DE69933234T2

DE69933234T2 - Beleuchtungseinheit mit polarisiertem licht und projektions-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69933234T2
Application number: DE69933234T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Itoh
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: EP1130450A4; DE69933234D1; EP1130450A1; WO2001013161A1; CN1175301C; KR100517003B1; EP1130450B1; CN1323408A; KR20010090890A; JP3528797B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht zum gleichförmigen Beleuchten einer rechteckigen Beleuchtungsfläche mit polarisiertem Licht in dieselbe Richtung, und auch eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, die eine solche Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Struktur zum Synthetisieren von Lichtstrahlen, die von zwei Lichtquellen ausgestrahlt werden, so dass der erhaltene synthetisierte Lichtstrahl in dieselbe Richtung polarisiert ist.
STAND DER TECHNIK
In Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die ein Modulationselement, wie ein Flüssigkristallelement, verwenden, das Licht moduliert, das in eine bestimmte Richtung polarisiert ist, wird nur eine Komponente von zwei verschiedenen polarisierten Komponenten verwendet, die von einer Lichtquelle ausgestrahlt werden. Um ein projiziertes Bild mit hoher Helligkeit zu erhalten, ist es notwendig, die Nutzungseffizienz von Licht zu erhöhen.
Wenn jedoch eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp unter Verwendung einer einzigen Lichtquelle konstruiert wird, hat die Nutzungseffizienz von Licht eine praktische obere Grenze. Somit ist eine Technik zum Projizieren eines Bildes hoher Helligkeit die Erhöhung der Lichtmenge unter Verwendung mehrerer Lichtquellen.
Wenn jedoch eine Vielzahl von Lichtquellen in einfacher Weise angeordnet sind, wird die Gesamtfläche des Lichtquellenbildes um einen Faktor größer, der der Anzahl von Lichtquellen entspricht. Infolgedessen erhöht sich auch der Winkel von Licht (Beleuchtungswinkel), das auf eine Beleuchtungsfläche einfällt, um einen entsprechenden Faktor. Dies bedeutet, dass die Lichtmenge pro Einheitsfläche dieselbe ist wie jene, die mit einer einzigen Lichtquelle erhalten wird. Mit anderen Worten, die Lichtmenge pro Einheitsfläche kann nicht unter Verwendung einer Vielzahl von Lichtquellen erhöht werden, die in der obengenannten Weise angeordnet sind.
Selbst wenn die Lichtmenge durch die Verwendung einer Vielzahl von Lichtquellen erhöht werden kann, wird, wenn nur eine Polarisationskomponente von zwei Polarisationskomponenten von Licht verwendet wird, das von den Lichtquellen ausgestrahlt wird, die Hälfte der gesamten Lichtmenge verschwendet.
Eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst, ist in EP-A-0 857 986 offenbart.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht bereitzustellen, die eine Vielzahl von Lichtquellen enthält und imstande ist, einen Lichtstrahl unter Verwendung beider Polarisationskomponenten auszustrahlen, ohne eine Vergrößerung des Beleuchtungswinkels zu verursachen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht bereitzustellen, die imstande ist, ein projiziertes Bild mit extrem hoher Helligkeit zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung ist durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Systems, das dazu konstruiert ist, als Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu dienen.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die ausführliche Struktur eines optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das die Grundkonstruktion des optischen Systems zeigt, das dazu konstruiert ist, als Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu dienen.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Kondensorspiegelplatte, die in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht verwendet wird, die in 1 dargestellt ist.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Polarisierungsprozess in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht zeigt, die in 1 dargestellt ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Linsenplatte, die in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht verwendet wird, die in 1 dargestellt ist.
7 ist ein schematisches Diagramm, das Stellen zeigt, wo sekundäre Lichtquellenbilder auf der Kondensorlinsenplatte der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht verwendet werden, die in 1 dargestellt ist.
8 ist ein schematisches Diagramm eines optischen Systems, das dazu konstruiert ist, als Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu dienen.
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Grundkonstruktion eines optischen Systems zeigt, das dazu konstruiert ist, als Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu dienen.
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Grundkonstruktion eines optischen Systems zeigt, das dazu konstruiert ist, als Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu dienen.
11 ist eine perspektivische Ansicht einer Kondensorspiegelplatte gemäß einer fünften Ausführungsform, die in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß einer der ersten bis vierten Ausführungsform verwendet werden kann.
12 ist eine Querschnittsansicht entlang einer xz-Ebene eines optischen Systems einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, die das Beleuchtungssystem mit polarisiertem Licht enthält, das in 1 oder 3 dargestellt ist.
13 ist eine Querschnittsansicht entlang einer yz-Ebene des optischen Systems der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, das in 12 dargestellt ist.
14 zeigt die Emissionsspektren von Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht.
15 ist eine Querschnittsansicht entlang einer xz-Ebene eines anderen Beispiels eines optischen Systems, das in einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp verwendet wird, die das in 1 oder 3 dargestellte optische Beleuchtungssystem mit polarisiertem Licht enthält.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In der Folge werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nur einmal beschrieben, um wiederholte Beschreibungen zu vermeiden. Drei Raumachsen, die orthogonal zueinander liegen, sind als x-, y- beziehungsweise z-Achse bezeichnet. Zwei entgegengesetzte Richtungen entlang der x-Achse sind als +x- beziehungsweise –x-Richtung bezeichnet. Ebenso sind zwei entgegengesetzte Richtungen entlang der y-Achse als +y- beziehungsweise –y-Richtung bezeichnet und zwei entgegengesetzte Richtungen entlang der z-Achse als +z- beziehungsweise –z-Richtung bezeichnet. Ferner wird linear polarisiertes Licht mit Polarisationsachsen parallel zu den x-, y- und z-Richtungen als x-polarisiertes Licht, y-polarisiertes Licht beziehungsweise z-polarisiertes Licht bezeichnet.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser ersten Ausführungsform sind zwei Lichtquellen bereitgestellt, das heißt, eine erste Lichtquelle 101 und eine zweite Lichtquelle 102, zum Ausstrahlen von Licht, das in willkürliche Richtungen polarisiert ist (in der Folge wird ein solches Licht als willkürlich polarisiertes Licht bezeichnet).
Wie in 1 dargestellt, enthält die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht der vorliegenden Ausführungsform: die erste Lichtquelle 101; ein optisches Trennelement 201 für polarisiertes Licht; eine erste Viertelwellenplatte 351 (ein erstes optisches Element zum Umwandeln des Polarisationszustandes) und eine dritte Viertelwellenplatte 353 (ein drittes Element zum Umwandeln des Polarisationszustandes); eine erste Kondensorspiegelplatte 301 (erstes optisches Kondensor- und Reflexionselement) und einen Reflexionsspiegel 309 (ein optisches Reflexionselement); eine Kondensorlinse 401 (ein optisches Kondensorelement, ein optisches Element zum Umwandeln der Polarisation und ein optisches Überlagerungselement); und einen Reflexionsspiegel 501 (optisches Element zum Ändern des Lichtweges), wobei diese Elemente entlang der optischen Systemachsen L1 und L, die sich in die xy-Ebene erstrecken und einander im rechten Winkel schneiden, angeordnet sind. Willkürlich polarisiertes Licht, das von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, wird zunächst von dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht in zwei Lichtstrahlen getrennt, die in verschiedene Richtungen polarisiert sind, wie später beschrieben wird, und dann durch die erste Viertelwellenplatte 351, die erste Kondensorspiegelplatte 301, die dritte Viertelwellenplatte 353, das Reflexionsspiegelelement 309, das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht, die zweite Lichtquelle 102, und die Kondensorlinseneinheit 401 zu einem einzigen Lichtstrahl konvertiert, der in dieselbe Richtung polarisiert ist. Der erhaltene Lichtstrahl wird über den Reflexionsspiegel 501 auf eine rechteckige Beleuchtungsfläche 601 gerichtet.
Ferner sind die zweite Lichtquelle 102, das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht, eine zweite Viertelwellenplatte 352 (ein zweites Element zum Umwandeln des Polarisationszustandes) und die dritte Viertelwellenplatte 353, eine zweite Kondensorspiegelplatte 302 (ein zweites optisches Kondensor- und Reflexionselement) und der Reflexionsspiegel 309, die Kondensorlinseneinheit 401 und der Reflexionsspiegel 501 entlang denselben optischen Systemachsen L2 und L angeordnet, die sich in der yz-Ebene erstrecken und einander im rechten Winkel schneiden. Willkürlich polarisiertes Licht, das von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, wird zunächst durch das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht in zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen getrennt, wie später beschrieben wird, und dann durch die zweite Viertelwellenplatte 352, die zweite Kondensorspiegelplatte 302, die dritte Viertelwellenplatte 353, das Reflexionsspiegelelement 309, das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht, die erste Lichtquelle 101 und die Kondensorlinseneinheit 401 geleitet, wodurch die zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen zu einem einzigen Lichtstrahl umgewandelt werden, der in dieselbe Richtung polarisiert ist wie der Lichtstrahl, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird. Der erhaltene Lichtstrahl erreicht auch die rechteckige Beleuchtungsfläche 601 über den Reflexionsspiegel 501. Somit wird die rechteckige Beleuchtungsfläche 601 mit einer Art von Lichtstrahl beleuchtet, der im Wesentlichen in dieselbe Richtung polarisiert ist. Die Richtung, in die der Lichtstrahl gelenkt wird, nachdem er von dem Reflexionsspiegel 501 reflektiert wurde, ist im Wesentlichen zu der Ebene parallel, in der die erste und zweite Lichtquelle 101 und 102 liegen.
Die erste und zweite Lichtquelle 101 und 102 bestehen vorwiegend aus Lichtquellenlampen 111 beziehungsweise 112, und Parabolspiegeln 121 beziehungsweise 122. Willkürlich polarisierte Lichtstrahlen, die von den Lichtquellenlampen 111 und 112 ausgestrahlt werden, werden von den Parabolspiegeln 121 beziehungsweise 122 in eine einzige Richtung reflektiert. Dadurch werden die reflektierten Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel und fallen auf das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht. Hier können die Parabolspiegel 121 und 122 durch Spiegel einer anderen Art ersetzt werden, wie einen Ellipsoidspiegel, einen Kugelspiegel, usw.. In diesem Fall jedoch ist es wünschenswert, ein optisches Kollimatorelement an der Einfallsseite des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht anzuordnen, so dass die Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt werden, von dem optischen Kollimatorelement kollimiert werden.
Das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht wird mit einem polarisierten Strahlteiler gebildet, der in einer im Allgemeinen sechsflächigen Form gebildet ist, einschließlich erster und zweiter Trennfilme 211 und 212 für polarisiertes Licht, die aus einem dielektrischen mehrlagigen Film bestehen, der in einem Glasprisma 202 angeordnet ist. Der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht ist in einem Winkel zu der Richtung angeordnet, in der Licht von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, und auch in einem Winkel α1 = 45° zu einer ersten Oberfläche 221 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht. Ebenso ist der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht in einem Winkel zu der Richtung angeordnet, in der Licht von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, und auch in einem Winkel α2 = 45° zu einer zweiten Oberfläche 222 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht.
2 zeigt. die genaue Struktur des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht. Wie in 2 dargestellt, besteht das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht aus zwei dreieckigen Pyramidenprismen 291 und 295 und zwei viereckigen Pyramidenprismen 292 und 294.
Der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht ist an der Grenzfläche zwischen einer Seitenfläche BDH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 und einer Seitenfläche BDH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 angeordnet und auch an der Grenzfläche zwischen einer Seitenfläche BFH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 und einer Seitenfläche BFH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295. Insbesondere kann der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht durch Verdampfen eines dielektrischen mehrlagigen Films auf der Seitenfläche BDH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 oder der Seitenfläche BDH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 gebildet werden, und auch auf der Seitenfläche BFH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 oder der Seitenfläche BFH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295. Das heißt, entweder die Seitenfläche BDH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 oder die Seitenfläche BDH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 können als Oberfläche verwendet werden, auf der der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht gebildet wird. Ebenso kann entweder die Seitenfläche BFH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 oder die Seitenfläche BFH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295 als Oberfläche verwendet werden, auf der der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht gebildet wird. Es ist jedoch wünschenswert, dass der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht, der auf den zwei Prismen gebildet wird, flach ist. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist es wünschenswert, den ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht auf der Seitenfläche BDH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 und der Seitenfläche BFH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 oder auf der Seitenfläche BDH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 und der Seitenfläche BFH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295 zu bilden.
