängig vorgesehen sind.
  • Die Farben trennende/Licht lenkende Optik umfasst den dichroitischen Spiegel 6, der den grünen Strahl reflektiert und den Magenta-Strahl hindurchgehen lässt, den Reflexionsspiegel 7G, der den grünen Strahl nach oben reflektiert, und den dichroitischen Spiegel 8, der den blauen Strahl nach oben reflektiert und den roten Strahl hindurchgehen lässt, Reflexi onsspiegel 10 und 7R, die die roten Farbstrahlen reflektieren. Der Reflexionsspiegel 10' ist zwischen den Reflexionsspiegeln 10 und 7R angeordnet, um den vom Reflexionsspiegel 10 kommenden roten Strahl in Richtung auf den Reflexionsspiegel 7R zu reflektieren. Die Feldlinsen 9 und 9', die im optischen Weg des roten Farbstrahls angeordnet sind, arbeiten zusammen, um die optische Weglänge des roten Strahls mit derjenigen anderer Primärfarbstrahlen gleichzusetzen bzw. auszugleichen.
  • Der erste Polarisationsstrahlteiler 12G trennt den unbestimmt polarisierten grünen Strahl in zwei lineare polarisierte Komponenten (S-Welle und P-Welle) mit zueinander senkrechten Polarisationsebenen. Der erste Polarisationsstrahlteiler 12B trennt den unbestimmt polarisierten blauen Strahl in zwei linear polarisierte Komponenten (S-Welle und P-Welle) mit zueinander senkrechten Polarisationswellen. Überdies trennt der erste Polarisationsstrahlteiler 12R den unbestimmt polarisierten roten Strahl in zwei linear polarisierte Komponenten (S-Welle und P-Welle) mit zueinander senkrechten Polarisationsebenen.
  • Die ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R, die für die drei Primärfarbstrahlen unabhängig vorgesehen sind, haben auf ihren Seitenflächen Reflexionsfilme 12x (z. B. Aluminiumaufdampfungsfilme), um die jeweils unnötigen polarisierten Komponenten zu reflektieren, wie mit Verweis auf 11 erläutert wurde. Nachdem sie durch diese Reflexionsflime 12x reflektiert wurden, kehren die unnötigen polarisierten Komponenten in Richtung auf die polarisierenden Filme der ersten Polarisationsstrahlteiler 12G, 12B und 12R zurück. Die unnötigen polarisierten Komponenten werden durch die polarisierenden Filme wieder reflektiert und treten aus den ersten Polarisationsstrahlteilern 12G, 12B und 12R aus. Die unnötigen polarisierten Komponenten (g(s), b(s), r(s)) breiten sich somit entlang dem zurücklaufenden optischen Weg aus, wobei sie durch die Farben trennende/Licht lenkende Optik (6, 7G, 7R, 8, 9, 9', 10, 10'), den kalten Spiegel 5, die Integratoren 3 und 4, den Infrarotsperrfilter 35 und die Kollimatorlinse 2 in dieser Reihenfolge hindurchgehen, und kommen schließlich an der Lichtquelle 1 an.
  • Auf der anderen Seite treten die notwendigen polarisierten Komponenten (g(p), b(p), r(p)), die zum Anzeigen von Bildern genutzt werden und aus den entsprechenden ersten Polarisationsstrahlteilern 12G, 12b bzw. 12R austreten, in die zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G, 13B und 13R ein, die den entsprechenden ersten Polarisationsstrahlteilern 12G, 12B und 12R gegenüberliegend unabhängig vorgesehen sind.
  • Der in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G eintretende grüne Strahl wird durch einen polarisierenden Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13G reflektiert. Der reflektierte grüne Strahl tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G aus und kommt an der entsprechenden Wellenlängenplatte 36G an. Der durch die Wellenlängenplatte 36G durchgehende Strahl tritt als der Lesestrahl in das entsprechende Flüssigkristallanzeigeelement 14G mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp ein.
  • Der in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13B eintretende blaue Strahl wird überdies durch einen polarisierenden Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13B reflektiert. Der reflektierte blaue Strahl tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13B aus und kommt an der entsprechenden Wellenlängenplatte 36B an. Der durch die Wellenlängenplatte 36B hindurchgehende Strahl tritt als das Leselicht in das entsprechende Flüssigkristallanzeigeelement 14B mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp ein. Überdies wird der in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13R eintretende rote Strahl durch einen polarisierenden Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13R reflektiert. Der reflektierte rote Strahl tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13R aus und kommt an der entsprechenden Wellenlängenplatte 36R an. Der durch die Wellenlängenplatte 36R hindurchgehende Strahl tritt als das Leselicht in das entsprechende Flüssigkristallanzeigeelement 14R mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp ein.
