DE60007574T2

DE60007574T2 - Beleuchtungssystem und Projektor

Info

Publication number: DE60007574T2
Application number: DE60007574T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Suwa-shi ITOH
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP2000241769A; CN1154871C; JP3622556B2; KR100476853B1; TW459145B; EP1031870B1; US6513953B1; EP1031870A3; CN1264842A; KR20000058118A; EP1031870A2; DE60007574D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, das Licht von einer Lichtquelle in mehrere Lichtstrahlenbündel aufteilt, die Lichtstrahlenbündel in einen Typ polarisierten Lichts umsetzt, bei dem die Polarisation im Wesentlichen in einer Richtung verläuft, und diese Lichtstrahlenbündel auf die gleiche Beleuchtungszone überlagert. Die Erfindung betrifft außerdem einen Projektor, der durch die Verwendung des Beleuchtungssystems Bilder mit einer gleichförmigen Helligkeit anzeigen kann.
In einer Vorrichtung eines Projektionsanzeigesystems wird Licht, das auf elektrooptische Vorrichtungen, die als Lichtventile bezeichnet werden, projiziert wird, gemäß der Bildinformation moduliert und das auf diese Weise modulierte Licht wird auf einen Schirm projiziert, um dadurch Bilder anzuzeigen. Flüssigkristallplatten (Flüssigkristall-Lichtventile) sind die elektrooptischen Vorrichtungen, die gewöhnlich verwendet werden. Es ist erwünscht, dass die durch ein Projektionsanzeigesystem angezeigten Bilder gleichförmig und hell sind und das Licht, das durch das in der Vorrichtung verwendete Beleuchtungssystem ausgesendet wird, einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Herkömmlich werden optische Integratorsysteme verwendet, um eine gleichförmige Beleuchtung einer Zone durch Flüssigkristall-Lichtventile sicherzustellen. Außerdem wird in einem Projektor, der Flüssigkristall-Lichtventile verwendet, die die Modifikation von lediglich einem Typ von linear polarisiertem Licht verwenden, zur Vergrößerung der Lichtausbeute ein Polarisationsumsetzungssystem verwendet, um nicht polarisiertes Licht von der Lichtquelle in einen Typ von linear polarisiertem Licht umzusetzen.
24 zeigt die Konfiguration eines herkömmlichen Beleuchtungssystems. Dieses Beleuchtungssystem umfasst eine Lichtquelle 4120, eine erste Linsenanordnung 4130, eine zweite Linsenanordnung 4140, ein Polarisationsumsetzungssystem 4150 und eine Überlagerungslinse 4160. Die zwei Linsenanordnungen 4130 und 4140 und die Überlagerungslinse 4160 bilden ein optisches Integratorsystem.
Die erste Linsenanordnung 4130 besitzt mehrere kleine Linsen 4132. Die zweite Linsenanordnung 4140 besitzt mehrere kleine Linsen 4142, die den mehreren kleinen Linsen 4132 der ersten Linsenanordnung 4130 entsprechen.
Das Polarisationsumsetzungssystem 4150 besitzt mehrere Paare aus Polarisationsteilungsfilm 4152 und Reflexionsfilm 4154, die längs der x-Achse parallel angeordnet sind. Der Polarisationsteilungsfilm 4152 und der Reflexionsfilm 4154 besitzen eine feste Neigung in der Richtung der x-Achse, die sich, betrachtet von der z-Achse, in Gegenuhrzeigerrichtung neigt. Die Austrittsseite jedes Polarisationsteilungsfilms 4152 ist mit einem λ/2-Retardationsfilm 4156 versehen.
Im Wesentlichen paralleles Licht, das von der Lichtquelle 4120 ausgesendet wird, wird durch die mehreren kleinen Linsen 4132 in mehrere Teillichtstrahlenbündel aufgeteilt. Die Konzentrationswirkung der kleinen Linsen 4132 und 4142 bewirkt das Konvergieren jedes der Teillichtstrahlenbündel in die Nähe des Polarisationsteilungsfilms 4152 des Polarisationsumsetzungssystems 4150. Der Polarisationsteilungsfilm 4152 überträgt effektiv eine linear polarisierte Lichtkomponente vollständig, wie z. B. p-polarisiertes Licht, während er alle anderen linear polarisierten Lichtkomponenten, wie z. B. s-polarisiertes Licht, effektiv reflektiert. Die durch den Polarisations teilungsfilm 4152 reflektierte linear polarisierte Lichtkomponente wird durch den Reflexionsfilm 4154 auf die Überlagerungslinse 4160 reflektiert. Die linear polarisierte Lichtkomponente, die von dem Polarisationsteilungsfilm 4152 durchgelassen wird, trifft auf den λ/2-Retardationsfilm 4156 auf, wird in linear polarisiertes Licht mit der gleichen Polarisierungsrichtung wie die andere linear polarisierte Lichtkomponente umgesetzt und trifft auf die Überlagerungslinse 4160 auf. Somit werden die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die auf der Überlagerungslinse 4160 auftreffen, im Wesentlichen in einen Typ von linear polarisiertem Licht umgesetzt und werden in der Beleuchtungszone 4180 im Wesentlichen überlagert. Das ermöglicht eine im Wesentlichen gleichförmige Beleuchtung der Beleuchtungszone 4180 durch im Wesentlichen einen Typ von linear polarisiertem Licht.
In dem obigen herkömmlichen Beleuchtungssystem wird bewirkt, dass die Teillichtstrahlenbündel, die durch die erste Linsenanordnung 4130 gebildet werden, in der Nähe des Polarisationsteilungsfilms 4152 konvergieren und die Teillichtstrahlenbündel, die auf dem Polarisationsteilungsfilm 4152 auftreffen, werden folglich räumlich getrennt. Der Reflexionsfilm 4154 ist dort angeordnet, wo keine Teillichtstrahlenbündel vorhanden sind, und reflektiert linear polarisiertes Licht, das durch den Polarisationsteilungsfilm 4152 reflektiert wird. Auf diese Weise wird nicht polarisiertes Licht, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, durch den Polarisationsteilungsfilm 4152 und den Reflexionsfilm 4154 in zwei Typen von linear polarisiertem Licht getrennt.