Ebenso ist der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht an der Grenzfläche zwischen einer Seitenfläche ABH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 und einer Seitenfläche ABH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 angeordnet und auch an der Grenzfläche zwischen einer Seitenfläche BGH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 und einer Seitenfläche BGH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295. Der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht kann durch Verdampfen eines dielektrischen mehrlagigen Films auf der Seitenfläche ABH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 oder der Seitenfläche ABH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 gebildet werden, und auch auf der Seitenfläche BGH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 oder der Seitenfläche BGH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295. Das heißt, entweder die Seitenfläche ABH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 oder die Seitenfläche ABH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 können als Oberfläche verwendet werden, auf der der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht gebildet wird. Ebenso kann entweder die Seitenfläche BGH des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 oder die Seitenfläche BGH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295 als Oberfläche verwendet werden, auf der der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht gebildet wird. Es ist jedoch wünschenswert, dass der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht, der auf den zwei Prismen gebildet wird, flach ist. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist es wünschenswert, den zweiten Trennfilm 212 für polarisiertes Licht auf der Seitenfläche ABH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 und der Seitenfläche BGH des ersten viereckigen Pyramidenprismas oder auf der Seitenfläche ABH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 und der Seitenfläche BGH des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295 zu bilden.
Die Oberfläche BDH des ersten dreieckigen Pyramidenprismas 291 und die Oberfläche BDH, auf der der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht gebildet ist, des ersten viereckigen Pyramidenprismas 292 sind aneinander geklebt, wodurch eine erste Prismaanordnung 293 entsteht. Ebenso sind die Oberfläche BFH des zweiten viereckigen Pyramidenprismas 294 und die Oberfläche BFH, auf der der erste Trennfilm 211 für polarisiertes Licht gebildet ist, des zweiten dreieckigen Pyramidenprismas 295 zusammengeklebt, wodurch eine zweite Prismaanordnung 296 gebildet wird. Schließlich werden die zwei Prismaanordnungen kombiniert, indem ihre Oberflächen ABGH zusamengeklebt werden, wobei der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht auf einer der Oberflächen ABGH gebildet wird, wodurch das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht in kompletter Form erhalten wird. Das zuvor beschriebene Verfahren zum Zusammenfügen der vier Prismen ist nur beispielhaft und die vier Prismen können auch nach einem anderen Verfahren zusammengefügt werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist die erste Viertelwellenplatte 351 an der Seite der dritten Oberfläche 231 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht angeordnet, so dass die erste Viertelwellenplatte 351 der dritten Oberfläche 231 gegenüberliegt. Ferner ist die erste Kondensorspiegelplatte 301 an der Rückseite der Viertelwellenplatte 351 angeordnet. In dieser Ausführungsform liegen die erste Viertelwellenplatte 351 und die erste Kondensorspiegelplatte 301 im Wesentlichen parallel zu der dritten Oberfläche 231. An der Seite einer vierten Oberfläche 233 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht ist die dritte Viertelwellenplatte 353 an einer Stelle angeordnet, die der vierten Oberfläche 233 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht gegenüberliegt, und das Reflexionsspiegelelement 309 ist an der Rückseite der dritten Viertelwellenplatte 353 angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die dritte Viertelwellenplatte 353 und das Reflexionsspiegelelement 309 so angeordnet, dass sie im Wesentlichen parallel zu der vierten Oberfläche 233 liegen. An der Seite einer fünften Oberfläche 232 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht ist die zweite Viertelwellenplatte 352 an einer Stelle angeordnet, die der fünften Oberfläche 232 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht gegenüberliegt, und die zweite Kondensorspiegelplatte 302 ist an der Rückseite der zweiten Viertelwellenplatte 352 angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die zweite Viertelwellenplatte 352 und die zweite Kondensorspiegelplatte 302 so angeordnet, dass die im Wesentlichen parallel zu der fünften Oberfläche 232 liegen. Die Struktur der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatten 301 und 302 wird später ausführlich beschrieben. In 1 sind für ein einfaches bildliches Verständnis die erste bis dritte Viertelwellenplatte 351, 352 und 353 mit Abstand zu dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht dargestellt. In der Praxis jedoch ist es wünschenswert, dass sie in engem Kontakt mit dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht stehen.
An der Seite einer sechsten Oberfläche 234 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht ist die Kondensorlinseneinheit 401, die eine Kondensorlinsenplatte 411 (ein optisches Kondensorelement), eine Halbwellenplatte 421 (ein optisches Element zum Umwandeln der Polarisation), und eine Überlagerungslinse 431 (ein optisches Überlagerungselement) enthält, so angeordnet, dass sie in eine Richtung weist, die im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse L des Systems liegt.
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1, die auf die zuvor beschriebene Weise konstruiert ist, wird willkürlich polarisiertes Licht, das von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, durch einen Prozess, der in der Folge beschrieben wird, zu der Kondensorlinseneinheit 401 oder zu der zweiten Lichtquelle 102 gelenkt.
3 ist eine Querschnittsansicht von 1 in der xy-Ebene. Es ist zu beachten, dass, obwohl in 3 nicht dargestellt, der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht in dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht so gebildet ist, dass er sich über die xy-Ebene erstreckt. Der Reflexionsspiegel 501 ist in 3 nicht dargestellt, da er von dem vorliegenden Prozess nicht betroffen ist. Somit ist der Lichtweg von der Kondensorlinseneinheit 401 der Beleuchtungsfläche 601 gerade dargestellt. 9 und 10, die später beschrieben werden, sind auch auf gleiche Weise gezeichnet.
Willkürlich polarisiertes Licht, das von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, kann als gemischtes Licht aus y-polarisiertem Licht und z-polarisiertem Licht angesehen werden. Wenn das gemischte Licht, nachdem es von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wurde, auf die erste Oberfläche 221 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht fällt, wird das gemischte Licht durch den ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht in zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen getrennt, das heißt, einen y-polarisierten Lichtstrahl und einen z-polarisierten Lichtstrahl. Insbesondere geht das y-polarisierte Licht, das in dem willkürlich polarisierten Licht enthalten ist, durch den ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht und bewegt sich zu der dritte Oberfläche 231. Andererseits wird das z-polarisierte Licht von dem Trennfilm 211 für polarisiertes Licht zu der vierten Oberfläche 233 des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht reflektiert.
Die zwei polarisierten Lichtstrahlen, die von dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht getrennt wurden, gehen durch die erste und dritte Viertelwellenplatte 351 beziehungsweise 353 und werden dann von der ersten Kondensorspiegelplatte 301 beziehungsweise dem Reflexionsspiegelelement 309 reflektiert.
Die erste Kondensorspiegelplatte 301 enthält, wie in 4 dargestellt ist, eine Veilzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311, die jeweils dieselbe rechteckige Form haben und in einer Matrix angeordnet sind, wobei jeder Mikro-Kondensorspiegel geometrisch der Beleuchtungsfläche 601 ähnlich ist. Eine Reflexionsfläche 312 ist an der Oberfläche jedes Mikro-Kondensorspiegels 311 durch Abscheiden eines Aluminiumfilms oder eines dielektrischen mehrlagigen Films gebildet. In dieser Ausführungsform ist die Reflexionsfläche jedes Mikro-Kondensorspiegels 311 in Kugelform gebildet. Die Reflexionsfläche 312 kann jedoch auch eine andere Krümmung haben. Zum Beispiel kann auch eine Parabolfläche, eine Ellipsoidfläche oder eine torische Fläche verwendet werden, abhängig von den Eigenschaften des einfallenden Lichts, das von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt wird. Die zweite Kondensorspiegelplatte 302 wird später beschrieben und hat auch eine ähnliche Struktur. Das Reflexionsspiegelelement 309 ist ein Reflexionsspiegel mit flacher Ebene einer allgemein verwendeten Art. Eine Reflexionsfläche 312, die aus einem Aluminiumfilm oder einem dielektrischen mehrlagigen Film gebildet ist, ist auf der Oberfläche des Reflexionsspiegelelements 309 angeordnet.
Der y-polarisierte Lichtstrahl und der z-polarisierte Lichtstrahl, die von dem ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht getrennt wurden, gehen durch die erste und dritte Viertelwellenplatte 351 beziehungsweise 353 und werden dann von der ersten Kondensorspiegelplatte 301 beziehungsweise dem Reflexionsspiegelelement 309 reflektiert. Wenn sie wieder durch die Viertelwellenplatten 351 und 353 gehen, wird die Bewegungsrichtung jedes polarisierten Lichtstrahls um im Wesentlichen 180° geändert, und die Polarisationsrichtung wird um im Wesentlichen 90° gedreht. Dieser Prozess wird in der Folge unter Bezugnahme auf 5 ausführlicher beschrieben. Es ist zu beachten, dass der einfachen Darstellung wegen die Kondensorspiegelplatte 301 so dargestellt ist, als hätte sie die Form einer flachen Platte. Der y-polarisierte Lichtstrahl 322, der auf die Viertelwellenplatte 351 fällt, wird von der Viertelwellenplatte 351 zu einem sich im Uhrzeigersinn drehenden, kreisförmig polarisierten Lichtstrahl 323 umgewandelt (es ist zu beachten, dass der y-polarisierte Lichtstrahl 322 zu einem sich gegen den Uhrzeigersinn drehenden Lichtstrahl umgewandelt werden kann, abhängig von der Art, in der die Viertelwellenplatte 351 angeordnet ist). Der erhaltene Lichtstrahl 323 bewegt sich zu der Spiegelplatte 321. Wenn das Licht von der Spiegelplatte 321 reflektiert wird, wird die Drehrichtung der Polarisationsachse geändert. Insbesondere wird ein sich im Uhrzeigersinn drehender, kreisförmig polarisierter Lichtstrahl zu einem gegen den Uhrzeigersinn drehenden, kreisförmig polarisierten Lichtstrahl umgewandelt (ein gegen den Uhrzeigersinn drehender, kreisförmig polarisierter Lichtstrahl wird zu einem sich im Uhrzeigersinn drehenden, kreisförmig polarisierten Lichtstrahl umgewandelt). Somit wird die Bewegungsrichtung des Lichtstrahls 323 durch die Spiegelplatte 321 um im Wesentlichen 180° geändert und der Lichtstrahl 323 wird ein gegen den Uhrzeigersinn drehender, kreisförmig polarisierter Lichtstrahl 324. Der erhaltene Lichtstrahl 324 geht wieder durch die Viertelwellenplatten 351 und 353 und wird zu einem z-polarisierten Lichtstrahl 325 umgewandelt, wenn er durch diese Viertelwellenplatten geht. Andererseits wird der z-polarisierte Lichtstrahl 325, der auf die Viertelwellenplatte fällt, durch einen ähnlichen Prozess zu einem y-polarisierten Lichtstrahl 322 umgewandelt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3, wird, wenn der y-polarisierte Lichtstrahl die dritte Oberfläche 231 erreicht, seine Bewegungsrichtung um im Wesentlichen 180° geändert und seine Polarisation wird durch die erste Viertelwellenplatte 351 und die erste Kondensorspiegelplatte 301 zu einer z-Polarisation umgewandelt. Der erhaltene Lichtstrahl wird dann von dem ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht zu der sechsten Oberfläche 234 reflektiert. Hier wird der z-polarisierte Lichtstrahl nicht durch den zweiten Trennfilm 212 für polarisiertes Licht (nicht dargestellt) beeinflusst, da der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht im Wesentlichen senkrecht zur yz-Ebene angeordnet ist.
Da die erste Kondensorspiegelplatte 301 Mikro-Kondensorspiegel 311 enthält, die jeweils die Fähigkeit besitzen, Licht zu kondensieren, wird die Bewegungsrichtung des polarisierten Lichtstrahls umgekehrt, und es werden so viele kondensierte Bilder gebildet, wie Mikro-Kondensorspiegel 311 zur Bildung der Kondensorspiegelplatte 301 vorhanden sind. Diese kondensierten Bilder sind Bilder der Lichtquelle. Somit werden in der Folge die kondensierten Bilder als sekundäre Lichtquellenbilder bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kondensorlinseneinheit 401 an einer Stelle angeordnet, wo die sekundären Lichtquellenbilder gebildet werden. Das heißt, der z-polarisierte Lichtstrahl, der durch die sechste Oberfläche durchgelassen wird, bildet eine Vielzahl von sekundären Lichtquellenbildern an bestimmten Stellen auf der Kondensorlinseneinheit 401.