  • Das grüne Leselicht geht durch die Flüssigkristallschicht des Flüssigkristallanzeigeelements 14G mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp durch und kehrt durch diese zurück. Während dieser Hin- und Herbewegung wird das grüne Leselicht der Lichtmodulation unterworfen, die durchgeführt wird, indem als Antwort auf die Bildinformation der grünen Farbe ein Drehzustand der Polarisationsebene variiert wird. Anschließend tritt der modulierte polarisierte grüne Strahl aus dem Flüssigkristallanzeigeelement 14G mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp aus und tritt wieder über die Wellenlängenplatte 36G in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G ein.
  • Der polarisierende Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13G lässt nur die P-Wellenkomponente des ankommenden polarisierten grünen Strahls hindurchgehen. In dieser P-Wellenkomponente ist der Drehzustand der Polarisationsebene gemäß der Bildinformation der grünen Farbe variiert. Der polarisierte Strahl der P-Wellenkomponente tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13G aus und tritt in das Farben zusammensetzende dichroitische Prisma 15 ein.
  • Das blaue Leselicht geht durch die Flüssigkristallschicht des Flüssigkristallanzeigeelements 14B mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp durch und kehrt durch diese zurück. Während dieser Hin- und Herbewegung wird das blaue Leselicht der Lichtmodulation unterworfen, die durchgeführt wird, indem ein Drehzustand der Polarisationsebene als Antwort auf die Bildinformation der blauen Farbe variiert wird. Anschließend tritt der modulierte polarisierte blaue Strahl aus dem Flüssigkristallanzeigeelement 14B mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp aus und tritt wieder über die Wellenlängenplatte 36B in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13B ein.
  • Der polarisierende Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13B lässt nur die P-Wellenkomponente des ankommenden polarisierten blauen Strahls hindurchgehen. In dieser P-Wellenkomponente wird der Drehzustand der Polarisationsebene gemäß der Bildinformation der blauen Farbe variiert. Der polarisierende Strahl der P-Wellenkomponente tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13B aus und tritt in das Farben zusammensetzende dichroitische Prisma 15 ein.
  • Der rote Lesestrahl geht durch die Flüssigkristallschicht des Flüssigkristallanzeigeelements 14R mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp und kehrt durch diese zurück. Während dieser Hin- und Herbewegung wird das rote Leselicht der Lichtmodulation unterworfen, die durchgeführt wird, indem als Antwort auf die Bildinformation der roten Farbe ein Drehzustand der Polarisationsebene variiert wird. Anschließend tritt der modulierte polarisierte rote Strahl aus dem Flüssigkristallanzeigeelement 14R mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp aus und tritt wieder über die Wellenlängenplatte 36R in den zweiten Polarisationsstrahlteiler 13R ein.
  • Der polarisierende Film des zweiten Polarisationsstrahlteilers 13R lässt nur die P-Wellenkomponente des ankommenden polarisierten roten Strahls durch. In dieser P-Wellenkomponente wird der Drehzustand der Polarisationsebene gemäß der Bildinformation der roten Farbe variiert.
  • Der polarisierte Strahl der P-Wellenkomponente tritt aus dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 13R aus und tritt in das Farben zusammensetzende dichroitische Prisma 15 ein.
  • Das Farben zusammensetzende dichroitische Prisma 15 setzt die ankommenden drei Primärfarbstrahlen (g'(p), b'(p), r'(p)) zusammen, die gemäß der entsprechenden Bildinformation in der Intensität moduliert sind. Das zusammengesetzte Licht tritt in die Projektionslinse 16 ein, die das Farbbild auf einem Schirm anzeigt.
  • Die Flüssigkristallelemente vom Reflexionstyp, die in der vorliegenden Erfindung genutzt werden, sind nicht auf die Flüssigkristallelemente mit gemusterter aktiver Matrix vom Reflexionstyp beschränkt. Wenn die vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt wird, können daher die Flüssigkristallelemente mit gemusterter Matrix vom Reflexionstyp ersetzt werden durch räumliche Licht modulierende Elemente vom Reflexionstyp zum optischen Schreiben oder elektrischen Schreiben, die den Flüssigkristall als Licht modulierendes Bauteil nutzen.
  • Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, liefert die vorliegende Erfindung eine Projektions-Anzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle zum Emittieren eines unbestimmt polarisierten Lichts und zumindest einem Polarisationsstrahlteiler, der in einem optischen Weg vorgesehen ist, der sich von der Lichtquelle zu einer Licht modulierenden Sektion erstreckt, um den von der Lichtquelle emittierten, unbestimmt polarisierten Strahl zu empfangen und eine polarisierte Komponente mit einer spezifischen Polarisationsebene als einen Bildanzeigestrahl selektiv zu erzeugen, wobei der Polarisationsstrahlteiler eine Reflexionsoberfläche aufweist, um eine andere polarisierte Komponente mit einer Polarisations ebene, die zur spezifischen Polarisationsebene senkrecht ist, zu reflektieren.
  • Die vorliegende Erfindung liefert ferner eine Projektions-Anzeigevorrichtung mit: einer Lichtquelle zum Emittieren eines unbestimmt polarisierten Lichts; einem ersten Polarisationsstrahlteiler, um den unbestimmt polarisierten Strahl zu empfangen, der von der Lichtquelle geliefert wird, und selektiv eine polarisierte Komponente mit einer spezifischen Polarisationsebene als einen Bildanzeigestrahl zu erzeugen; einem Flüssigkristallanzeigeelement vom Reflexionstyp, um einen Anzeigebildstrahl über einen zweiten Polarisationsstrahlteiler zu empfangen und den Bildanzeigestrahl gemäß einer Bildinformation zu modulieren; und einer Projektionslinse, um den vom Flüssigkristallanzeigeelement vom Reflexionstyp ankommenden modulierten Bildanzeigestrahl über den zweiten Polarisationsstrahlteiler zu empfangen und ein empfangenes Bild auf einen Schirm zu projizieren, wobei der erste Polarisationsstrahlteiler eine Reflexionsebene aufweist, um eine andere polarisierte Komponente mit einer Polarisationsebene, die zu der spezifischen Polarisationsebene senkrecht ist, zu reflektieren.
  • Die vorliegende Erfindung schafft überdies eine Projektions-Anzeigevorrichtung mit: einer Lichtquelle, um unbestimmt polarisiertes weißes Licht zu emittieren; einer Farben trennenden/Licht lenkenden Optik, um das unbestimmt polarisierte weiße Licht in drei Farbstrahlen entsprechend drei Primärfarben einer zusammengesetzten Farbmischung zu trennen; ersten polarisierten Strahlteilern, die für die drei Farbstrahlen vorgesehen sind und jeweils einen entsprechenden polarisierten Farbstrahlempfangen und selektiv eine polarisierte Komponente mit einer spezifischen Polarisationsebene als einen Bildanzeigefarbstrahl erzeugen; Flüssigkristallanzeigeelementen vom Reflexionstyp, die den ersten Polari sationsstrahlteilern über dazwischenliegende zweite Polarisationsstrahlteiler zugeordnet sind, wobei jedes Flüssigkristallanzeigeelement vom Reflexionstyp einen entsprechenden Bildanzeigefarbstrahl über den entsprechenden zweiten Polarisationsstrahlteiler empfängt und den Bildanzeigefarbstrahl gemäß einer Bildinformation bezüglich der entsprechenden Primärfarbe moduliert; einem Farben zusammensetzenden Mittel, um die modulierten Bildanzeigefarbstrahlen, die von den Flüssigkristallanzeigeelementen vom Reflexionstyp eintreten, über die zweiten Polarisationsstrahlteiler zu empfangen und einen zusammengesetzten Bildanzeigestrahl zu erzeugen; einer Projektionslinse, um den zusammengesetzten Bildanzeigestrahl zu empfangen und ein zusammengesetztes Bild auf einen Schirm zu projizieren, wobei jeder der ersten Polarisationsstrahlteiler eine Reflexionsoberfläche aufweist, um eine andere polarisierte Komponente mit einer Polarisationsebene zu reflektieren, die zur spezifischen Polarisationsebene senkrecht ist.