Wenn die Lichtquelle ein vollständig paralleles Strahlenbündel aussendet, wird bewirkt, dass die Teillichtstrahlenbündel in der Nähe des Polarisationsteilungsfilms 4152 im Wesentlichen zu einem Punkt konvergieren. Wenn jedoch in der Praxis das Strahlenbündel von der Lichtquelle 4120 nicht vollständig parallel ist, wird das Bild mit einem gewissen Grad der Divergenz gebildet. Die Breite des Polarisationsteilungsfilms 4152 und des Reflexionsfilms 4154 längs der x-Achse ist so eingestellt, dass fast das gesamte Licht, das zum Bilden des Bilds verwendet wird, effektiv auf dem Polarisationsteilungsfilm 4152 einfällt.
Ein wirkungsvoller Weg, um mit einem Projektor ein helleres Bild zu erreichen, besteht darin, den Ausgang der Lichtquellenlampe zu vergrößern. Lichtquellenlampen, die verwendet werden, enthalten Metallhalogenidlampen und Quecksilberlampen. Um die Lichtausbeute zu vergrößern, ist es bevorzugt, eine Lampe mit einem langen Lichtbogen zu verwenden. Das Strahlenbündel, der von einer Lampe mit langem Lichtbogen ausgesendet wird, ist jedoch gewöhnlich weniger parallel als ein von einer Lampe mit kurzem Lichtbogen ausgesendetes Strahlenbündel. Das bedeutet, dass selbst dann, wenn eine Lampe mit kurzem Lichtbogen, die in einem Beleuchtungssystem verwendet wird, durch eine Lampe mit langem Lichtbogen ersetzt wird, hat eine verringerte Parallelität des Strahlenbündels einen geringeren Anteil des Lichts, das auf dem Polarisationsteilungsfilm 4152 auftrifft, zur Folge, wodurch der Wirkungsgrad der Polarisationsteilung verringert wird. Somit besteht das Problem darin, dass selbst dann, wenn der Ausgang der Lichtquelle vergrößert wird, kein großer Anstieg des effektiven Ausgangs des Lichts, das zum Beleuchten der Beleuchtungszone verwendet wird, vorhanden ist.
JP 5.072.417-A beschreibt ein Beleuchtungssystem des Standes der Technik. Der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert auf diesem Dokument.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technologie zu schaffen, die in einem optischen Integratorsystem und Polarisationsumsetzungssystem, das eine Lichtquellenlampe mit einem größeren Ausgang als eine herkömmliche Lampe verwendet, ermöglicht, dass der Lichtausgang vergrößert wird, ohne den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems zu verringern. Es ist eine weitere Aufgabe, einen Projektor zu schaffen, der ermöglicht, dass ein helleres gleichmäßigeres Projektionsbild erreicht werden kann.
Wenigstens ein Teil der oben genannten sowie weitere verwandte Aufgaben werden erreicht durch ein Beleuchtungssystem, das eine Lichtauftreffoberfläche einer optischen Vorrichtung als eine Beleuchtungszone beleuchtet. Das System umfasst: eine Lichtquelle, die nicht polarisiertes Licht aussendet, ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem, das die Größe eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlenbündels ändert, ein optisches Überlagerungssystem, das eine Beleuchtung der Beleuchtungszone durch ein gegebenes auftreffendes Lichtstrahlenbündel bewirkt, und ein Polarisationsumsetzungssystem, das an einer ausgewählten Position längs eines Lichtweges von einer Auftreffoberfläche des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems zu einer Austrittsfläche des optischen Überlagerungssystems vorgesehen ist, um ein auftreffendes Lichtstrahlenbündel aus nicht polarisiertem Licht in ein Lichtstrahlenbündel mit einer linear polarisierten Komponente mit einem Polarisationsrichtungstyp umzusetzen, und das umgesetzte Lichtstrahlenbündel aussendet, wobei die Größe eines Lichtstrahlenbündels, das in das Polarisationsumsetzungssystem eintritt, durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem in einer vorgeschriebenen Richtung verringert wird, wobei das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem umfasst: eine erste Linsenanordnung mit mehreren ersten kleinen Linsen, und eine zweite Linsenanordnung mit mehreren zweiten kleinen Linsen, wobei das Polarisationsumsetzungssystem umfasst: eine Polarisationsstrahlteileranordnung, die mehrere Paare zueinander paralleler Polarisationsteilungsfilme und Reflexionsfilme in einem geneigten Zustand längs der vorgeschriebenen Richtung besitzt und das auftreffende Strahlenbündel aus nicht polarisiertem Licht in mehrere Teillichtstrahlenbündel aus zwei Typen von linear polarisiertem Licht trennt, und eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung, die die Polarisationsrichtung eines ersten Typs von linear polarisiertem Licht der beiden Typen von linear polarisiertem Licht in die gleiche Polarisationsrichtung wie ein zweiter Typ von linear polarisiertem Licht umsetzt, wobei ein von der Lichtquelle ausgesendetes Lichtstrahlenbündel durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem in mehrere Teillichtstrahlenbündel geteilt wird und die Größe jedes der mehreren Teillichtstrahlenbündel in der vorgeschriebenen Richtung durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem ferner umfasst: Relay- bzw. eine Übertragungslinsenanordnung, die mehrere Übertragungslinsen besitzt, die auf einer Lichtaussendeseite der ersten Linsenanordnung angeordnet ist, derart, dass die zweite Linsenanordnung auf einer Lichtaussendeseite der Übertragungslinsenanordnung angeordnet ist, wobei die erste Linsenanordnung und die zweite Linsenanordnung an einander zugeordneten Punkten der Übertragungslinsenanordnung angeordnet sind.