Die erste Kondensorspiegelplatte 301 ist so angeordnet, dass die erste Kondensorspiegelplatte 301 parallel in die –y-Richtung verschoben ist, bis der Mittelpunkt der ersten Kondensorspiegelplatte 301 von der x-Achse um β1 entfernt ist. Infolgedessen fällt der z-polarisierte Lichtstrahl, der von den Mikro-Kondensorspiegeln 311 der ersten Kondensorspiegelplatte 301 reflektiert wird, derart auf die Kondensorlinseneinheit 401, dass die Mittelachse des z-polarisierten Lichtstrahls in die –x-Richtung von der optischen Achse L des Systems verschoben ist, und somit trifft der z-polarisierte Lichtstrahl auf einen Punkt P auf der Kondensorlinseneinheit 401 (siehe 1). Das heißt, die Vielzahl von sekundären Lichtquellenbildern wird auf der Kondensorlinseneinheit 401 an Stellen, die leicht in die –x-Richtung verschoben sind, durch den z-polarisierten Lichtstrahl über die erste Kondensorspiegelplatte 301 gebildet. In dieser Ausführungsform ist das Ausmaß der Verschiebung gleich dem Absolutwert von β1.
Andererseits wird der z-polarisierte Lichtstrahl, der die vierte Oberfläche 233 erreicht hat, durch die dritte Viertelwellenplatte 252 und das Reflexionsspiegelelement 309 hinsichtlich der Bewegungsrichtung um im Wesentlichen 180° und hinsichtlich der Polarisation zu einer y-Polarisation geändert. Der erhaltene y-polarisierte Lichtstrahl kehrt zu dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht zurück. Da der zweite Trennfilm 212 für polarisiertes Licht (nicht dargestellt) hier im Wesentlichen senkrecht zu der yz-Ebene angeordnet ist, wird der y-polarisierte Lichtstrahl von dem zweiten Trennfilm 212 für polarisiertes Licht zu der zweiten Lichtquelle 102 (nicht dargestellt) reflektiert. Das Reflexionsspiegelelement 309 ist so angeordnet, dass sein Mittelpunkt im Wesentlichen auf der y-Achse liegt.
Wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, wird der y-polarisierte Lichtstrahl, der in dem willkürlich polarisierten Lichtstrahl enthalten ist, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, zu einem z-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt und fällt auf die Kondensorlinseneinheit 401. Andererseits wird der z-polarisierte Lichtstrahl, der in dem willkürlich polarisierten Lichtstrahl enthalten ist, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, zu einem y-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt und fällt auf die zweite Lichtquelle 102 (nicht dargestellt).
Unter Bezugnahme nun auf 1 wird in der Folge der Prozess beschrieben, durch den der willkürlich polarisierte Lichtstrahl, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, zu der Kondensorlinse 401 oder zu der ersten Lichtquelle 101 gelenkt wird. Der willkürlich polarisierte Lichtstrahl, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, wird durch einen Prozess, der im Prinzip jenem gleich ist, durch den der willkürlich polarisierte Lichtstrahl, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, getrennt wird, in einen x-polarisierten Lichtstrahl und einen y-polarisierten Lichtstrahl getrennt. Danach wird der y-polarisierte Lichtstrahl zu einem x-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt und fällt auf die Kondensorlinseneinheit 401. Andererseits wird der x-polarisierte Lichtstrahl zu einem z-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt und fällt auf die erste Lichtquelle 101. Das heißt, der y-polarisierte Lichtstrahl, der in dem willkürlich polarisierten Lichtstrahl enthalten ist, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, geht durch den zweiten Trennfilm 212 für polarisiertes Licht des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht und bewegt sich zu der fünften Oberfläche 232. Andererseits wird der x-polarisierte Lichtstrahl, der in dem willkürlich polarisierten Lichtstrahl enthalten ist, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, von dem zweiten Trennfilm 212 für polarisiertes Licht zu der vierten Oberfläche 233 reflektiert. Der y-polarisierte Lichtstrahl und der x-polarisierte Lichtstrahl, die von dem willkürlich polarisierten Lichtstrahl getrennt wurden, gehen durch die zweite und dritte Viertelwellenplatte 352 beziehungsweise 353, und werden dann von der zweiten Kondensorspiegelplatte 302 beziehungsweise dem Reflexionsspiegelelement 309 reflektiert. Danach gehen sie wieder durch die Viertelwellenplatten 352 beziehungsweise 353. Der y-polarisierte Lichtstrahl, der die fünfte Oberfläche 232 erreicht hat, wird hinsichtlich der Bewegungsrichtung um im Wesentlichen 180° und hinsichtlich der Polarisation in eine x-Polarisation durch die zweite Viertelwellenplatte 352 und das zweite Reflexionsspiegelelement 302 umgewandelt. Der erhaltene x-polarisierte Lichtstrahl wird dann von dem zweiten Trennfilm 212 für polarisiertes Licht zu der sechsten Oberfläche 234 reflektiert. Hier wird der x-polarisierte Lichtstrahl nicht von dem ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht beeinflusst, da der erste Trennfilm 212 für polarisiertes Licht im Wesentlichen senkrecht zur xy-Ebene angeordnet ist.
Andererseits wird der x-polarisierte Lichtstrahl, der die vierte Oberfläche 233 erreicht hat, hinsichtlich der Bewegungsrichtung um im Wesentlichen 180° und hinsichtlich der Polarisation in eine z-Polarisation durch die dritte Vorrichtung 353 und das Reflexionsspiegelelement 309 umgewandelt. Der erhaltene z-polarisierte Lichtstrahl wird wieder von dem ersten Trennfilm 211 für polarisiertes Licht zu der ersten Lichtquelle 101 reflektiert.
Wie die erste Kondensorspiegelplatte 301 enthält auch die zweite Kondensorspiegelplatte 302 Mikro-Kondensorspiegel 311, die jeweils die Fähigkeit haben, Licht zu kondensieren, und ist so angeordnet, dass die zweite Kondensorspiegelplatte 302 parallel in die +x-Richtung verschoben wird, bis der Mittelpunkt der zweiten Kondensorspiegelplatte 302 von der z-Achse um β2 entfernt ist. Dadurch fällt der x-polarisierte Lichtstrahl, der von den Mikro-Kondensorspiegeln 311 der zweiten Kondensorspiegelplatte 302 reflektiert wird, derart auf die Kondensorlinseneinheit 401, dass die Mittelachse des x-polarisierten Lichtstrahls in die +x-Richtung von der optischen Achse L des Systems verschoben ist, und somit trifft der x-polarisierte Lichtstrahl auf einen Punkt S auf der Kondensorlinseneinheit 401 (siehe 1). Das heißt, eine Vielzahl von sekundären Lichtquellenbildern wird auf der Kondensorlinseneinheit 401 an Stellen, die leicht in die +x-Richtung verschoben sind, durch den x-polarisierten Lichtstrahl über die zweite Kondensorspiegelplatte 302 gebildet. In dieser Ausführungsform ist das Verschiebungsmaß gleich dem Absolutwert von β2.
6 zeigt das Aussehen der Kondensorlinsenplatte 411 der Kondensorlinseneinheit 401. Wie in 6 dargestellt, enthält die Kondensorlinsenplatte 411 eine Vielzahl von rechteckigen Mikrolinsen 412. Hier ist die Anzahl der rechteckigen Mikrolinsen 412 dieselbe oder zweifache Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311, die die erste und zweite Kondensorspiegelplatten 301 und 302 bilden. Wenn sich die Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311 der ersten Kondensorspiegelplatte 301 von jener der zweiten Kondensorspiegelplatte 302 unterscheidet, kann die Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311 auf der Basis der Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln der Kondensorspiegelplatte eingestellt werden, die die größte Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln hat. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Kondensorlinsenplatte 411 zweimal so viele Mikrolinsen 412 wie die Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311, die die erste Kondensorspiegelplatte 301 bilden. Damit die polarisierten Lichtstrahlen von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 an verschiedenen räumlichen Punkten fokussiert sind, wie später beschrieben wird, werden die Mikrolinsen 412 an Stellen angeordnet, die den Brennpunkten der entsprechenden polarisierten Lichtstrahlen entsprechen. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Mirkolinsen 412, die in jeder Linie entlang der x-Richtung angeordnet sind, die zweifache Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311, die die erste Kondensorspiegelplatte 301 (die zweite Kondensorspiegelplatte 302) bilden, so dass die sekundären Lichtquellenbilder, die durch den Lichtstrahl von der ersten Lichtquelle 101 gebildet werden, leicht in die x-Richtung zu den sekundären Lichtquellenbildern verschoben sind, die durch den Lichtstrahl von der zweiten Lichtquelle 102 gebildet werden, ohne einander zu überlappen.
Wenn, wie in 7 dargestellt ist, die Kondensorlinsenplatte 411 von der Seite der Beleuchtungsfläche 601 betrachtet wird, entsprechen die sekundären Lichtquellenbilder C1 (die kreisförmigen Bilder, die mit Linien schraffiert sind, die diagonal von links unten nach rechts oben verlaufen), die durch den z-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden, den Mikrolinsen 412 derart, dass jedes sekundäre Lichtquellenbild C1 in z-Richtung seine entsprechende Mikrolinse 412 hat, während jedes andere sekundäre Lichtquellenbild C1 in die x-Richtung seine entsprechende Mikrolinse 412 hat. Wenn ferner die Kondensorlinsenplatte 411 von der Seite der Beleuchtungsfläche 601 betrachtet wird, entsprechen die sekundären Lichtquellenbilder C2 (die kreisförmigen Bilder, die mit Linien schraffiert sind, die diagonal von rechts unten nach links oben verlaufen), die durch den x-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden, den Mikrolinsen 412 derart, dass jedes sekundäre Lichtquellenbild C2 in z-Richtung seine entsprechende Mikrolinse 412 hat, während jedes andere sekundäre Lichtquellenbild C2 in die x-Richtung seine entsprechende Mikrolinse 412 hat. Wie zuvor beschrieben, sind somit sind die sekundären Lichtquellenbilder C1, die durch den polarisierten Lichtstrahl von der ersten Lichtquelle 101 gebildet werden, und die sekundären Lichtquellenbilder C2, die durch den polarisierten Lichtstrahl von der zweiten Lichtquelle 102 gebildet werden, abwechselnd in x-Richtung angeordnet. Eine solche Anordnung wird erreicht, wie zuvor beschrieben wurde, da die erste Kondensorspiegelplatte 301 so angeordnet ist, dass der Mittelpunkt der Kondensorspiegelplatte 301 parallel um β1 in die –y-Richtung von der x-Achse verschoben ist, und die zweite Kondensorspiegelplatte 302 so angeordnet ist, dass der Mittelpunkt der Kondensorspiegelplatte 302 parallel um β2 in die +x-Richtung von der z-Achse verschoben ist. Da in dieser Ausführungsform die Anzahl von Mikrolinsen 412 der Kondensorlinseneinheit 401 auf die zweifache Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311 der ersten Kondensorspiegelplatte 301 (und der zweiten Kondensorspiegelplatte 302) eingestellt ist, sind β1 und β2 auf die halbe Länge einer Mikrolinse 412 eingestellt, gemessen in die x-Richtung. Wenn die Anzahl von Mikrolinsen 412 der Kondensorlinseneinheit 401 gleich der Anzahl von Mikro-Kondensorspiegeln 311 der ersten Kondensorspiegelplatte 301 (und der zweiten Kondensorspiegelplatte 302) eingestellt ist, sind β1 und β2 vorzugsweise auf die Viertellänge einer Mikrolinse 412 eingestellt, gemessen in die x-Richtung.
Mit der zuvor beschriebenen Struktur ist der z-polarisierte Lichtstrahl, der die Kondensorlinseneinheit 401 über die erste Kondensorspiegelplatte 301 erreicht, nachdem er von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wurde, im Sinne des Hauptlichtstrahls im Wesentlichen parallel zu dem x-polarisierten Lichtstrahl, der die Kondensorlinseneinheit 401 über die zweite Kondensorspiegelplatte 302 erreicht, wobei der z-polarisierte Lichtstrahl und der x-polarisierte Lichtstrahl auf die Kondensorlinseneinheit 401 einfallen, ohne eine Überlappung miteinander zu erzeugen, so dass diese zwei Lichtstrahlen sekundäre Lichtquellenbilder an verschiedenen räumlichen Stellen bilden.