  • Mit dieser Anordnung wird das von der Lichtquelle emittierte unbestimmt polarisierte Licht an den Polarisationsstrahlteiler geliefert, der die polarisierte Komponente mit der spezifischen Polarisationsebene selektiv erzeugt. Die ausgewählte polarisierte Komponente wird als das Bildanzeigelicht effektiv genutzt. Auf der anderen Seite wird die unnötige polarisierte Komponente durch den auf der Seitenfläche des Polarisationsstrahlteilers vorgesehenen Reflexionsfilm reflektiert und kehrt zur Lichtquelle zurück, ohne die optischen Komponenten zu beleuchten. Daher verhindert die vorliegende Erfindung, dass die optischen Komponenten durch die Beleuchtung der unnötigen polarisierten Komponente geschmolzen oder verbrannt werden. Überdies verhindert die vorliegende Erfindung, dass das Installationsbauteil der optischen Komponenten aufgrund der thermischen Ausdehnung durch die Beleuchtung der unnötigen polarisierten Komponente lokal verformt wird. Dies ist effektiv, um zu verhindern, dass die optischen Komponenten in der relativen Lagebeziehung verschoben werden. Folglich löst die vorliegende Erfindung das Problem der verschlechterten Lagegenauigkeit bzw. Abstimmung zwischen den Primärfarbbildern in dem auf dem Schirm erzeugten projizierten Bild.
  • (3) Beleuchtungseinrichtung
  • Bezüglich der Lichtquelle für die Projektions-Anzeigevorrichtung weisen Metallhalogenlampen mit einer Leistung von 150~250 W eine Lichtemissionseffizienz im Bereich 60~75 lm/W auf und werden für Flüssigkristallprojektoren weitverbreitet genutzt. Das Lichtemissionsprinzip der Metallhalogenlampe beruht auf einer äußerst effizienten Lichtemission des Metallhalogens. In einer optischen Anordnung der Metallhalogenlampe nimmt jedoch der lichtemittierende Teil (d. h. die Lichtquelle) einen großen Raum ein. Wenn z. B. die Lebensdauer einer Metallhalogenlampe berücksichtigt wird, ist es notwendig, für eine Halogenlampe der Klasse 250 W einen Spalt von mindestens 3 mm zwischen Elektroden beizubehalten. Zusätzlich zum Maßstab der Lichtemission des Metallhalogens kann die Größe der lichtemittierenden Sektion bei der optischen Funktion und Wirkung nicht vernachlässigt werden.
  • Auf der anderen Seite ist allgemein bekannt, dass die Xenonlampe eine Lichtemissionssektion aufweist, deren Größe mit einer Punktlichtquelle vergleichbar ist. Für eine birnenförmige Xenonlampe ist jedoch die Verkleinerung des Elektrodenspaltes auf ein bestimmtes Maß beschränkt. Überdies besteht eine Möglichkeit, dass die birnenförmige Xenonlampe explodieren kann. Gemäß einer jüngsten Entwicklung wird jedoch vorgeschlagen, einen Keramikkörper für einen mit einer Xenonlampe ausgestatteten Reflektor zu verwenden. Dies reduziert die Spaltlänge zwischen den Elektroden außerordentlich. Zum Beispiel ist es möglich, eine Xenonlampe mit einer langen Lebensdauer zu schaffen, selbst wenn der Elektrodenspalt ungefähr 1 mm beträgt.
  • Die lichtemittierende Effizienz des oben beschriebenen Reflektors, der mit einer Xenonlampe ausgestattet ist, liegt im Bereich von 20~30 lm/W, was ungefähr die Hälfte derjenigen der Metallhalogenlampe ist. Das Lichtemissionsprinzip der Xenonlampe basiert jedoch auf einer Lichtemission durch ein Xenongas. Selbst wenn die Leistung auf bis zu 500 W erhöht wird, hat demgemäß der mit einer Xenonlampe ausgestattete Reflektor eine sehr kleine lichtemittierende Sektion mit der Fähigkeit, ausgezeichnete Konvergenzcharakteristiken zu realisieren. Daher kann die Xenonlampe verglichen mit denjenigen der Metallhalogenlampe ausgezeichnete Flüsse zum Projizieren von Bildern liefern.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Reflektor, der mit einer Xenonlampe ausgestattet ist, kann dessen optische Anordnung aufgrund des verkürzten Elektrodenspaltes und der punktartigen Lichtquelle erheblich vereinfacht werden. Das im Reflektor gespeicherte Xenongas verursacht jedoch eine große Konvektion des Xenongases, wenn die Lampe eingeschaltet wird. Diese Konvektion induziert eine große Fluktuation des Beleuchtungslichts auf dem Schirm.