In dem Beleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung kann die Größe eines Lichtstrahlenbündels, der in das Polarisationsumsetzungssystem eintritt, durch ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem in einer vorgeschriebenen Richtung verringert werden, wodurch die Ausbeute des in das Polarisationsumsetzungssystem eintre tenden Lichts verbessert wird. Folglich kann die Beleuchtungszone durch einen Typ von linear polarisiertem Licht mit im Wesentlichen gleichförmigen Polarisationsrichtungen hell und gleichförmig beleuchtet werden. Da es im Allgemeinen eine proportionale Beziehung zwischen dem Ausgang einer Lichtquellenlampe und einer Lichtbogenlänge gibt und die Parallelität des von der Lichtquellenlampe ausgesendeten Lichtstrahlenbündels sich verschlechtert, wenn die Lichtbogenlänge ansteigt, gibt es dann, wenn eine Lampe mit hoher Ausgangsleistung verwendet wird, eine Minderung der Ausbeute des auftreffenden Lichts in Bezug auf das Polarisationsumsetzungssystem. Gemäß der Konfiguration dieser Erfindung ist es jedoch dann, wenn eine Lichtquellenlampe mit einer größeren Ausgangsleistung als eine herkömmliche Lampe verwendet wird, möglich, die Helligkeit des Beleuchtungslichts, das in der gleichen Richtung polarisiertes Licht enthält, zu erhöhen, ohne den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems zu verringern. Die vorgeschriebene Richtung bedeutet dabei in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel eine oder zwei Richtungen, die senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahlenbündels verlaufen. Deswegen wird dann, wenn das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem unter Verwendung eines optischen Kondensorelements aufgebaut wird, das in jeder Richtung eine gleichförmige Leistung besitzt, wie etwa eine sphärische Linse, die Größe des Strahlenbündelabschnitts in jeder Richtung dementsprechend verringert. Außerdem wird dann, wenn das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem unter Verwendung eines optischen Kondensorelements aufgebaut wird, das in lediglich in einer Richtung eine Leistung besitzt, die Größe des Strahlenbündelabschnitts lediglich in einer Richtung verringert.
Das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem bzw. -Relaysystem wird durch eine Anordnung von Linsen gebildet, wodurch der Wirkungsgrad des auftreffenden Lichts in Bezug auf das Polarisationsumsetzungssystem verbessert werden kann. Wenn der Schwerpunkt auf der Verbesserung des Wirkungsgrads des auftreffenden Lichts in Bezug auf die Polarisationsstrahlteileranordnung liegt, kann ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem verwendet werden, das ein optisches Kondensorelement verwendet, das in einer Richtung gekrümmt ist, wie etwa eine zylindrische Linse, wie oben beschrieben wurde.
Bei dieser Konfiguration ist es vorzuziehen, dass das optische Überlagerungssystem umfasst: eine dritte Linsenanordnung mit mehreren dritten kleinen Linsen, auf denen die in das optische Überlagerungssystem eintretenden mehreren Teillichtstrahlenbündel auftreffen, eine vierte Linsenanordnung mit mehreren vierten kleinen Linsen, die den mehreren dritten kleinen Linsen entsprechen, und eine Überlagerungslinse, die mehrere Teillichtstrahlenbündel, die durch die dritte Linsenanordnung und die vierte Linsenanordnung verlaufen, der Beleuchtungszone überlagern.
Die Verwendung eines optischen Überlagerungssystems, das in der oben beschriebenen Weise konfiguriert ist, ermöglicht, dass effektiv das gesamte Licht, das von dem Polarisationsumsetzungssystem ausgeht, zu der Beleuchtungszone geleitet wird, wodurch die Lichtausbeute des Beleuchtungssystems verbessert wird und die Beleuchtungszone gleichförmiger beleuchtet werden kann.
Das optische Überlagerungssystem kann umfassen: eine dritte Linsenanordnung mit mehreren kleinen Linsen, die die mehreren Teillichtstrahlenbündel der Beleuchtungszone im Wesentlichen überlagern, und eine vierte Linsenanordnung mit mehreren vierten kleinen Linsen, die den mehre ren dritten kleinen Linsen entsprechen.
In diesem Fall kann der Einfallswinkel des Beleuchtungsstrahlenbündels, das auf die Beleuchtungszone auftrifft, kleiner gemacht werden im Vergleich zu dem Einfallswinkel in einem optischen Überlagerungssystem, das dritte und vierte Linsenanordnungen und eine Überlagerungslinse umfasst. Wenn optische Systeme und Elemente, bei denen die optischen Charakteristiken von dem Einfallswinkel abhängen, in der Beleuchtungszone angeordnet sind, ermöglicht das die Verbesserung der Lichtausbeute dieser Systeme und Elemente. Das dient außerdem zur Verringerung der Komplexität und der Kosten des Beleuchtungssystems.
Gemäß den obigen Konfigurationen ist es vorzuziehen, dass das Polarisationsumsetzungssystem zwischen dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem und dem optischen Überlagerungssystem angeordnet ist. Das Polarisationsumsetzungssystem kann zwischen der Übertragungslinsenanordnung und der zweiten Linsenanordnung des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems angeordnet sein. Das Polarisationsumsetzungssystem kann zwischen der dritten Linsenanordnung und der vierten Linsenanordnung angeordnet sein.
Unabhängig davon, welche Stelle für das Polarisationsumsetzungssystem verwendet wird, ist es möglich, die Ausbeute des in das Polarisationsumsetzungssystem eintretenden Lichts zu verbessern, wie oben beschrieben wurde. Die Verbesserung ist jedoch größer, wenn das Polarisationsumsetzungssystem zwischen der Übertragungslinsenanordnung und der zweiten Linsenanordnung oder zwischen der dritten und der vierten Linsenanordnung angeordnet ist im Vergleich zu der Anordnung zwischen dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem und dem optischen Überlagerungssystem.
Wenn das Polarisationsumsetzungssystem darüber hinaus zwischen dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem und der zweiten Linsenanordnung oder zwischen der Übertragungslinsenanordnung und der zweiten Linsenanordnung angeordnet ist, können die zweite und die dritte Linsenanordnung optisch integriert werden.