An der Oberfläche, an der Seite der Beleuchtungsfläche 601 der Kondensorlinsenplatte 411 der Kondensorlinseneinheit 401 ist eine Halbwellenplatte 421 bereitgestellt, die eine Verzögerungsschicht 422 enthält, die selektiv an Stellen gebildet ist, die den Stellen der sekundären Lichtquellenbilder C1 entsprechen, die durch den z-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden. Wenn der z-polarisierte Lichtstrahl durch die Verzögerungsschicht 422 geht, wird die Polarisationsachse so gedreht, dass der z-polarisierte Lichtstrahl zu einem x-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt wird. Andererseits ist keine Verzögerungsschicht 422 in dem Lichtweg gebildet, der zu dem x-polarisierten Lichtstrahl gehört, so dass der x- polarisierte Lichtstrahl durch die Halbwellenlängen-Verzögerungsplatte 421 geht, ohne eine Drehung der Polarisationsachse zu erfahren, während der Polarisationszustand in der x-Polarisation aufrechterhalten bleibt. Dadurch werden fast alle Lichtstrahlen zu einem x-polarisierten Lichtstrahl, nachdem sie durch die Kondensorlinseneinheit 410 gegangen sind.
Die Lichtstrahlen, derer. Polarisation in die x-Richtung durch den zuvor beschriebenen Prozess ausgerichtet wird, werden durch die Überlagerungslinse 431, die an der Seite der Halbwellenplatte 421 angeordnet ist, die der Beleuchtungsfläche 601 zugewandt ist, an einer einzigen Stelle in der Beleuchtungsfläche 601 überlagert. Nachdem, wie in 1 dargestellt ist (aber nun in 3 dargestellt ist), die Bewegungsrichtung des Beleuchtungslichts im Wesentlichen um 90° durch den Reflexionsspiegel 501 gekrümmt wurde, der zwischen der Überlagerungslinse 431 und der Beleuchtungsfläche 601 angeordnet ist, erreicht in diesem Prozess das Beleuchtungslicht die Beleuchtungsfläche 601. Insbesondere werden die zahlreichen Bilder, die durch die Mikro-Kondensorspiegel der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte 301 und 302 gebildet wurden, durch die Kondensorlinsenplatte 411 und die Überlagerungslinse 431 zu einem einzigen Bild an derselben Stelle überlagert, und der Polarisationszustand wird derselbe, wenn der Lichtstrahl durch die Halbwellenplatte 421 geht. Somit erreichen fast alle Lichtstrahlen schließlich die Beleuchtungsfläche 601. Da die Beleuchtungsfläche 601 mit der Vielzahl an sekundären Lichtquellenbildern beleuchtet wird, ist die Schwankung in der Beleuchtungsstärke sehr gering. Das heißt, die gesamte Beleuchtungsfläche ist gleichförmig mit dem Lichtstrahl beleuchtet, der im Wesentlichen in dieselbe Richtung polarisiert ist.
Der Teil des Lichtstrahls, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, der als x-polarisierter Lichtstrahl auf die zweite Lichtquelle 102 fällt, nachdem er durch das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht gegangen ist, und der Teil des Lichtstrahls, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, der als z-polarisierter Lichtstrahl auf die erste Lichtquelle 101 fällt, nachdem er durch das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht gegangen ist, werden beide von den Spiegeln 121 und 122 der entsprechenden Lichtquellen reflektiert und dann wieder von den entsprechenden Lichtquellen ausgegeben. Wenn die Lichtstrahlen jedoch von den Spiegeln reflektiert werden, wird die Polarisationsachse gedreht. Dadurch wird ein Teil jedes Lichtstrahls ein polarisierter Lichtstrahl, der durch den ersten oder zweiten Trennfilm 211 oder 212 für polarisiertes Licht gehen kann, und fällt auf die erste Kondensorspiegelplatte 301 oder die zweite Kondensorspiegelplatte 302. Dadurch fallen die polarisierten Lichtstrahlen, die auf die erste und zweite Lichtquelle 101 beziehungsweise 102 fallen, schließlich auf die Kondensorlinseneinheit 401 und werden somit äußerst effizient verwendet.
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 der vorliegenden Ausführungsform werden die willkürlich polarisierten Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt werden, zunächst durch das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht in zwei verschiedene Arten von polarisierten Lichtstrahlen getrennt, und dann werden die zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen in vorbestimmte Teile der Halbwellenplatte 421 geleitet, so dass der z-polarisierte Lichtstrahl zu einem x-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt wird. Somit werden die willkürlich polarisierten Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt werden, in einen polarisierten Lichtstrahl eines einzigen Typs umgewandelt, ohne im Wesentlichen einen Verlust zu erzeugen, wodurch die Beleuchtungsfläche 601 hell erleuchtet wird. Selbst wenn zwei Lichtquellen 101 und 102 verwendet werden, können die Beleuchtungslichtstrahlen, die von den zwei Lichtquellen 101 und 102 ausgestrahlt werden, kombiniert werden, ohne eine Vergrößerung des Einfallswinkels (Beleuchtungswinkels) der Beleuchtungslichtstrahlen zu der Beleuchtungsfläche zu verursachen. Dies bedeutet, dass der Beleuchtungslichtstrahl denselben Querschnitt hat, der erhalten wird, wenn nur eine Lichtquelle verwendet wird. Daher ist es möglich, die Lichtmenge pro Einheitsfläche auf einen Wert zu erhöhen, der etwa das Zweifache von jenem ist, der mit einer einzigen Lichtquelle erhalten wird. Ferner können die zwei Lichtquellen, das heißt, die erste und zweite Lichtquelle 101 und 102, in der xz-Ebene angeordnet werden. In diesem Fall ist der Reflexionsspiegel 501 so angeordnet, dass die Bewegungsrichtung des Beleuchtungslichtstrahls, der durch die Kondensorlinseneinheit 401 ausgestrahlt wird, durch den Reflexionsspiegel 501 so geändert wird, dass der Beleuchtungslichtstrahl in eine Richtung parallel zu der xz-Ebene ausgestrahlt wird, in der die zwei Lichtquellen angeordnet sind. Dadurch kann die Beleuchtungsvorrichtung mit geringer Höhe oder Tiefe gebildet werden. Das heißt, der Reflexionsspiegel 501, der an der Stufe nach der Kondensorlinseneinheit 401 angeordnet ist, ermöglicht eine flexiblere Konstruktion einer Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht mit einer kleinen Größe.
Zur Einführung der zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen in die vorbestimmten Teile der Halbwellenlängen-Verzögerungsplatte 421 muss das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht eine hohe Trennleistung für polarisiertes Licht haben. In der vorliegenden Ausführungsform ist zur Erfüllung der obengenannten Anforderung das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht unter Verwendung eines Glasprismas und eines dielektrischen mehrlagigen Films gebildet, so dass es in der Trennleistung für polarisiertes Licht thermisch stabil ist. Selbst wenn daher dieses optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht in einer Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, die eine hohe optische Wirkung ausgeben muss, kann das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht eine stabile Trennleistung für polarisiertes Licht bereitstellen. Daher ist es möglich, eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht auszuführen, die die gewünschte hohe Leistung hat.
Ferner sind in der vorliegenden Ausführungsform die Mikro-Kondensorspiegel 311 der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte 301 und 302 in einer rechteckigen Form gebildet, die in die horizontale Richtung länger als in die vertikale Richtung ist, so dass sie zu der rechteckigen Form der Beleuchtungsfläche 601 passt (das heißt, die Mikro-Kondensorspiegel sind so gebildet, dass sie im Wesentlichen dieselbe Form wie die Beleuchtungsfläche haben), und die Richtung, in die die zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen getrennt werden, die von dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht ausgestrahlt werden (das heißt, die Richtung, in die die sekundären Lichtquellenbilder, die durch die zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen gebildet werden, ausgerichtet sind), ist horizontal (in die x-Richtung) eingestellt, so dass sie zu der Form der Beleuchtungsfläche 601 passt. Dadurch kann eine hohe Beleuchtungseffizienz erreicht werden, ohne Licht zu verschwenden, selbst wenn die Beleuchtungsfläche 601 eine rechteckige Form hat, die in die horizontale Richtung länger ist als in die vertikale Richtung.
Ferner sind die Mittelachsen der polarisierten Lichtstrahlen, die auf die Kondensorlinse 401 über die erste und zweite Kondensorspiegelplatte 301 und 302 fallen, parallel zueinander. Dies bedeutet, dass Lichtstrahlen, die von den Mikro-Kondensorspiegeln der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte (optisches Kondensor- und Reflexionsmittel) reflektiert werden, im Wesentlichen in demselben Winkel auf das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht fallen. Selbst wenn die Trenneigenschaft für polarisiertes Licht des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht für den Einfallswinkel von Licht empfindlich ist, kann daher die Trennung des polarisierten Lichtstrahls in äußerst zuverlässiger Weise ausgeführt werden und somit ein gleichförmiger Beleuchtungslichtstrahl erhalten werden.
Das Ausmaß der Verschiebung β1 und β2 der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte 301 und 302 von den x- und z-Achsen und deren Verschiebungsrichtungen sind nicht auf jene beschränkt, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Das Ausmaß der Verschiebung β1 und β2 der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte 301 und 302 und deren Verschiebungsrichtungen können auf unterschiedliche Weise eingestellt werden, solange die sekundären Lichtquellenbilder, die durch die y-polarisierten Lichtstrahlen erzeugt werden, die in dem Lichtstrahl enthalten sind, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, und die sekundären Lichtquellenbilder, die durch die y-polarisierten Lichtstrahlen erzeugt werden, die in dem Lichtstrahl enthalten sind, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, räumlich voneinander getrennt sind. Zum Beispiel kann im Gegensatz zu der vorliegenden Ausführungsform die erste Kondensorspiegelplatte 301 in die +y-Richtung verschoben sein und die zweite Kondensorspiegelplatte 302 kann in die –x-Richtung verschoben sein. In diesem Fall tritt ein z-polarisierter Lichtstrahl aus der Kondensorlinseneinheit 401.
Damit der z-polarisiert Lichtstrahl, der in dem Lichtstrahl enthalten ist, der von der ersten Lichtquelle 101 ausgestrahlt wird, und der x-polarisierte Lichtstrahl, der in dem Lichtstrahl enthalten ist, der von der zweiten Lichtquelle 102 ausgestrahlt wird, auf äußerst effiziente Weise auf die gegenüberliegenden Lichtquellen fallen, ist es wünschenswert, dass das Reflexionsspiegelelement 309 in Form eines flachen plattenförmigen Reflexionsspiegels konstruiert wird, dessen Mittelpunkt im Wesentlichen auf der Mittelachse des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht liegt.
Obwohl die Halbwellenplatte 421 in der vorliegenden Ausführungsform auf der Oberfläche der Kondensorlinsenplatte 411 angeordnet ist, die der Beleuchtungsfläche zugewandt ist, kann die Halbwellenplatte 421 auch an jeder Stelle angeordnet sein, die eine entsprechende Bildung der sekundären Lichtquellenbilder ermöglicht. Zum Beispiel kann die Halbwellenplatte 421 an der Oberfläche der Kondensorlinsenplatte 411 angeordnet sein, die dem optischen Trennelement für polarisiertes Licht gegenüberliegt.
Wenn die Mikrolinsen 412 der Kondensorlinsenplatte 411 dezentriert gebildet sind, so dass die Lichtstrahlen, die aus den entsprechenden Mikrolinsen 412 austreten, zu der Beleuchtungsfläche 601 gelenkt werden, stellt die Kondensorlinsenplatte 411 auch die Funktion bereit, die durch die Überlagerungslinse 431 in der vorliegenden Ausführungsform erzielt wird. Als Alternative können die Mikro-Kondensorspiegel 311 der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte 301 und 302 dezentriert sein, so dass die Lichtstrahlen, die von den Mikro-Kondensorspiegeln 311 reflektiert werden, zu der Beleuchtungsfläche 601 gelenkt werden. In diesem Fall stellen die erste und zweite Kondensorspiegelplatte 301 und 302 auch die Funktion bereit, die durch die Überlagerungslinse 431 in dem vorangehenden Beispiel erzielt wurde. Somit kann in diesen beiden Fällen die Überlagerungslinse 431 entfernt werden. Dies ermöglicht eine Senkung der Kosten der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht. Im letztgenannten Fall wird der Abstand zwischen den sekundären Lichtquellenbildern, die durch die z- polarisierten Lichtstrahlen gebildet werden, und den sekundären Lichtquellenbildern, die durch die z-polarisierten Lichtstrahlen gebildet werden, wie in 7 dargestellt ist, kleiner β1 + β2.