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine vorzuziehende Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung für die Projektions-Anzeigevorrichtung vor.
  • 12 ist eine schematische Ansicht, die eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 umfasst einen Reflektor vom Konvergenztyp, der mit einer Xenonlampe (d. h. einer Lichtquelle) 1 aus gestattet ist, und eine Beleuchtungseinrichtung 120, die eine Beleuchtungsstärkeverteilung vereinheitlicht.
  • Wie in 12 gezeigt ist, umfasst der mit der Xenonlampe 1 ausgestattete Reflektor einen Keramikreflektor 111 mit einem elliptischen Reflexionsspiegel 111a. Ein Metallleiter 116 mit einer transparenten Glasplatte 112 schließt den elliptischen Reflexionsspiegel 111a. Ein durch den Reflektor 111 und den Metallleiter 116 umschlossener geschlossener Raum ist mit Xenongas 113 gefüllt. Eine Metallanode 114, die als Teil eines lichtemittierenden Teils dient, ragt von einer Mitte des elliptischen Reflexionsspiegels 111a in den Reflektor 111 vor. Eine Metallkathode 115, die auch als Teil des lichtemittierenden Teils dient, ragt in den Reflektor 111 von einem der Mitte der transparenten Glasplatte 112 entsprechenden Teil vor, so dass sie der Metallanode 114 mit einem vorbestimmten Spalt (z. B. ungefähr 1 mm) gegenüberliegt. Die Metallkathode 115 ist mit dem Metallleiter 116 verbunden. Wenn von der Anode 114 zur Kathode 112 Strom fließt, emittiert das Xenongas 113 Licht aufgrund einer Anregung dieser Elektroden 114 und 115. Als Folge wird weißes Licht vom lichtemittierenden Teil erzeugt, der an einem ersten Brennpunkt liegt (d. h. zwischen den Elektroden 114 und 115 liegt). Das emittierte weiße Licht wird einmal auf den zweiten Brennpunkt (f2) des elliptischen Reflexionsspiegels 111a konvergiert. Anschließend tritt das weiße Licht in eine Kollimatorlinse 2 ein, die das empfangene weiße Licht in parallele Strahlen umwandelt. Die parallelen Strahlen beleuchten eine (dem ersten Integrator 3 entsprechende) erste Fliegenaugenlinse bzw. Facettenlinse 122.
  • Wie in 12 gezeigt ist, umfasst die Beleuchtungseinrichtung 120 die Kollimatorlinse 2 und ein Paar Fliegenaugenlinsen 122 und 123 (entsprechend den Integratoren 3 und 4). Die Kollimatorlinse 2 hat eine sphärische Aberration, die nicht kleiner als 0,01 f ist, um das vom mit der Xe nonlampe 1 ausgeschilderten Reflektor emittierte weiße Licht in die parallelen Strahlen umzuwandeln. Jede der Fliegenaugenlinsen 122 und 123 umfasst mehrere kleine Linsen, die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, und hat eine Funktion, eine Beleuchtungsstärkeverteilung zu vereinheitlichen.
  • In 12, 13A und 13B gibt der schattierte Teil ein hellen Teil an. 13A zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf der ersten Fliegenaugenlinse 122, die erhalten wird, wenn die Kollimatorlinse 2 eine kleinere sphärische Aberration hat. 13B zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf der ersten Fliegenaugenlinse 122, die erhalten wird, wenn die Kollimatorlinse 2 eine sphärische Aberration hat, die nicht kleiner als 0,01 f ist. 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der sphärischen Aberration der Kollimatorlinse 2 und dem Flimmern zeigt.