"Optisch integrierte" Elemente bedeutet eine Kombination von optischen Elementen, die mit einem Klebstoff miteinander verklebt sind, oder ein einzelnes optisches Element, das die Funktionen mehrerer optischer Elemente besitzt. Die Funktionen der zweiten Linsenanordnung des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems und die Funktionen der dritten Linsenanordnung des optischen Überlagerungssystems können in einer der Linsenanordnungen integriert sein, während die andere Linsenanordnung weggelassen wird. Das optische Integrieren mehrerer optischer Elemente (die zweite und die dritte Linsenanordnung) ermöglicht, dass der Lichtverlust, der an Grenzflächen zwischen den Elementen auftritt, verringert werden kann, wodurch die Lichtausbeute verbessert wird. Es ermöglicht außerdem, dass die Komplexität und die Kosten des optischen Systems verringert werden können.
Gemäß der obigen Konfiguration ist es vorzuziehen, dass die mehreren ersten kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung jeweils eine unterschiedliche Position der optischen Achse in einer Richtung senkrecht zu der vorgeschriebenen Richtung besitzen, so dass mehrere Teillichtstrahlenbündel, die in das Polarisationsumsetzungssystem eintreten, wenigstens in der Richtung senkrecht zu der vorgeschriebenen Richtung zueinander benachbart sind. "Vorgeschriebene Richtung" bedeutet die Richtung, in der die mehreren Gruppen von abwechselnden Polarisationsteilungsfilmen und Reflexionsfilmen in dem Polarisationsum setzungssystem angeordnet sind.
Indem dadurch der Auftreffwinkel des Beleuchtungsstrahlenbündels auf der Beleuchtungszone verringert werden kann, wenn die optischen Systeme und Elemente in der Beleuchtungszone angeordnet sind, ermöglicht das, dass die Lichtausbeute dieser Systeme und Elemente weiter verbessert werden kann. Es ermöglicht außerdem, dass die optischen Systeme längs des Lichtwegs von dem Polarisationsumsetzungssystem zu der Beleuchtungszone verkleinert werden können.
Bei dieser Konfiguration können die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die in der vorgeschriebenen Richtung angeordnet sind, in dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem um ein Verkleinerungsverhältnis verringert werden, das gemäß einer Position der Anordnung jedes Teillichtstrahlenbündels unterschiedlich ist.
Dadurch ist es möglich, den Auftreffwinkel des Beleuchtungsstrahlenbündels, das auf die Beleuchtungszone auftrifft, weiter zu verringern, und wenn die optischen Systeme und Elemente, bei denen die optischen Charakteristiken von dem Einfallswinkel abhängen, in der Beleuchtungszone angeordnet sind, kann die Lichtausbeute dieser Systeme und Elemente weiter verbessert werden.
Gemäß der obigen Konfiguration können die Übertragungslinsen als zusammengesetzte Linse gebildet sein, die wenigstens aus zwei Linsen gebildet ist.
Die Bildung der Übertragungslinsen als zusammengesetzte Linse ermöglicht die Korrektur der chromatischen Aberration, der sphärischen Aberration und des Astigmatismus und dergleichen, die bei einer Konfiguration mit einzelner Linse leicht auftreten.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen ersten Projektor zum Anzeigen von projizierten Bildern. Der erste Projektor umfasst: eines der obigen Beleuchtungssysteme, eine elektrooptische Vorrichtung, die in Reaktion auf Bildsignale Licht, das von dem Beleuchtungssystem empfangen wird, in Licht für die Erzeugung von Bildern umsetzt und das umgesetzte Licht aussendet, und ein optisches Projektionssystem, das von der elektrooptischen Vorrichtung ausgesendetes Licht projiziert.
Der erste Projektor verwendet das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem, so dass selbst dann, wenn eine Lichtquellenlampe mit einer höheren Ausgangsleistung als eine herkömmliche Lampe verwendet wird, der Lichtausgang vergrößert werden kann, ohne den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems zu verringern. Dadurch kann ein helleres gleichförmigeres Projektionsbild erreicht werden. Als erster Projektor der Erfindung kann eine sequentielle Vorrichtung des Farbanzeigesystems mit einer monochromen Flüssigkristallplatte und einem System im Zeitbereich vorgesehen sein, bei dem Farbfilter oder dergleichen, die spezielle Farben erzeugen können, verwendet werden.
Der erste Projektor kann ferner umfassen: einen Farbseparator, der von dem Beleuchtungssystem ausgesendetes Licht in mehrere Farbkomponenten separiert, mehrere elektrooptische Vorrichtungen, die jede der Farbkomponenten, die durch den Farbseparator separiert wurden, getrennt empfangen, und einen Farbkombinierer, der Licht jeder Farbkomponente, das von den mehreren elektrooptischen Vorrichtungen ausgesendet wird, kombiniert, wobei das optische Projektionssystem das kombinierte Licht, das von dem Farbkombinierer ausgeht, projiziert.
Diese Anordnung ermöglicht, dass hellere gleichförmigere Farbprojektionsbilder erhalten werden können.
Bei dieser Konfiguration ist es vorzuziehen, dass unter der Annahme, dass x, y und z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, der Farbseparator eine Farbtrennoberflächen-Ebene besitzt, die zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht und um einen vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt ist, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere der Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm, die in dem Polarisationsumsetzungssystem enthalten sind, angeordnet sind, mit der y-Richtung im Wesentlichen zusammenfällt.
Gemäß dieser Anordnung ist die vorgeschriebene Richtung, in der die mehreren Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm in dem Polarisationsumsetzungssystem angeordnet sind (die nachfolgend als die Polarisationsteilungsrichtung bezeichnet wird), zu der Richtung der Farbtrennung in der Farbtrennoberflächen-Ebene des Farbseparators senkrecht, so dass der Änderungsbereich des Einfallswinkels des auf der Farbtrennoberfläche auftreffenden Lichts verringert werden kann. Da die Farbtrenncharakteristiken der Farbtrennoberfläche von dem Auftreffwinkel abhängen, verringert eine Reduzierung des Änderungsbereichs des Auftreffwinkels die Abweichung in den Farben des Lichts, das den Farbseparator verlässt. Folglich können Projektionsbilder erreicht werden, die gleichförmigere Helligkeit und Farben besitzen.