Wenn die Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt werden, ein hohes Maß an Parallelität haben, kann die Kondensorlinsenplatte 411 entfernt werden.
Obwohl die Mikrolinsen 412 der Kondensorlinsenplatte 411 in der Form eines Rechtecks gebildet sind, das in horizontaler Richtung länger als in vertikaler Richtung ist, gibt es bei der Form keine besondere Einschränkung, Da jedoch die sekundären Lichtquellenbilder C1, die durch die z-polarisierten Lichtstrahlen gebildet werden, und die sekundären Lichtquellenbilder C2, die durch die x-polarisierten Lichtstrahlen gebildet werden, in horizontaler Richtung ausgerichtet sind, wie in 7 dargestellt ist, ist es wünschenswert, dass die Form der Mikrolinsen 412 der Kondensorlinsenplatte 411 in Übereinstimmung mit den Stellen bestimmt wird, wo die sekundären Lichtquellenbilder gebildet sind.
Ferner können zwei verschiedene Arten von Verzögerungsschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften an einer Stelle angeordnet werden, wo die sekundären Lichtquellen der z-polarisierten Lichtstrahlen gebildet sind, und an einer Stelle, wo die sekundären Lichtquellen der x-polarisierten Lichtstrahlen gebildet sind, so dass die Lichtstrahlen hinsichtlich der Polarisation in eine einzige bestimmte Richtung ausgerichtet sind. Als Alternative kann die Verzögerungsschicht 422 an einer Stelle angeordnet sein, wo die sekundären Lichtquellenbilder C2, die den x-polarisierten Lichtstrahlen zugeordnet sind, gebildet sind, so dass der Beleuchtungslichtstrahl z-polarisiert wird.
(Zweite Ausführungsform)
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1, die in 1 dargestellt ist, sind die erste und zweite Kondensorspiegelplatte 301 und 302 so angeordnet, dass die sekundären Lichtquellenbilder, die durch den z-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden, und die sekundären Lichtquellenbilder, die durch den x-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden, im Wesentlichen parallel entlang der x-Achse ausgerichtet sind. Als Alternative, wie in einer Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 2, die in 8 dargestellt ist, können die erste und zweite Kondensorspiegelplatte 301 und 302 so angeordnet sein, dass die sekundären Lichtquellenbilder, die durch den z-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden, und die sekundären Lichtquellenbilder, die durch den x-polarisierten Lichtstrahl gebildet werden, im Wesentlichen parallel entlang der z-Achse ausgerichtet sind. Insbesondere zum Beispiel ist die erste Kondensorspiegelplatte 301 parallel in die –z-Richtung verschoben, so dass ihr Mittelpunkt um γ1 von der x-Achse entfernt ist, und die zweite Kondensorspiegelplatte 302 ist parallel in die –y-Richtung verschoben, so dass ihr Mittelpunkt um γ2 von der z-Achse entfernt ist (wie in 8 dargestellt). Oder die erste Kondensorspiegelplatte 301 kann parallel in die +z-Richtung verschoben sein, so dass ihr Mittelpunkt um γ1 von der x-Achse entfernt ist, und die zweite Kondensorspiegelplatte 302 kann parallel in die +y-Richtung verschoben sein, so dass ihr Mittelpunkt um γ2 von der z-Achse entfernt ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die sekundären Lichtquellenbilder anderes als bei der Anordnung in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform angeordnet. Daher ist es notwendig, die Art und Weise zu ändern, in der die Kondensorlinsenplatte 411 und die Halbwellenplatte 421 der Kondensorlinseneinheit 401 in Übereinstimmung mit der Anordnung der sekundären Lichtquellenbilder angeordnet sind. Insbesondere sollte die Verzögerungsschicht 422 in z-Richtung ausgerichtet sein. Ebenso sind in diesem Fall die Grundprinzipien der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gleich jenen der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht der ersten Ausführungsform, und werden somit nicht genauer beschrieben.
(Dritte Ausführungsform)
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 3, die in 9 dargestellt ist (die einen Querschnitt entlang der xy-Ebene zeigt), sind die entsprechenden optischen Systeme in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise wie in der ersten Ausführungsform 1 angeordnet. Ein Prismaelement 251 ist jedoch aus sechs transparenten Platten gebildet, die als Seitenwände dienen, und eine erste Trennplatte 253 für polarisiertes Licht, in Form einer flachen Platte, auf der ein erster Trennfilm 211 für polarisiertes Licht gebildet ist, und eine zweite Trennplatte für polarisiertes Licht (nicht dargestellt, und streng genommen gibt es zwei zweite Trennplatten für polarisiertes Licht, die durch die erste Trennplatte 253 für polarisiertes Licht getrennt sind), in Form einer flachen Platte, auf der ein zweiter Trennfilm 212 für polarisiertes Licht gebildet ist, sind im Inneren des Prismalements 251 angeordnet. Ferner ist die Innenseite des Prismaelements 251 mit einer Flüssigkeit 254 gefüllt. Das erhaltene Prismaelement 251 wird als optisches Trennelement 201 für polarisiertes Licht verwendet. Hier ist erforderlich, dass die transparenten Platten, die erste und zweite Trennplatte für polarisiertes Licht und die Flüssigkeit im Wesentlichen einen gleichen Brechungsindex haben sollten. Diese Struktur ermöglicht eine Senkung der Kosten und eine Verringerung im Gewicht des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht.
In dieser Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 3, wie zuvor unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform 1 beschrieben, sind die Mikrolinsen der Kondensorlinsenplatte 411 der Kondensorlinseneinheit 401 dezentriert konstruiert, so dass die Kondensorlinsenplatte 411 auch als Überlagerungslinse dient, wodurch es unnötig wird, eine separate Überlagerungslinse anzuordnen. Diese Struktur ermöglicht eine Senkung der Kosten und eine Verringerung im Gewicht der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht.
(Vierte Ausführungsform)
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 4, die in 10 dargestellt ist, sind die entsprechenden optischen Systeme zwar auf gleiche Weise angeordnet wie in der ersten Ausführungsform 1, aber das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht ist in der Form einer flachen Platte konstruiert. Insbesondere sind zwei Trennplatten 261 für polarisiertes Licht (streng genommen gibt es drei Trennplatten 261 für polarisiertes Licht, wobei eine Trennplatte für polarisiertes Licht durch die andere Trennplatte für polarisiertes Licht getrennt wird), die jeweils aus einem Trennfilm 262 für polarisiertes Licht bestehen, der zwischen zwei Glassubstraten 263 angeordnet ist, in einem Winkel α = 45° zu den optischen Achsen (L1, L) des Systems angeordnet, wodurch im Wesentlichen dieselben Funktionen erreicht werden, die durch das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht erzielt werden, das in einer sechsflächigen Form gebildet ist (siehe 1). Diese Struktur ermöglicht eine Senkung der Kosten und eine Verringerung im Gewicht des optischen Trennelements 201 für polarisiertes Licht. In der vorliegenden Ausführungsform hat das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht, im Gegensatz zu der ersten bis dritten Ausführungsform, tatsächlich nicht die erste bis sechste Oberfläche, sondern das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht hat erste bis sechste virtuelle Oberflächen, die durch Strichlinien in 10 dargestellt sind. Die erste und zweite Lichtquelle 101 und 102, die erste bis dritte Viertelwellenplatte 351, 352 und 353, der erste und zweite Kondensorspiegel 301 und 302, das Reflexionsspiegelelement 309, die Kondensorlinseneinheit 401 und andere Elemente sind in Bezug auf die erste und sechse virtuelle Oberfläche auf gleiche Weise wie in der ersten bis dritten Ausführungsform angeordnet.
(Fünfte Ausführungsform)
In der zuvor beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 bis 4, können eine oder beide der ersten und zweiten Kondensorspiegelplatte 301 und 302 in der Form einer Kondensorspiegelplatte 304 gebildet sein, die in 11 dargestellt ist. Hier enthält die Kondensorspiegelplatte 304 eine Vielzahl von Mikrolinsen 305 und eine Reflexionsspiegelplatte 306.
Wenn jede Mikrolinse 305 dezentriert gebildet ist, so dass die Lichtstrahlen, die aus den entsprechenden Mikrolinsen 305 treten, zu der Beleuchtungsfläche 601 gerichtet sind, dann stellt ferner auch die erste und zweite Kondensorspiegelplatte 301 und 302 eine Überlagerungsfunktion bereit ähnlich jener der Überlagerungslinse 431. In diesem Fall wird die Überlagerungslinse 431 unnötig und somit kann die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht bei geringeren Kosten hergestellt werden.
(Sechse Ausführungsform)
Von den Beleuchtungsvorrichtungen mit polarisiertem Licht, die in der ersten bis fünften Ausführungsform offenbart wurden, wird zum Beispiel die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 gemäß der ersten Ausführungsform hier in dieser sechsten Ausführungsform verwendet, um eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zu konstruieren, die eine verbesserte Fähigkeit hat, ein projiziertes Bild mit höherer Helligkeit zu bilden, wie in 12 und 13 dargestellt ist. In dieser Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 der vorliegenden Ausführungsform wird ein durchlässiges Flüssigkristalllichtventil als optischer Modulator verwendet, und zwei verschiedene Arten von Lichtquellenlampen mit verschiedenen Emissionsspektren werden in den zwei Lichtquellen der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 verwendet, wobei diese Lichtquellenlampen selektiv eingeschaltet werden können. 12 ist eine Querschnittsansicht der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 entlang der xz-Ebene, und 13 ist eine Querschnittsansicht der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 entlang der yz-Ebene. Obwohl die Vorrichtung eine Kondensorlinseneinheit 401 und einen Reflexionsspiegel 501 als optisches Element zum Ändern des Lichtweges enthält, sind diese in 12 nicht dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 12 und 13 enthält die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1, die in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist, eine erste Lichtquelle 101 und eine zweite Lichtquelle 102 zum Ausstrahlen willkürlich polarisierter Lichtstrahlen in eine einzige Richtung. Die willkürlich polarisierten Lichtstrahlen, die von diesen Lichtquellen ausgestrahlt werden, werden durch ein optisches Trennelement 201 für polarisiertes Licht in zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen getrennt. Von den zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen wird ein z-polarisierter Lichtstrahl durch eine Halbwellenplatte 421 einer Kondensorlinseneinheit 401 in einen x-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt. Somit tritt der Lichtstrahl, dessen Polarisation in dieselbe einzelne Richtung (x-Richtung) ausgerichtet ist, aus der Kondensorlinseneinheit aus. Der polarisierte Lichtstrahl, der aus der Kondensorlinse austritt, wird von einem Reflexionsspiegel 501 reflektiert und in die z-Richtung gelenkt. Somit fällt der polarisierte Lichtstrahl auf einen blau/grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 701.
Wenn der Beleuchtungslichtstrahl, der von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt wird, auf den blaues/grünes Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 701 (optisches Element zum Trennen von farbigem Licht) fällt, geht eine rote Lichtkomponente durch den dichroitischen Spiegel, während jedoch blaue und grüne Lichtkomponenten reflektiert werden. Der rote Lichtstrahl wird dann von einem Reflexionsspiegel 702 reflektiert und durch eine Kollimatorlinse 716 zu einem ersten Flüssigkristalllichtventil 703 gelenkt. Obwohl in 12 nicht dargestellt, sind Polarisatoren an der Einfalls- und Austrittsseite des Flüssigkristalllichtventils angeordnet. Von den blauen und grünen Lichtkomponenten wird die grüne Lichtkomponente durch einen grünes Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 704 (optisches Element zum Trennen von farbigem Licht) reflektiert und über eine Kollimatorlinse 716 zu einem zweiten Flüssigkristalllichtventil 705 gelenkt. Die Kollimatorlinsen 716, die an den Einfallsseiten des ersten und zweiten Flüssigkristalllichtventils 703 und 705 angeordnet sind, verhindern, dass der Lichtstrahl, der auf die Flüssigkristallventile fällt, divergiert, wodurch eine verbesserte Beleuchtungseffizienz erreicht wird. Die Kollimatorlinsen 716 dienen auch dazu, den Lichtstrahl, der aus den Flüssigkristalllichtventilen austritt, effektiv zu einer Projektionslinse zu lenken. An der Einfallsseite eines dritten Flüssigkristalllichtventils 711 ist eine Austrittslinse 710 bereitgestellt, die ein Lichtleitermittel 750 bildet, wie in später ausführlich beschrieben wird. Die Austrittlinse 710 stellt auch eine Funktion ähnlich jener der Kollimatorlinsen 716 bereit. Diese Kollimatorlinsen 716 können jedoch entfernt werden.