  • Gemäß der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung bildet die Kollimatorlinse 2 einen Teil der Beleuchtungseinrichtung 120. Im Hinblick auf die Konvergenzcharakteristiken der Beleuchtungseinrichtung 120 ist vorzuziehen, die sphärische Aberration zu reduzieren. Wenn die sphärische Aberration der Kollimatorlinse 2 reduziert wird, wird jedoch ein zentraler Teil der ersten Fliegenaugenlinse 122 dunkel, und ihre Umfangsringregion wird hell, wie in der Beleuchtungsstärkeverteilung von 13A dargestellt ist. Das heißt, die Mitte der optischen Achse wird ein dunkler Beleuchtungsstrahl. Das Beleuchtungslicht fluktuiert stark aufgrund der Konvektion. Dementsprechend ist es vorzuziehen, die sphärische Aberration der Kollimatorlinse 2 (auf einen 0,01 f übersteigenden Pegel) zu erhöhen, ohne die Konvergenzcharakteristiken der Beleuchtungseinrichtung 120 zu verschlechtern. Wenn die sphärische Aberration der Kollimatorlinse 2 erhöht wird, wird der zentrale Teil der ersten Fliegenaugenlinse 122 hell, wie in der Beleuchtungsstärkeverteilung von 13B gezeigt ist. Dies reduziert die Fluktuation des Beleuchtungslichtes, die durch Konvektion hervorgerufen wird. Demgemäß kann eine Gesamtbeleuchtungsstärke der Beleuchtungsvorrichtung 100 verbessert werden. Überdies kann die Fluktuation des Beleuchtungslichts der Beleuchtungsvorrichtung 100, die durch Konvektion hervorgerufen wird, auf einen vernachlässigbaren Pegel unterdrückt werden, wenn es auf dem Schirm beobachtet wird.
  • Wie in 14 gezeigt ist, kann überdies das Flimmern reduziert werden, wenn die sphärische Aberration der Kollimatorlinse 2 der Beleuchtungseinrichtung 120 auf einen 0,01 f übersteigenden Pegel eingestellt ist. Der Spalt zwischen der Anode 114 und der Kathode 115 des mit der Xenonlampe 1 ausgestatteten Reflektors kann überdies auf einen Pegel von ungefähr 1 mm reduziert werden. Dies ist effektiv, um den Konvergenzfleck zu verkleinern. Eine äußerst effiziente Beleuchtung kann realisiert werden.
  • 15 ist eine schematische Ansicht, die eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung 100' umfasst einen mit einer Xenonlampe 1' ausgestatteten Reflektor vom Konvergenztyp und eine Beleuchtungseinrichtung 120', die eine Beleuchtungsstärkeverteilung vereinheitlicht. Da der mit einer Xenonlampe 1 ausgestattete Reflektor mit dem in 12 gezeigten identisch ist, sind die gleichen Komponenten durch die identischen Bezugsziffern bezeichnet und werden im folgenden nicht erläutert.
  • Wie in 15 und 16 gezeigt ist, umfasst die Beleuchtungseinrichtung 120' einen Hohllichtleiter 124 und ein Paar konvexe Linsen 125 und 126. Der Hohllichtleiter 124 hat einen rechtwinkligen hohlen Raum, der durch ein Aspektverhältnis von 3 : 4 und eine diagonale Aperturlänge L im Bereich von 5 bis 10 mm definiert ist. Ein vorderes Ende des Hohllichtleiters 124, das näher zum mit der Xenonlampe 1 ausgestatteten Reflektor liegt, befindet sich in der Nähe des zweiten Brennpunktes f2 des mit der Xenonlampe 1 ausgestatteten Reflektors.
  • Gemäß der Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung 100' umfasst die Beleuchtungseinrichtung 120', den Hohllichtleiter 124 mit einem rechtwinkligen hohlen Raum, der durch ein Aspektverhältnis von 3 : 4 und eine diagonale Aperturlänge L im Bereich von 5 bis 10 mm definiert ist. Die Einlassapertur dieses Hohllichtleiters 124 ist in der Nähe des zweiten Brennpunktes f2 des mit der Xenonlampe 1 ausgestatteten Reflektors positioniert. Diese Anordnung konvergiert effektiv das weiße Licht des mit der Xenonlampe 1 ausgestatteten Reflektors in den Hohllichtleiter 124 und realisiert eine äußerst effiziente Beleuchtung mit Konvergenzeigenschaften, die durch die herkömmliche Metallhalogenlampe nicht realisiert werden. Mit dieser Anordnung kann die durch die Konvektion hervorgerufene Fluktuation des Beleuchtungslichtes die Beleuchtungsvorrichtung 100' auf einen vernachlässigbaren Pegel unterdrückt werden, wenn es auf dem Schirm beobachtet wird.