Es ist außerdem vorzuziehen, dass unter der Annahme, dass x, y und z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, der Farbkombinierer eine Farbkombinationsoberflächen-Ebene besitzt, die zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht ist, und mit der Ebene yz einen vorgeschriebenen Winkel bildet, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der die mehreren Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm angeordnet sind, mit der Richtung y im Wesentlichen zusammenfällt.
Gemäß dieser Anordnung ist die vorgeschriebene Richtung, in der polarisiertes Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem separiert wird, senkrecht zu der Richtung der Farbkombinierung in der Farbkombinationsoberflächen-Ebene in dem Farbkombinierer, wodurch der Änderungsbereich des Auftreffwinkels des auf der Farbkombinationsoberfläche auftreffenden Lichts verringert werden kann. Da die Farbkombinations-Charakteristiken der Farbkombinationsoberfläche von dem Auftreffwinkel abhängen, verringert die Reduzierung des Änderungsbereichs des Auftreffwinkels eine Abweichung in den kombinierten Farben, die die Farbkombinationsoberfläche verlassen. Folglich können Projektionsbilder erhalten werden, die gleichförmigere Helligkeit und Farben besitzen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen zweiten Projektor zum Anzeigen projizierter Bilder, mit: einem der obigen Beleuchtungssysteme, einer elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps, die in Reaktion auf empfangene Bildsignale auftreffendes Licht in. Licht zum Erzeugen von Bildern umsetzt, während sie das Licht reflektiert, einem optischen Projektionssystem, das von der elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps ausgesendetes Licht projiziert, und einer Polarisationsteilungsvorrichtung, die erstes linear polarisiertes Licht, das von dem Beleuchtungssystem empfangen wird, zu der elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps lenkt und außerdem zweites linear polarisiertes Licht, das von der elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps empfangen wird und in einer zu dem ersten linear polarisierten Licht senkrechten Richtung polarisiert ist, zu dem optischen Projektionssystem lenkt.
Der zweite Projektor verwendet außerdem das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem, so dass selbst dann, wenn eine Lichtquellenlampe verwendet wird, die eine größere Ausgangsleistung als eine herkömmliche Lampe besitzt, der Lichtausgang vergrößert werden kann, ohne den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems zu verringern. Somit können Projektionsbilder erhalten werden, die heller sind und gleichförmigere Helligkeit und Farben aufweisen.
In dieser Konfiguration ist es vorzuziehen, dass unter der Annahme, dass x, y, z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, das Polarisationsstrahlteilerelement eine Polarisationslichttrennoberflächen-Ebene besitzt, die zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht und um einen vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt ist, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere Gruppen aus Polarisationsteilerfilm und Reflexionsfilm, die in dem Polarisationsumsetzungssystem enthalten sind, angeordnet sind, mit der x-Richtung im Wesentlichen zusammenfällt.
Wenn linear polarisiertes Licht, das in der zur z-Richtung geneigten Ebene yz liegt, auf die Farbtrennoberfläche fällt, verringert die Drehung der Polarisationsachse den Wirkungsgrad des Lichts, das in einer optoelektrischen Vorrichtung verwendet wird. Da gemäß der obigen Konfiguration der Änderungsbereich des Einfallswinkels von Licht, das auf die Polarisationslichttrennoberfläche fällt, in der Ebene yz kleiner gemacht werden kann als in der Ebene xz, kann die Drehung der Polarisationsachse verringert werden. Das hat Projektionsbilder zur Folge, die heller sind und einen größeren Kontrast besitzen.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen dritten Projektor zum Anzeigen projizierter Bilder, mit: einem der obigen Beleuchtungssysteme, einer elektrooptischen Vorrichtung, die mehrere Pixel, wovon jedes mehrere Unterpixel enthält, die dem Licht jeder von mehreren Farben entsprechen, sowie einem optischen Kondensorsystem, das mehrere kleine Kondensorlinsen enthält, die jedem Pixel entsprechen. Die elektrooptische Vorrichtung setzt in Reaktion auf gegebene Bildinformationen Licht, das von jedem Pixel durchgelassen wird, in Licht für die Erzeugung eines Bildes jedes Pixels um. Der Projektor umfasst ferner einen Farbseparator, der von dem Beleuchtungssystem ausgehendes Licht in mehrere Farbkomponenten separiert und außerdem Licht jeder der mehreren Farbkomponenten in zueinander verschiedene Richtungen lenkt, damit es auf den Unterpixeln auftrifft, die den jeweiligen Farbkomponenten entsprechen, und ein optisches Projektionssystem, das von der elektrooptischen Vorrichtung ausgesendetes Licht projiziert.
Der dritte Projektor gemäß der Erfindung verwendet außerdem das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem, so dass selbst dann, wenn eine Lichtquellenlampe verwendet wird, die eine größere Ausgangsleistung als eine herkömmliche Lampe besitzt, der Lichtausgang vergrößert werden kann, ohne den Wirkungsgrad des Beleuchtungssystems zu verringern, wodurch ermöglicht wird, dass Projektionsbilder erhalten werden, die heller sind und gleichförmigere Helligkeit und Farben besitzen.
Es ist bei dieser Konfiguration vorzuziehen, dass unter der Annahme, dass x, y, z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, der Farbseparator mehrere Farbtrennoberflächen-Ebenen besitzt, die Licht wahlweise in mehrere Farbkomponenten trennen, zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht sind und um einen unterschiedlichen, vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt sind, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm, die in dem Polarisationsumsetzungssystem enthalten sind, angeordnet sind, mit der y-Richtung im Wesentlichen zusammenfällt.