Der blaue Lichtstrahl hat einen langen Lichtweg im Vergleich zu den anderen zwei Farblichtstrahlen, und das Lichtleitermittel 750, das mit einem Relais-Linsensystem ausgeführt wird, das eine Einfallslinse 706, eine Relaislinse 708 und eine Austrittslinse 710 enthält, ist in dem Lichtweg angeordnet. Das heißt, der blaue Lichtstrahl geht durch den grünes Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 704 und wird über die Einfallslinse 706 und den Reflexionsspiegel 707 zu der Relaislinse 708 gelenkt. Der blaue Lichtstrahl wird durch die Relaislinse 708 fokussiert und dann von dem Reflexionsspiegel 709 zu der Austrittslinse 710 reflektiert. Somit erreicht der blaue Lichtstrahl das dritte Flüssigkristalllichtventil 711.
Das erste bis dritte Flüssigkristalllichtventil 703, 705 und 711 moduliert die entsprechenden Farblichtstrahlen, so dass Bildinformationen, die den entsprechenden Farben zugeordnet. sind, den entsprechenden Farblichtstrahlen verliehen werden. Die modulierten Farblichtstrahlen fallen auf das kreuzdichroitische Prisma 713 (optisches Element zum Kombinieren von farbigem Licht). Das kreuzdichroitische Prisma 713 enthält einen rotes Licht reflektierenden, dielektrischen, mehrlagigen Film und einen blaues Licht reflektierenden, dielektrischen, mehrlagigen Film, die beide im Inneren des kreuzdichroitischen Prismas 713 angeordnet sind und einander kreuzweise schneiden. Das kreuzdichroitische Prisma 713 synthetisiert die modulierten Lichtstrahlen zu einem einzigen Lichtstrahl. Der erhaltene synthetisierte Lichtstrahl wird über eine Projektionslinse 714 (optisches Projektionssystem) auf einen Schirm 715 projiziert, wodurch ein Bild auf dem Schirm 715 gebildet wird.
Die Flüssigkristalllichtventile, die in dieser Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 verwendet werden, dienen jeweils zum Modulieren einer Art von polarisiertem Lichtstrahl. Wenn daher eine herkömmliche Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten der Flüssigkristalllichtventile mit willkürlich polarisiertem Licht verwendet wird, wird eine Hälfte oder ein größerer Anteil (für gewöhnlich 60%) des willkürlich polarisierten Lichts von den Polarisatoren absorbiert und zu Wärme umgewandelt. Somit ist die Nutzungseffizienz von Licht gering und ein großes Kühlsystem, das häufig großen Lärm erzeugt, ist notwendig, um die Wärme von den Polarisatoren abzuführen. Solche Probleme werden in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 der vorliegenden Ausführungsform gelöst.
Insbesondere wird in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 der vorliegenden Ausführungsform der Lichtstrahl, der von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt wird, hinsichtlich der Polarisation in dieselbe eine Richtung ausgerichtet, indem die Polarisationsachse nur einer Komponenten, die in eine bestimmte Richtung polarisiert ist (zum Beispiel in die z-Richtung), über eine Halbwellenplatte 421 gedreht wird, wodurch der Polarisationszustand dieser Komponente in denselben Polarisationszustand gebracht wird, wie jener der verbleibenden Komponenten (die zum Beispiel in die x-Richtung polarisiert ist), wodurch das erste bis dritte Flüssigkristalllichtventil 703, 705 und 711 alle mit dem Lichtstrahl beleuchtet werden, der in dieselbe eine Richtung polarisiert ist. Infolgedessen wird die Nutzungseffizienz von Licht verbessert und es kann ein helles Bild projiziert werden. Da die Absorption von Licht durch die Polarisatoren abnimmt, wird ferner der Temperaturanstieg der Polarisatoren unterdrückt. Dies ermöglicht die Verwendung eines kleinen Kühlsystems, das wenig Lärm erzeugt. Ferner wird unter Verwendung von zwei Lichtquellen, die die erste und zweite Lichtquelle 101 und 102 enthalten, ein Lichtstrahl, dessen Polarisation in dieselbe eine Richtung ausgerichtet ist, ausgestrahlt, ohne einen Verlust für einen Lichtstrahl zu erzeugen, der von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt wird, wodurch sichergestellt ist, dass ein helles Bild projiziert werden kann. Da des Weiteren in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 der Trennfilm für polarisiertes Licht unter Verwendung eines dielektrischen mehrlagigen Films gebildet wird, der thermisch stabil ist, hat das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht eine thermisch stabile Trennleistung für polarisiertes Licht. Wenn die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 verwendet wird, die einen hohen optischen Ausgang erfordert, kann daher eine stabile Trennleistung für polarisiertes Licht erreicht werden.
Selbst wenn zwei Lichtquellen 101 und 102 verwendet werden, können ferner die Beleuchtungslichtstrahlen, die von den zwei Lichtquellen 101 und 102 ausgestrahlt werden, zu einem einzigen Lichtstrahl synthetisiert werden, ohne eine Vergrößerung im Einfallswinkel (Beleuchtungswinkel) der Beleuchtungslichtstrahls zu der Beleuchtungsfläche zu verursachen. Dies bedeutet, dass der Beleuchtungslichtstrahl denselben Querschnitt hat, wie jener, der nur mit einer Lichtquelle erhalten wird. Somit kann die Lichtmenge pro Einheitsfläche auf einen Wert erhöht werden, der ungefähr zweimal größer ist als jener, der mit einer einzigen Lichtquelle erhalten wird. Dies ermöglicht die Projektion eines Bildes mit größerer Helligkeit.
Ferner werden in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 die zwei Arten von polarisierten Lichtstrahlen, die aus dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht austreten, in die horizontale Richtung getrennt, so dass sie zu den Beleuchtungsflächen oder den Anzeigeflächen passen, die in die horizontale Richtung länger sind als in die vertikale Richtung der Flüssigkristalllichtventile, so dass die Beleuchtungsflächen mit rechteckigen Formen, die in die horizontale Richtung länger sind als in die vertikale Richtung, äußerst effizient beleuchtet werden, ohne Licht zu verschwenden. Somit ist die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 dazu geeignet, mit einem Flüssigkristalllichtventil gekoppelt zu werden, das eine Form hat, die in die horizontale Richtung länger ist als in die vertikale Richtung, um ein wunderschönes Bild mit herausragender Qualität zu projizieren.
Ferner ermöglicht in der vorliegenden Ausführungsform das kreuzdichroitische Prisma 713, das als optisches Element zum Synthetisieren von farbigem Licht verwendet wird, eine Größenverringerung und auch Verringerungen in den Lichtwegen zwischen der Projektionslinse 714 und den Flüssigkristalllichtventilen 703, 705 und 711. Dies ermöglicht, ein helles projiziertes Bild unter Verwendung einer Projektionslinse mit einem ziemlich kleinen Durchmesser zu erhalten. Von den drei Lichtwegen, die den entsprechenden Farblichtstrahlen zugeordnet sind, unterscheidet sich ein Lichtweg in seiner Länge von den anderen zwei Lichtwegen. In der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Lichtweg für den blauen Lichtstrahl mit der größten Länge das Lichtleitermittel 750 bereitgestellt, das mit dem Relaislinsensystem gebildet wird, das die Einfallslinse 706, die Relaislinse 708 und die Austrittslinse 710 enthält, so dass Probleme, wie Farbvariationen, verhindert werden.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der Reflexionsspiegel 501, der als optisches Element zum Ändern des Lichtweges dient, zwischen der Kondensorlinseneinheit 401, die als optisches Element zum Umwandeln der Polarisation dient, und dem blaues/grünes Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 701 angeordnet, wodurch die Bewegungsrichtung des polarisierten Lichtstrahls, der aus dem optischen Element zum Umwandeln der Polarisation austritt, geändert wird. Dies ermöglicht, dass die Ebene, in der das optische Element zum Trennen von farbigem Licht, das optische Element zum Synthetisieren von farbigem Licht, der optische Modulator und das optische Projektionssystem angeordnet sind, und die Ebene, in der die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 mit zwei Lichtquellen, die ziemlich groß sind, angeordnet ist, parallel zueinander liegen. Dadurch wird es möglich, eine dünne Projektionsanzeigevorrichtung mit geringer Größe in einer Richtung auszuführen.
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1, die in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist, kann eine von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 entfernbar gebildet sein. Dies ermöglicht einem Benutzer, die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 nach Entfernung einer der Lichtquellen leicht zu tragen.
In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1, in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Arten von Lichtquellenlampen, deren Emissionsspektren oder Helligkeitseigenschaften unterschiedlich sind, in den entsprechenden Lichtquellen 101 und 102 verwendet, und diese Lichtquellenlampen können selektiv eingeschaltet werden. Dies bringt die folgenden Merkmale und Vorteile mit sich.

1) Durch Kombinieren von zwei Arten von Lichtquellenlampen mit einem unterschiedlichen Emissionsspektrum wird es möglich, eine ideale Beleuchtungsvorrichtung oder eine Beleuchtungsvorrichtung, die zur Verwendung in einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp ideal ist, zu bilden. Insbesondere müssen Lichtquellen lampen, die in Anzeigevorrichtungen vom Projektionstyp verwendet werden, einen großen optischen Ausgang über den gesamten Wellenlängenbereich bereitstellen, der Wellenlängen in blau, grün und rot enthält. Ferner muss der optische Ausgang unter blau, grün und rot gut ausgeglichen sein. Gegenwärtig jedoch ist eine solche ideale Lichtquellenlampe nicht verfügbar. 14 zeigt die Lichtspektren, die von Lichtquellenlampen und einer polarisierten Beleuchtungsvorrichtung ausgestrahlt werden. Zum Beispiel wird allgemein eine Lampe (wie eine Hochdruckquecksilberlampe) mit einer relativ hohen Leuchteffizienz, aber mit einer relativ geringen Stärke bei einer Wellenlänge, die rot entspricht, wie in 14(A) dargestellt, verwendet. Eine andere weit verbreitete Lampe (wie eine bestimmte Art von Metallhalidlampe) hat, wie in 14(B) dargestellt ist, eine relative hohe Leuchtstärke für rot, aber eine relativ geringe Leuchteffizienz für blau. Wenn zwei Arten von Lichtquellenlampen mit Emissionsspektren, die in 14(A) beziehungsweise 14(B) dargestellt sind, in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 verwendet werden, und wenn beide Lampen während des Betriebs eingeschaltet werden, dann hat der erhaltene Lichtstrahl, der von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt wird, ein ideales Spektrum, wie in 14(C) dargestellt ist. Dies ermöglicht, eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp leicht auszuführen, die imstande ist, ein qualitativ hochwertiges Bild mit hoher Helligkeit zu projizieren.
2) Durch selektives Einschalten der zwei Arten von Lichtquellenlampen mit unterschiedlichen Emissionsspektren kann der Farbton des projizierten Bildes entsprechend den Vorlieben eines Benutzers geändert werden.
3) Durch selektives Einschalten der zwei Arten von Lichtquellenlampen kann die Helligkeit des projizierten Bildes abhängig von der Umgebung, in der die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp verwendet wird, oder abhängig von den Vorlieben des Benutzers geändert werden. Insbesondere können beide Lichtquellen eingeschaltet werden, wenn die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp in einer hellen Umgebung verwendet wird, während nur eine der Lichtquellen eingeschaltet wird, wenn sie in einer dunklen Umgebung verwendet wird.
4) Wenn die zwei Lichtquellenlampen abwechselnd verwendet werden, wird die Lebensdauer jeder Lichtquellenlampe länger. Wenn ferner eine der Lichtquellenlampen aufgrund eines Versagens oder des Ablaufs der Lebensdauer unbrauchbar wird, kann weiterhin ein projiziertes Bild unter Verwendung der verbleibenden Lichtquellenlampe gebildet werden. Somit wird die Betriebsfähigkeit verbessert. Wenn ferner die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp von einer Batterie betrieben wird, kann nur eine der Lichtquellen selektiv verwendet werden, wodurch es möglich wird, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.

Obwohl die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 zum Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann auch jede der Beleuchtungsvorrichtungen mit polarisiertem Licht 2 bis 4 verwendet werden.
(Siebente Ausführungsform)
Die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch in einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp verwendet werden, die ein reflektierendes Flüssigkristalllichtventil als optischen Modulator verwendet.