  • In 17 repräsentiert eine Kurve "A" den Nutzungswirkungsgrad einer Metallhalogenlampe mit 300 W, und eine Kurve "B" repräsentiert den Nutzungswirkungsgrad eines mit einer Xenonlampe ausgestatteten Reflektors mit 300 W. Wie aus 17 offensichtlich ist, sind die Nutzungswirkungsgrade gemäß den Konvergenzcharakteristiken unterschiedlich. Wenn z. B. der mit einer Xenonlampe ausgestattete Reflektor einen 6 mm langen Hohllichtleiter mit der diagonalen Aperturlänge L im Bereich von 5 10 mm aufweist, ist dessen Nutzungswirkungsgrad ungefähr das Sechsfache des Nutzungswirkungsgrads der Metallhalogenlampe. Selbst wenn der Nutzungswirkungsgrad mit dem Wirkungsgrad der Lichtemission multipliziert wird, ist überdies die Helligkeit des mit einer Xenonlampe ausgestatteten Reflektors die zwei- bis dreifache Helligkeit der Metallhalogenlampe.
  • Wie in der vorhergehenden Beschreibung erläutert wurde, umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung die Beleuchtungseinrichtung eine Kollimatorlinse und ein Paar Fliegenaugenlinsen, und die Kollimatorlinse weist eine sphärische Aberration auf, die nicht kleiner als 0,01 f ist. Diese Anordnung macht es möglich, die durch die Konvektion des Xenongases hervorgerufene Fluktuation des Beleuchtungslichts zu unterdrücken, das Flimmern zu reduzieren und die Beleuchtungsstärke zu verbessern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist überdies die Beleuchtungseinrichtung einen Hohllichtleiter mit einem rechtwinkligen hohlen Raum auf, der durch ein Aspektverhältnis von 3 : 4 und eine diagonale Aperturlänge von 5 bis 10 mm definiert ist, und der Hohllichtleiter befindet sich an einem zweiten Brennpunkt der Xenonlampe. Diese Anordnung macht es möglich, die durch die Konvektion des Xenongases hervorgerufene Fluktuation des Beleuchtungslichts zu unterdrücken, das Flimmern zu reduzieren und die Leuchtstärke zu verbessern.
  • Diese Erfindung kann in mehreren Formen verkörpert bzw. realisiert werden, ohne vom Geist ihrer wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen, wie sie beschrieben wurden, sollen daher nur veranschaulichen und nicht beschränken, da der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche statt durch die ihnen vorausgehende Beschreibung definiert ist. Alle Änderungen, die in den Umfang der Ansprüche fallen, oder Äquivalente sollen daher durch die Ansprüche einbezogen sein.

Claims (4)

  1. Projektions-Anzeigevorrichtung mit einer Beleuchtungsvorrichtung, einer Farben trennenden und Licht leitenden Optik, die bei einem ersten Deck angeordnet ist, und einer Licht modulierenden und Farben zusammensetzenden und Bilder projizierenden Optik, die bei einem zum ersten Deck parallelen zweiten Deck angeordnet ist, worin die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle (1) umfaßt; die Licht trennende und Licht leitende Optik weißes Farblicht (w), das von der Lichtquelle (1) emittiert wird, in drei Primärfarbstrahlen (g, b, r) trennt und die getrennten Primärfarbstrahlen in Richtung auf die Licht modulierende und Farben zusammensetzende und Bilder projizierende Optik leitet; und die Farben trennende und Licht leitende Optik zwei dichroitische Spiegel (6, 8) und mehrere Reflexionsspiegel (7G, 10, 10', 7R) aufweist, wobei die beiden dichroitischen Spiegel (6, 8) unabhängig und in nicht kreuzender Weise räumlich getrennt sind, und die Licht modulierende und Farben zusammensetzende und Bilder projizierende Optik aufweist: ein dichroitisches Kreuz-Prisma (15) mit zwei Reflexionsfilmen (15b, 15r), die einander kreuzen und eine Wellenlängenselektivität zum Auswählen von zwei von drei Primärfarben aufweisen; eine Projektionslinse (16), die bei einer Ausgangsfläche des dichroitischen Kreuz-Prismas (15) angeordnet ist; wobei Polarisationsstrahlteiler (13G, 13B, 13R) Ausgangsflächen, die jeweils drei Einfallsflächen des dichroitischen Kreuz-Prismas (15) zugewandt sind, und Einfallsflächen zum Empfangen der getrennten Primärfarbstrahlen aufweisen, die von der Farben trennenden und Licht leitenden Optik einfallen; und wobei erste, zweite