Gemäß dieser Anordnung ist die Richtung, in die polarisiertes Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem getrennt wird, senkrecht zu der Richtung der Farbtrennung in der Farbtrennoberflächen-Ebene des optischen Farbtrennungssystems, wodurch ermöglicht wird, dass der Änderungsbereich des Auftreffwinkels von Licht, das auf die Farbtrennoberfläche einfällt, verringert werden kann. Da die Farbtrenn-Charakteristiken der Farbtrennoberfläche von dem Einfalls- bzw. Auftreffwinkel abhängen, verringert die Reduzierung des Änderungsbereichs des Auftreffwinkels die Abweichung der Farben des Lichts, das aus dem optischen Farbtrennungssystem austritt. Folglich können Projektionsbilder erhalten werden, die gleichförmigere Helligkeit und Farben besitzen.
Es ist außerdem bevorzugt, dass das Beleuchtungssystem so positioniert ist, die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm angeordnet sind, im Wesentlichen gleich einer Richtung ist, die senkrecht zu einer Richtung ist, auf die die mehreren Unterpixel jedes Pixels ausgerichtet sind.
Da gemäß dieser Anordnung die Richtung, in der polarisiertes Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem getrennt wird, senkrecht zu der Richtung ist, in der die mehreren in jedem Pixel enthaltenen Unterpixel angeordnet sind, ist es möglich, die Farbverschiebung infolge des auftreffenden Lichts, das nicht für jeden Farbunterpixel relevant ist, zu verringern.
Diese sowie weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung angegeben werden, in der:
1 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems ist, das eine erste Ausführungsform der Erfindung umfasst;
2 eine perspektivische Ansicht der ersten Linsenanordnung 32 ist;
3 eine vergrößerte Ansicht einer Gruppe aus ersten kleinen Linsen 32a, zweiten kleinen Linsen 34a und einer Übertragungslinse 36a ist;
die 4(A) und 4(B) die Konfigurationen des Polarisationsumsetzungssystems 40 zeigen;
die 5(A) und 5(B) Variationen der Übertragungslinsenanordnung 36 zeigen;
die 6(A) und 6(B) weitere Variationen der Übertragungslinsenanordnung 36 zeigen;
die 7(A) und 7(B) Variationen des optischen Überlagerungssystems 50 zeigen;
8 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist;
9 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist;
die 10(A) und 10(B) einen Vergleich zwischen einem Beleuchtungssystem der vierten Ausführungsform und dem Beleuchtungssystem der ersten Ausführungsform zeigen;
11 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine fünfte Ausführungsform der Erfindung ist;
12 eine veranschaulichende Darstellung ist, die die Parallelität des Lichts betrifft, das an dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 auftrifft;
13 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine sechste Ausführungsform der Erfindung ist;
14 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine siebte Ausführungsform der Erfindung ist;
die 15(A) und 15(B) einen Vergleich zwischen der Form der Lichtstrahlenbündel, die auf das Polarisationsumsetzungssystem 40 in dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform auftreffen, und der Form der Lichtstrahlenbündel, die auf das Polarisationsumsetzungssystem 40H in dem Beleuchtungssystem 100H der siebten Ausführungsform auftreffen, zeigen;
16 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine achte Ausführungsform der Erfindung ist;
17 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Projektors ist, der das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem verwendet; die 18(A) und 18(B) veranschaulichende Darstellungen sind, die Licht betreffen, das sich von dem Beleuchtungssystem 100' zu dem ersten dichroitischen Spiegel 202 und zu dem dichroitischen Kreuzprisma 320 bewegt;
19 die Farbtrenncharakteristiken des ersten dichroitischen Spiegels 202 zeigt;
20 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines weiteren Projektors ist, der das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem verwendet;
21 eine veranschaulichende Darstellung ist, die Licht betrifft, das an dem Polarisationsteilungsprisma 420 auftrifft;
22 eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines weiteren Projektors ist, der das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem verwendet;
die 23(A) und 23(B) vergrößerte Darstellungen einer Pixelkonfiguration des Flüssigkristall-Farblichtventils 520 des Einzelplattentyps sind;
24 die Konfiguration eines herkömmlichen Beleuchtungssystems zeigt; und
25 eine Draufsicht der wesentlichen Teile eines weiteren Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung ist.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Falls nicht anders angegeben ist, erfolgt in jeder der folgenden Ausführungsformen die Richtung der Lichtausbreitung längs der z-Achse (die Richtung parallel zur optischen Achse) und wenn ein Betrachter der Richtung der Lichtausbreitung zugewandt ist, ist seine 12 Uhr-Richtung die y-Achse (die vertikale Richtung) und seine 3 Uhr-Richtung die x-Achse (horizontale Richtung).
A Erste Ausführungsform
1 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems, das eine erste Ausführungsform der Erfindung umfasst. Das Beleuchtungssystem 100 enthält eine Lichtquelle 20, ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30, ein Polarisationsumsetzungssystem 40 und ein optisches Überlagerungssystem 50. Das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem bzw. -relaysystem 30 ist so angeordnet, dass seine optische Achse im Wesentlichen mit der optischen Achse 20LC der Lichtquelle 20 übereinstimmt. Das Polarisationsumsetzungssystem 40 und das optische Überlagerungssystem 50 sind so angeordnet, dass ihre optischen Achsen mit einer optischen Achse 100LC des Systems übereinstimmen, die durch das Zentrum einer Beleuchtungszone 80 verläuft. Die Lichtquellenachse 20LC ist um eine gegebene Verschiebung Dp parallel zu der optischen Achse 100LC des Systems in der x-Richtung versetzt. Der Betrag der Verschiebung Dp wird später erläutert. Das optische Überlagerungssystem 50 enthält ein optisches Integratorsystem, um die Beleuchtungszone 80 im Wesentlichen gleichförmig zu beleuchten.
Die Lichtquelle 20 besitzt eine Lichtquellenlampe 22 und einen konkaven Spiegel 24, der das Licht von der Lichtquellenlampe 22 als ein nahezu bzw. in etwa paralleles Lichtstrahlenbündel reflektiert. Die Lichtquellenlampe 22 kann eine Metallhalogenidlampe, eine Quecksilberlampe oder dergleichen sein. Es ist vorzuziehen, einen parabolischen Spiegel als konkaven Spiegel 24 zu verwenden. An Stelle eines parabolischen Spiegels kann ein elliptischer oder ein sphärischer Spiegel oder dergleichen verwendet werden.