15 zeigt eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 6 (im Querschnitt entlang der xz-Ebene), in der eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1', die eine Modifizierung der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ist, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, verwendet wird. In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Verzögerungsschicht 422 der Halbwellenplatte 421 an Stellen gebildet, die den sekundären Lichtquellenbildern C1 entsprechen (siehe 7), und die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 enthält den Reflexionsspiegel 501. In der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 der vorliegenden Ausführungsform jedoch ist die Verzögerungsschicht 422 an Stellen gebildet, die den sekundären Lichtquellenbildern C2 entsprechen (siehe 7), und der Reflexionsspiegel 501 ist entfernt. Die willkürlich polarisierten Lichtstrahlen, die von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt werden, werden jeweils von dem optischen Trennelement 201 für polarisiertes Licht in zwei verschiedene Arten von polarisierten Lichtstrahlen getrennt. Von den getrennten Lichtstrahlen werden x-polarisierte Lichtstrahlen durch die Halbwellenplatte (nicht dargestellt) der Kondensorlinseneinheit (nicht dargestellt) in einen z-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt, mit dem reflektierende Flüssigkristalllichtventile 801, 802 und 803, die an drei verschiedenen Stellen angeordnet sind, beleuchtet werden.
Der Lichtstrahl, der von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt wird, wird zunächst in einen roten Lichtstrahl und blaue/grüne Lichtstrahlen durch ein kreuzdichroitisches Prisma 804 zum Trennen von farbigem Licht (optisches Element zum Trennen von farbigem Licht) getrennt, das einen blaues/grünes Licht reflektierenden, dielektrischen, mehrlagigen Film, und einen rotes Licht reflektierenden, dielektrischen, mehrlagigen Film enthält, die in einer Kreuzform angeordnet sind. Der rote Lichtstrahl fällt über einen Reflexionsspiegel 805 und eine Kollimatorlinse 716 auf einen ersten polarisierten Strahlteiler. Andererseits werden die blauen/grünen Lichtstrahlen von einem Reflexionsspiegel 806 reflektiert und dann in einen grünen Lichtstrahl (reflektierten Lichtstrahl) und einen blauen Lichtstrahl (durchgelassenen Lichtstrahl) durch einen grünes Licht reflektierenden dichroitischen Spiegel 807 (optisches Element zum Trennen von farbigem Licht) getrennt. Die entsprechenden Farblichtstrahlen fallen über eine Kollimatorlinse 716 auf einen zweiten und dritten polarisierten Strahlteiler 809 beziehungsweise 810. Die polarisierten Strahlteiler 808, 809 und 810 (optischen Elemente zum Trennen polarisierten Lichts), die an drei verschiedenen Stellen angeordnet sind, enthalten jeweils eine Trennebene 811 für polarisiertes Licht, die eine P-polarisierte Komponente durchlässt und eine S-polarisierte Komponente von einfallendem Licht reflektiert, wodurch das einfallende Licht in P-polarisierte und S-polarisierte Lichtstrahlen getrennt wird. In 15 sind nahezu alle Lichtstrahlen, die von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt werden, in die y-Richtung polarisiert, die der S-polarisierten Richtung entspricht. Andererseits entspricht das P-polarisierte Licht dem x-polarisierten oder z-polarisierten Lichtstrahl.
Da fast alle Lichtstrahlen, die von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt werden, S-polarisiert sind, werden fast alle Farblichtstrahlen, die auf den ersten bis dritten polarisierten Lichtstrahlteiler 808, 809 und 810 fallen, von der Trennebene 811 für polarisiertes Licht reflektiert, und ihre Bewegungsrichtungen werden im Wesentlichen um 90° geändert. Die erhaltenen Lichtstrahlen fallen dann auf benachbarte erste bis dritte reflektierende Flüssigkristalllichtventile 801, 802 beziehungsweise 803. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Farblichtstrahlen, die auf den ersten bis dritten polarisierten Strahlteiler 808, 809 und 810 fallen, eine geringe Menge an Licht enthalten, das in eine Richtung polarisiert ist (zum Beispiel in die P-polarisierte Richtung), die nicht die S-polarisierte Richtung ist. Ein solcher Lichtstrahl, der in eine andere Richtung polarisiert ist, geht durch die Trennebene 811 für polarisiertes Licht und tritt aus den polarisierten Strahlteilern, ohne seine Bewegungsrichtung geändert zu haben. Somit trägt ein solcher Lichtstrahl nicht zur Beleuchtung der reflektierenden Flüssigkristalllichtventile bei. Die Kollimatorlinsen 716, die an den Einfallsseiten der entsprechenden polarisierten Strahlteiler angeordnet sind, funktionieren auf gleiche Weise wie die Kollimatorlinsen 716, die in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet werden. Daher können diese Kollimatorlinsen 716 zwischen den polarisierten Strahlteilern und den entsprechenden reflektierenden Flüssigkristalllichtventilen angeordnet werden. Die Kollimatorlinsen 716 können jedoch nach Wunsch entfernt werden.
Die Lichtstrahlen (S-polarisierten Lichtstrahlen), die auf die reflektierenden Flüssigkristalllichtventile fallen, werden von den entsprechenden Flüssigkristalllichtventilen in Übereinstimmung mit Bildinformationen, die von außen zugeleitet werden, moduliert. Insbesondere, wenn die Lichtstrahlen durch die reflektierenden Flüssigkristalllichtventile gehen, werden die Polarisationsrichtungen der entsprechenden Lichtstrahlen in Übereinstimmung mit den Bildinformationen geändert, und ihre Bewegungsrichtungen im Wesentlichen umgekehrt. Die Lichtstrahlen, die aus den reflektierenden Flüssigkristalllichtventilen austreten, fallen wieder auf den polarisierten Strahlteiler. Da zu diesem Zeitpunkt die Lichtstrahlen die aus den entsprechenden Flüssigkristalllichtventilen austreten, abhängig von den Bildinformationen teilweise P-polarisiert sind, werden nur P-polarisierte Komponenten durch die polarisierten Strahlteiler durchgelassen, abhängig von der Polarisationsselektivität der polarisierten Strahlteiler (somit wird ein Bild entsprechend den Bildinformationen gebildet). Die durchgelassenen Lichtstrahlen werden zu dem kreuzdichroitischen Prisma 812 zum Synthetisieren von Farblicht geleitet. Die Farblichtstrahlen, die auf das kreuzdichroitischen Prisma 812 zum Synthetisieren von Farblicht (optisches Element zum Kombinieren von farbigem Licht) fallen, werden zu einem einzigen optischen Bild kombiniert und auf einen Schirm 715 über eine Projektionslinse 714 projiziert (optisches Projektionssystem), wodurch darauf ein Farbbild gebildet wird.
Ebenso modulieren in dieser Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 6, die die reflektierenden Flüssigkristalllichtventile verwendet, die reflektierenden Flüssigkristalllichtventile nur eine Art von polarisiertem Lichtstrahl. Wenn daher die reflektierenden Flüssigkristalllichtventile mit willkürlich polarisiertem Licht beleuchtet werden, das von einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung ausgestrahlt wird, wird eine Hälfte oder mehr (für gewöhnlich 60%) des willkürlich polarisierten Lichts von den Polarisatoren absorbiert und zu Wärme umgewandelt. Somit ist die Nutzungseffizienz von Licht gering und ein großes Kühlsystem, das häufig großen Lärm erzeugt, ist notwendig, um die Wärme von den Polarisatoren abzuführen. Solche Probleme werden in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 6 der vorliegenden Ausführungsform gelöst.
Insbesondere wird in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 6 der vorliegenden Ausführungsform der Lichtstrahl, der von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 ausgestrahlt wird, hinsichtlich der Polarisation in dieselbe eine Richtung durch Drehen der Polarisationsachse nur einer Komponente, die in eine bestimmte Richtung polarisiert ist (zum Beispiel in die x-Richtung) durch eine Halbwellenplatte ausgerichtet, wodurch der Polarisationszustand dieser Komponente in denselben Polarisationszustand wie jenen der anderen Komponente (polarisiert zum Beispiel in die z-Richtung) umgewandelt wird, wodurch das erste bis dritte Flüssigkristalllichtventil 801, 802 und 803 alle mit dem Lichtstrahl beleuchtet werden, der in dieselbe eine Richtung polarisiert ist. Dadurch wird die Nutzungseffizienz von Licht verbessert und es kann ein helles Bild projiziert werden. Da die Absorption von Licht durch die Polarisatoren abnimmt, wird ferner der Temperaturanstieg der Polarisatoren unterdrückt. Dies ermöglicht die Verwendung eines kleinen Kühlsystems, das ein geringes Geräusch erzeugt. Ferner wird unter Verwendung von zwei Lichtquellen, die die erste und zweite Lichtquelle 101 und 102 enthalten, ein Lichtstrahl, dessen Polarisation in dieselbe eine Richtung ausgerichtet ist, ausgestrahlt, ohne einen Verlust für einen Lichtstrahl zu verursachen, der von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 ausgestrahlt wird, wodurch sichergestellt ist, dass ein helles Bild projiziert werden kann. Des Weiteren hat in der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1, da der Trennfilm für polarisiertes Licht unter Verwendung eines dielektrischen, mehrlagigen Films gebildet ist, der thermisch stabil ist, das optische Trennelement 201 für polarisiertes Licht eine thermisch stabile Trennleistung für polarisiertes Licht. Wenn daher die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 6 verwendet wird, die einen hohen optischen Ausgang erfordert, kann eine stabile Trennleistung für polarisiertes Licht erreicht werden.
Selbst wenn zwei Lichtquellen 101 und 102 verwendet werden, können ferner die Beleuchtungslichtstrahlen, die von den zwei Lichtquellen 101 und 102 ausgestrahlt werden, zu einem einzigen Lichtstrahl kombiniert werden, ohne eine Vergrößerung im Einfallswinkel (Beleuchtungswinkel) des Beleuchtungslichtstrahls zu der Beleuchtungsfläche zu verursachen. Dies bedeutet, dass der Beleuchtungslicht strahl denselben Querschnitt hat, wie unter Verwendung nur einer Lichtquelle erhalten wird. Somit kann die Lichtmenge pro Einheitsfläche auf einen Wert erhöht werden, der annähernd zweimal größer ist als mit einer einzigen Lichtquelle erreicht werden kann. Dies ermöglicht, ein Bild mit größerer Helligkeit zu projizieren.
Ebenso kann in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 6 der vorliegenden Ausführungsform eine von der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 entfernbar gebildet sein. Ferner können zwei Arten von Lichtquellenlampen mit verschiedenen Emissionsspektren verschiedener Helligkeitseigenschaften in der ersten und zweiten Lichtquelle 101 und 102 verwendet werden. Die zwei Lichtquellenlampen können selektiv eingeschaltet werden, wodurch ähnliche Vorteile wie zuvor beschrieben erreicht werden.
Polarisatoren können an den Einfallsseiten der entsprechenden polarisierten Strahlteiler 808, 809 und 810 und an den Austrittsseiten der entsprechenden polarisierten Strahlteiler 808, 809 und 810 oder an der Austrittsseite des kreuzdichroitischen Prismas zum Synthetisieren von Farblicht angeordnet sein, wodurch der Kontrast des angezeigten Bildes erhöht wird.
In der Technik von Anzeigevorrichtungen vom Projektionstyp, die ein reflektierendes Lichtventil verwenden, wie im Falle der vorliegenden Ausführungsform, ist bekannt, ein optisches Farbtrenn- und Synthetisierungssystem unter Verwendung einer Kombination aus einem polarisierten Strahlteiler und einem Farbtrenn- und Synthetisierungsprisma auszuführen. In diesem Fall wird der polarisierte Lichtstrahl, der von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird, zu dem Farbtrennund Synthetisierungsprisma über den polarisierten Strahlteiler geleitet, und das Farbtrenn- und Synthetisierungsprisma trennt den empfangenen polarisierten Lichtstrahl in verschiedene Farblichtstrahlen, die zu den reflektierenden Lichtventilen geleitet werden. Die reflektierenden Lichtventile modulieren die entsprechenden Lichtstrahlen. Die erhaltenen Lichtstrahlen fallen wieder auf das Farbtrenn- und Synthetisierungsprisma, um die Lichtstrahlen zu einem einzigen Lichtstrahl zu kombinieren, der dann über den polarisierten Strahlteiler projiziert wird.