und dritte räumliche lichtmodulierende Sektionen (14G, 14B, 14R) vom Reflexionstyp jeweils den Oberflächen zugewandt sind, die den Ausgangsflächen der Polarisationsstrahlteiler gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine rechtwinkelige Region (31), die die Farben trennende und Licht leitende Optik im ersten Deck einschließt, ganz in einer projizierten Fläche der rechtwinkeligen Region (32) enthalten ist, die die Licht modulierende und Farben zusammensetzende und Bilder projizierende Optik im zweiten Deck einschließt, wenn sie auf das erste Deck projiziert wird, jede der ersten, zweiten und dritten räumlichen lichtmodulierenden Sektionen (14G, 14B, 14R) vom Reflexionstyp eine Lichtreflexionsfläche aufweist, die der Mitte des dichroitischen Kreuz-Prismas (15) zugewandt ist, eine Lichtreflexionsfläche der zweiten räumlichen lichtmodulierenden Sektion (14B) vom Reflexionstyp zu einer Lichtreflexionsfläche der dritten räumlichen lichtmodulierenden Sektion (14R) vom Reflexionstyp parallel ist, sowohl die zweite als auch dritte räumliche lichtmodulierende Sektion (14B, 14R) vom Reflexionstyp Licht in einer Richtung senkrecht zu einem von der Projektionslinse (16) emittierten Licht emittieren, einer (6) der dichroitischen Spiegel angeordnet ist, um einen der Primärfarbstrahlen (g) in einer zum ersten Deck parallelen Richtung zu reflektieren, und der andere dichroitische Spiegel (8) angeordnet ist, um einen anderen der Primärfarbstrahlen (b) in einer Richtung senkrecht zum ersten Deck zu reflektieren, um ihn in Richtung auf das zweite Deck zu richten; und der dritte Primärfarbstrahl (r) durch beide dichroitische Spiegel (6, 8) durchgelassen und entlang dem ersten Deck über einen ungenutzten Raum unter der Projektionslinse (16) gelenkt wird.
  2. Projektions-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, worin die Farben trennende und Licht führende Optik erste und zweite Primärfarbstrahlen (g, b) entlang ersten und zweiten optischen Wegen lenkt, die gleich lang sind und von der Lichtquelle zu entsprechenden Polarisationsstrahlteilern verlaufen, die benachbarten Einfallsflächen des dichroitischen Kreuz-Prismas der Licht modulierenden und Farben zusammensetzenden und Bilder projizierenden Optik zugewandt sind, die Farben trennende und Licht leitende Optik einen dritten Primärfarbstrahl (r) entlang einem dritten optischen Weg führt, der als ein umgeleiteter optischer Weg dient, der länger als der erste und zweite optische Weg ist und von der Lichtquelle über den ungenutzten Raum unter der Projektionslinse der Licht modulierenden und Farben zusammensetzenden und Bilder projizierenden Optik zum entsprechenden Polarisationsstrahlteiler verläuft, und zumindest eine Korrekturlinse (9, 9') in dem umgelenkten dritten optischen Weg vorgesehen ist, um eine Differenz der optischen Weglänge des dritten Primärfarbstrahls und derjenigen des ersten und zweiten Primärfarbstrahls im wesentlichen zu kompensieren.
  3. Projektions-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Lichtquelle (1) eine Xenonlampe ist, die mit einem Reflektor (111) vom Konvergenztyp und einem Beleuchtungsmittel (120, 120') zum Vereinheitlichen einer Beleuchtungsverteilung ausgestattet ist, das Beleuchtungsmittel (120) eine Kollimatorlinse (2) und ein Paar Fliegenaugenlinsen bzw. Facettenlinsen (122, 123) aufweist, und die Kollimatorlinse eine sphärische Aberration hat, die nicht kleiner als 0,01 f ist.
  4. Projektions-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Lichtquelle (1) eine Xenonlampe ist, die mit einem Reflektor (111) vom Konvergenztyp und einem Beleuchtungsmittel (120, 120') zum Vereinheitlichen einer Beleuchtungsverteilung ausgestattet ist, das Beleuchtungsmittel (120') einen Lichtleiter (124) mit einem rechtwinkeligen hohlen Raum aufweist, der durch ein Aspektverhältnis von 3 : 4 und eine diagonale Aperturlänge (L) von 5 bis 10 mm definiert ist, und der Lichtleiter in der Umgebung eines zweiten Brennpunktes (f2) der Xenonlampe angeordnet ist.
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