Das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 enthält eine erste Linsenanordnung 32, eine zweite Linsenanordnung 34 und eine Übertragungslinsenanordnung 36. 2 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Linsenanordnung 32. Die erste Linsenanordnung 32 ist als eine Matrix aus M Zeilen und N Spalten von plankonvexen ersten kleinen Linsen 32a gebildet, wovon jede die Kontur einer im Wesentlichen rechtwinkligen Form besitzt. In dem in 2 gezeigten Beispiel betragen M = 5 und N = 4. Während die Form von jeder der ersten kleinen Linsen 32a, betrachtet von der z-Richtung, nicht auf die rechtwinklige Form dieses Beispiels beschränkt ist, ist es erwünscht, dass die Linsen eine Form besitzen, die ihre Anordnung ohne Zwischenraum zwischen ihnen ermöglicht. Die ersten kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung können eine äußere Form besitzen, die der Form der Beleuchtungszone 80 entspricht, da es, wie später beschrieben wird, erwünscht ist, dass ein Lichtstrahlenbündel, das durch die ersten kleinen Linsen verläuft und in der Größe durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 verringert wurde, auf dritten kleinen Linsen 52a einer dritten Linsenanordnung 52 auftrifft, und dass die dritten kleinen Linsen 52a eine Form besitzen, die so eingestellt ist, dass sie der Form der Fläche der Beleuchtungszone 80, die eigentlich beleuchtet wird, entspricht. Wird z. B. angenommen, dass eine Flüssigkristallplatte als Beleuchtungszone verwendet wird und das Seitenverhältnis ihrer Bilderzeugungsfläche 4:3 beträgt, wird das Seitenverhältnis der ersten kleinen Linsen 32a ebenfalls auf 4:3 eingestellt sein.
Die zweite Linsenanordnung 34, die in 1 gezeigt ist, ist ebenfalls so geformt, dass sie eine rechtwinklige Matrix aus M Zeilen und N Spalten von plankonvexen zweiten kleinen Linsen 34a ist, die den ersten kleinen Linsen 32a der ersten Linsenanordnung 32 entsprechen. Die zweiten kleinen Linsen 34a sind kleiner als die ersten kleinen Linsen 32a und sind durch ebene Plattenabschnitte 34b verbunden, so dass die zweiten kleinen Linsen 34a voneinander beabstandet sind. Es ist für die zweiten kleinen Linsen 34a nicht wesentlich, dass sie durch ebene Plattenabschnitte 34b verbunden sind. Die zweite Linsenanordnung 34 kann außerdem zweite kleine Linsen 34aA umfassen, die die gleiche Form wie die ersten kleinen Linsen 32a (jedoch unterschiedliche optische Charakteristiken) besitzen.
Die Übertragungslinsenanordnung 36 enthält bikonvexe Übertragungslinsen 36a, die in einer Matrix von M Zeilen und N Spalten, die den mehreren ersten kleinen Linsen 32a und den zweiten kleinen Linsen 34a entsprechen, angeordnet sind.
3 ist eine vergrößerte Ansicht einer Gruppe aus ersten kleinen Linsen 32a, zweiten kleinen Linsen 34a und der Übertragungslinse 36a. Die ersten kleinen Linsen 32a und die zweiten kleinen Linsen 34a sind an einander zugeordneten Punkten der Übertragungslinse 36a angeordnet. Das heißt, der Brennpunktsabstand fr der Übertragungslinse 36a ist auf (L1 × L2)/(L1 + L2) eingestellt, wobei L1 die Strecke zwischen der ersten kleinen Linse 32a und der Übertragungslinsenanordnung 36a ist und L2 die Strecke zwischen der Übertragungslinse 36a und der zweiten kleinen Linse 34a ist. Der Brennpunktsabstand f1 der ersten kleinen Linse 32a ist auf L1 eingestellt und der Brennpunktsabstand f2 der zweiten kleinen Linse 34a ist auf L2 eingestellt.
Das Teillichtstrahlenbündel der Breite D1, das auf die Auftreffoberfläche der ersten kleinen Linse 32a auftrifft, wird durch die erste kleine Linse 32a konvergiert, um in der Übertragungslinse 36a ein Bild zu erzeugen. Das Licht von dem Bild trifft auf die zweite kleine Linse 34a auf. Die zweite kleine Linse 34a sendet ein Lichtstrahlenbündel der Breite D2 aus. Die Breite D2 ist im Wesentlichen gleich (D1 × L2/L1). Im Einzelnen besitzt das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 die Funktion zum Verringern der Breite D1 des Teillichtstrahlenbündels, das in die erste kleine Linse 32a eintritt, um das Verhältnis der Strecke L2 zur Strecke L1, d. h. um (L2/L1). Wenn z. B. L2 als 1/2 L1 eingestellt ist, kann das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 die Breite D2 des Strahlenbündels, das von der zweiten kleinen Linse 34a ausgeht, so verändern, dass sie die Hälfte der Breite D1 des Strahlenbündels ist, das in die erste kleine Linse 32a eintritt. Im Folgenden wird jedes der mehreren Lichtstrahlenbündel, das durch die erste Linsenanordnung 32 gebildet wird, auch als ein Teillichtstrahlenbündel oder erstes Teillichtstrahlenbündel bezeichnet und jedes der mehreren Lichtstrahlenbündel, das aus dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 austritt, wird auch als ein reduziertes Teillichtstrahlenbündel oder zweites Teillichtstrahlenbündel bezeichnet.
Licht, das von der Lichtquelle 20 ausgesendet wird, enthält typischerweise Licht, das zur Lichtquellenachse 20LC nicht parallel ist. Wenn das der Fall ist und die ersten kleinen Linsen 32a und die zweiten kleinen Linsen 34a einfach aufgereiht sind, kann es Licht geben, das aus den ersten kleinen Linsen 32a austritt und nicht in die zweiten kleinen Linsen 34a eintreten kann, wodurch die Lichtausbeute des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems 30 verschlechtert wird. Das Anordnen der Übertragungslinsen 36a an einer Position, die ein gemeinsamer Brennpunkt der ersten kleinen Linsen 32a und der zweiten kleinen Linsen 34a ist, ermöglicht dem Licht, das nicht parallel zur Lichtquellenachse 20LC ist, durch die Brechkraft der Übertragungslinsen 36a zu den zweiten kleinen Linsen 34a geleitet zu werden, wodurch die Lichtausbeute vergrößert wird.