Natürlich kann jede der Beleuchtungsvorrichtungen mit polarisiertem Licht 2 bis 4 auch anstelle der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht 1 verwendet werden.
(Andere Ausführungsformen)
Im Falle der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, die durchlässige Flüssigkristalllichtventile verwendet, kann auch ein optisches Element zum Synthetisieren von farbigem Licht, das aus zwei dichroitischen Spiegeln gebildet ist, das heißt, ein sogenanntes optisches Spiegelsystem, anstelle des kreuzdichroitischen Prismas 713 verwendet werden, das in der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp 5 gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet wird. In diesem Fall ist auch die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar. Wenn das optische Spiegelsystem verwendet wird, ist es möglich, die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp so zu konstruieren, dass die Lichtwege zwischen der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht und den entsprechenden Flüssigkristalllichtventilen, die an drei verschiedenen Stellen angeordnet sind, untereinander gleich sind. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer Beleuchtung mit geringen Variationen in der Helligkeit und im Farbton, ohne dass das Lichtleitermittel 750 verwendet werden muss, wie jenes, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird.
In den zuvor beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsformen wandelt die Kondensorlinseneinheit 401 den z-polarisierten Lichtstrahl in einen x-polarisierten Lichtstrahl um, wodurch ein Beleuchtungslichtstrahl erhalten wird, der in die x-Richtung polarisiert ist. Wie in der siebenten Ausführungsform beschrieben ist, kann stattdessen der x-polarisierte Lichtstrahl in einen z-polarisierten Lichtstrahl umgewandelt werden, wodurch ein Beleuchtungslichtstrahl erhalten wird, der in die z-Richtung polarisiert ist. In diesem Fall wird die Verzögerungsschicht 422 der Halbwellenplatte 421 an Stellen angeordnet, wo die sekundären Lichtquellenbilder der x-polarisierten Lichtstrahlen gebildet sind. Die Ausrichtung der Polarisation kann auch durch Drehen der Polarisation für beide z- und x-polarisierten Lichtstrahlen erfolgen. In diesem Fall ist die Verzögerungsschicht an Stellen angeordnet, wo die sekundären Lichtquellenbilder sowohl der z- als auch x-polarisierten Lichtstrahlen gebildet sind.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird angenommen, dass die Halbwellenplatte und die Viertelwellenplatte aus einem allgemein verwendeten Hochpolymerfilm gebildet sind. Als Alternative können diese Verzögerungsplatten aus einem TN-(Twisted Nematic) Flüssigkristall gebildet sein. Wenn ein TN-Flüssigkristall zur Bildung der Verzögerungsplatten verwendet wird, ist es möglich, die Abhängigkeit von der Wellenlänge zu verringern. Dadurch haben die Halbwellenplatte und die Viertelwellenplatte eine höhere Polarisationsumwandlungsleistung als unter Verwendung eines allgemein verwendeten Hochpolymerfilms erhalten werden kann. Die zuvor unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen offenbarten Beleuchtungsvorrichtungen mit polarisiertem Licht sind besonders nützlich, wenn sie in einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp verwendet werden, die ein Lichtventil, wie ein Flüssigkristalllichtventil enthält, das auf einen Lichtstrahl wirkt, der in eine bestimmte Richtung polarisiert ist. Wenn sie jedoch bei einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp angewendet wird, die ein Lichtventil wie ein DMD (Warenzeichen von Texas Instruments Inc., USA) enthält, dessen Betrieb nicht auf einer bestimmten Polarisation von Licht beruht, kann die Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht gemäß der vorliegenden Erfindung auch gleiche Merkmale und Vorteile wie zuvor beschrieben bereitstellen.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht, umfassend: ein optisches Trennelement (201) für polarisiertes Licht mit einem ersten Trennfilm (211) für polarisiertes Licht zum Trennen von Licht, das von einer ersten Richtung einfällt, in zwei Arten von polarisiertem Licht, Durchlassen einer der zwei Arten von polarisiertem Licht, und Leiten desselben in eine dritte Richtung, und Reflektieren der anderen der zwei Arten von polarisiertem Licht und Leiten desselben in eine vierte Richtung, und ebenso enthaltend einen zweiten Trennfilm (212) für polarisiertes Licht zum Trennen von Licht, das von einer zweiten Richtung einfällt, in zwei Arten von polarisiertem Licht, Reflektieren einer der zwei Arten von polarisiertem Licht und Leiten desselben in eine vierte Richtung, und Durchlassen der anderen der zwei Arten von polarisiertem Licht und Leiten desselben in eine fünfte Richtung; eine erste Lichtquelle (101) zum Ausstrahlen des Lichts, das auf das optische Trennelement für polarisiertes Licht aus der ersten Richtung fällt; eine zweite Lichtquelle (102) zum Ausstrahlen des Lichts, das auf das optische Trennelement für polarisiertes Licht aus der zweiten Richtung fällt; ein erstes optisches Kondensor- und Reflexionselement (301) mit einer Vielzahl von Kondensor- und Reflexionselementen zur Bildung einer Vielzahl kondensierter Lichtbilder von dem Licht, das in der dritten Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt; ein zweites optisches Kondensor- und Reflexionselement (302) mit einer Vielzahl von Kondensor- und Reflexionselementen zur Bildung einer Vielzahl kondensierter Lichtbilder von dem Licht, das in der fünften Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt; ein optisches Reflexionselement (309), zum Reflektieren des Lichts, das in der vierten Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt; ein erstes optisches Element (351) zum Umwandeln des Polarisationszustandes, das zwischen dem optischer. Trennelement (201) für polarisiertes Licht und dem ersten optischen Kondensor- und Reflexionselement (301) angeordnet ist, ein zweites optisches Element (352) zum Umwandeln des Polarisationszustandes, das zwischen dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht und dem zweiten optischen Kondensor- und Reflexionselement (302) angeordnet ist, ein drittes optisches Element (353) zum Umwandeln des Polarisationszustandes, das zwischen dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht und dem optischen Reflexionselement (309) angeordnet ist, und ein optisches Element (421) zum Umwandeln der Polarisation, um die Polarisationsrichtung des Lichts, das in einer sechsten Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt, gleichförmig zu machen; dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Mittelachse, die als Mittelachse des Lichts definiert ist, das auf das optische Element (421) zum Umwandeln der Polarisation fällt, nachdem es von den Kondensor- und Reflexionselementen des ersten optischen Kondensor- und Reflexionselements (301) reflektiert wird, und eine zweite Mittelachse, die als Mittelachse des Lichts definiert ist, das auf das optische Element zum Umwandeln der Polarisation fällt, nachdem es von den Kondensor- und Reflexionselementen des zweiten optischen Kondensor- und Reflexionselements (302) reflektiert wird, einander nicht überlappen, das erste optische Kondensor- und Reflexionselement (301) so angeordnet ist, dass es im Wesentlichen die Bewegungsrichtung des Lichts umkehrt, das in der dritten Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt; das zweite optische Kondensor- und Reflexionselement (302) so angeordnet ist, dass es im Wesentlichen die Bewegungsrichtung des Lichts umkehrt, das in der fünften Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt; das optische Reflexionselement (309) so angeordnet ist, dass es im Wesentlichen die Bewegungsrichtung des Lichts umkehrt, das in der vierten Richtung aus dem optischen Trennelement (201) für polarisiertes Licht austritt; und die erste Mittelachse und die zweite Mittelachse im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach Anspruch 1, wobei das optische Reflexionselement so angeordnet ist, dass das polarisierte Licht, das von der ersten Lichtquelle ausgestrahlt und dann von dem ersten Trennfilm für polarisiertes Licht reflektiert wird, und das polarisierte Licht, das von der zweiten Lichtquelle ausgestrahlt und dann von dem zweiten Trennfilm für polarisiertes Licht reflektiert wird, auf die zweite beziehungsweise erste Lichtquelle fällt, die den Lichtquellen gegenüberliegen, von welchen das polarisierte Licht ausgestrahlt wird.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Form der Öffnung jedes Kondensor- und Reflexionselements geometrisch der Form einer zu beleuchtenden Fläche ähnlich ist.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein optisches Kondensorelement, das eine Vielzahl von Kondensorelementen zum Konzentrieren des Lichts enthält, das aus dem optischen Trennelement für polarisiertes Licht austritt, an der Einfallsseite oder Austrittsseite des optischen Elements zum Umwandeln der Polarisation angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein überlagerndes optisches Element zum Überlagern des Lichts, das aus dem optischen Element zum Umwandeln der Polarisation auf eine zu beleuchtende Fläche austritt, an der Austrittsseite des optischen Elements zum Umwandeln der Polarisation angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein optisches Element zum Ändern des Lichtwegs, das den Lichtweg des Lichts ändert, das aus dem optischen Element zum Umwandeln der Polarisation austritt, an der Austritts seite des optischen Elements zum Umwandeln der Polarisation angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kondensor- und Reflexionselemente des ersten und zweiten optischen Kondensor- und Reflexionselements jeweils einen Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche enthalten.
Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kondensor- und Reflexionselemente des ersten und zweiten optischen Kondensor- und Reflexionselements jeweils eine Linse und eine Reflexionsfläche enthalten, die auf einer Oberfläche der Linse gebildet ist, die dem optischen Trennelement für polarisiertes Licht gegenüberliegt.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 8; einen optischen Modulator zum Modulieren von Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird; und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des Lichts, das von dem optischen Modulator moduliert wird.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 8; ein optisches Element zum Trennen von farbigem Licht, zum Trennen von Licht, das von der Beleuchtungsvor richtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird, in eine Vielzahl von farbigen Lichtstrahlen; eine Vielzahl von optischen Modulatoren zum Modulieren des entsprechenden farbigen Lichts, das durch das optische Element zum Trennen von farbigem Licht getrennt wird; ein optisches Element zum Synthetisieren von farbigem Licht, zum Synthetisieren des Lichts, das durch die Vielzahl von optischen Modulatoren moduliert wird, und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des Lichts, das von dem optischen Element zum Synthetisieren von farbigem Licht synthetisiert wird.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 8; einen reflektierenden optischen Modulator, zum Modulieren von Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird; ein optisches Trennelement für polarisiertes Licht zum Trennen einer Vielzahl polarisierter Lichtkomponenten, die in dem Licht enthalten sind, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird, sowie in dem Licht, das von dem reflektierenden optischen Modulator moduliert wird; und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des Lichts, das von dem reflektierenden optischen Modulator moduliert wird und dann über das optische Trennelement für polarisiertes Licht ausgestrahlt wird.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 8; eine Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren, zum Modulieren von Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird; ein optisches Trennelement für polarisiertes Licht zum Trennen einer Vielzahl polarisierter Lichtkomponenten, die in dem Licht enthalten sind, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird, sowie in dem Licht, das von der Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren moduliert wird; ein optisches Trenn- und Kombinationselement für farbiges Licht, das zwischen dem optischen Trennelement für polarisiertes Licht und der Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren angeordnet ist, zum Trennen des Lichts, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird, in eine Vielzahl von farbigen Lichtstrahlen und zum Kombinieren des farbigen Lichts, das von der Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren ausgestrahlt wird; und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des Lichts, das von der Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren moduliert und dann über das optische Trenn- und Kombinationselement für farbiges Licht und das optische Trennelement für polarisiertes Licht ausgestrahlt wird.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 8; ein optisches Trennelement für farbiges Licht zum Trennen des Lichts, das von der Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem Licht ausgestrahlt wird, in eine Vielzahl farbiger Lichtstrahlen; eine Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren, zum Modulieren des entsprechenden farbigen Lichts, das von dem optischen Trennelement für farbiges Licht getrennt wird; eine Vielzahl optischer Trennelemente für polarisiertes Licht zum Trennen einer Vielzahl polarisierter Lichtkomponenten, die in dem farbigen Licht enthalten sind, das von dem optischen Trennelement für farbiges Licht getrennt wird, sowie in dem farbigen Licht, das von der Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren moduliert wird; ein optisches Element zum Synthetisieren von farbigem Licht, zum Synthetisieren des Lichts, das von der Vielzahl von reflektierenden optischen Modulatoren moduliert und dann über die Vielzahl optischer Trennelemente für polarisiertes Licht ausgestrahlt wird; und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des Lichts, das von dem optischen Element zum Synthetisieren von farbigem Licht synthetisiert wird.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei zumindest eine von der ersten und zweiten Lichtquelle entfernbar konstruiert ist.
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei zumindest eine von der ersten und zweiten Lichtquelle imstande ist, selektiv eingeschalten zu werden.