Die 4(A) und 4(B) veranschaulichen die Konfigurationen des Polarisationsumsetzungssystems 40, wobei 4(A) eine perspektivische Ansicht des Systems und 4(B) eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts davon ist. Das Polarisationsumsetzungssystem 40 enthält eine Lichtabdeckplatte 42, eine Polarisationsstrahlteileranordnung 44 und eine wahlweise Verzögerungsplatte 46. Die Polarisationsstrahlteileranordnung 44 besitzt eine Konfiguration, die erreicht wird, indem mehrere durchlässige Platten 44a miteinander verklebt werden, die die Form von Säulen mit parallelogrammförmigem Querschnitt aufweisen. Polarisationsteilungsfilme 44b und Reflexionsfilme 44c sind abwechselnd auf den Grenzflächen der durchlässigen Platten 44a ausgebildet. Die Polarisationsstrahlteileranordnung 44 kann hergestellt werden, indem mehrere Glasplatten, auf denen die Polarisationsteilungsfilme 44b und Reflexionsfilme 44c ausgebildet sind, miteinander verklebt werden, um die abwechselnde Anord nung der Filme zu erzeugen, und indem anschließend die verklebten Glasplatten bei einem vorgeschriebenen Winkel geschnitten werden. Der Polarisationsteilungsfilm 44b kann aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm gebildet werden und der Reflexionsfilm 44c kann aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm oder aus einem Aluminiumfilm gebildet werden.
Wie in 4(A) gezeigt ist, umfasst die Lichtabdeckplatte 42 Lichtabdeckabschnitte 42a und durchlässige Abschnitte 42b, die in einer streifenförmigen Anordnung angeordnet sind. Auftreffendes Licht wird durch die Abdeckabschnitte 42a blockiert und durch die transparenten Abschnitte 42b durchgelassen. Somit steuert die Lichtabdeckplatte 42 den Durchgang von Licht. Die Lichtabdeckabschnitte 42a und die durchlässigen Abschnitte 42b sind so angeordnet, dass reduzierte Teillichtstrahlenbündel von der zweiten Linsenanordnung 34 lediglich auf dem Polarisationsteilungsfilm 44b und nicht auf dem Reflexionsfilm 44c auftreffen. Wie in 4(B) gezeigt ist, sind die durchlässigen Abschnitte so angeordnet, dass ihre Mittelpunkte mit denen der Polarisationsteilungsfilme 44b übereinstimmen, und die Breite der durchlässigen Abschnitte 42b (die Breite in der x-Richtung) ist so eingestellt, das sie im Wesentlichen gleich der Breite Wp des Polarisationsteilungsfilms 44b in der x-Richtung ist. Deswegen blockieren die Lichtabdeckabschnitte 42a der Lichtabdeckplatte 42 effektiv alle reduzierten Teillichtstrahlenbündel, die die nicht durch den Polarisationsteilungsfilm 44b verlaufen, so dass lediglich Lichtstrahlenbündel, die durch die durchlässigen Abschnitte 42b verlaufen, auf dem Polarisationsteilungsfilm 44b auftreffen. In dieser Ausführungsform ist die Lichtabdeckplatte 42 eine durchlässige Platte (z. B. aus Glas), auf die ein Film mit lichtabschirmenden Eigenschaften, wie etwa ein Film aus Chrom oder Aluminium oder ein dielektrischer Mehrschichtfilm, ausgebildet ist. Die Lichtabdeckplatte 42 kann z. B. unter Verwendung einer Aluminiumplatte, die mit Lichtdurchgangsöffnungen versehen ist, gebildet werden.
Die Breite der parallelen Teillichtstrahlenbündel, die von der zweiten Linsenanordnung 34 ausgesendet werden, wird durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 so eingestellt, dass sie nicht größer als die Breite Wp jedes durchlässigen Abschnitts 42b in der x-Richtung ist. Das stellt sicher, dass effektiv alle Lichtstrahlenbündel, die von der zweiten Linsenanordnung 34 ausgehen, durch den durchlässigen Abschnitt 42b verlaufen.
Ein nicht polarisiertes Lichtstrahlenbündel, das durch den durchlässigen bzw. transparenten Abschnitt 42b verläuft, der in 4(B) durch die durchgehende Linie angegeben ist, trifft auf den Polarisationsteilungsfilm 44b der Polarisationsstrahlteileranordnung 44 auf und wird dadurch in zwei Typen des linear polarisierten Lichts, s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht, aufgeteilt, was durch die unterbrochenen Linien angegeben ist. Das p-polarisierte Licht wird von dem Polarisationsteilungsfilm 44b unverändert durchgelassen. Das s-polarisierte Licht wird durch den Polarisationsteilungsfilm 44b reflektiert, dann durch den Reflexionsfilm 44c reflektiert und tritt als ein Strahlenbündel mit einer Breite von Wp in x-Richtung parallel zum dem Strahlenbündel aus p-polarisierten Licht aus. Ein λ/2-Retardationsfilm 46a ist auf der Oberfläche der wahlweisen Verzögerungsplatte 46 ausgebildet, von der das von dem Polarisationsteilungsfilm 44b durchgelassene Licht austritt, während auf der durchlässigen Schicht 46b, die die Oberfläche ist, von der durch den Reflexionsfilm 44c reflektiertes Licht austritt, kein derartiger λ/2-Retardationsfilm 46a ausgebildet ist. Dementsprechend wird p-polarisiertes Licht, das von dem Polarisationsteilungsfilm 44b durchgelassen wird, durch den λ/2-Retardationsfilm 46a in s-polarisiertes Licht umgesetzt und tritt aus der wahlweisen Verzögerungsplatte 46 aus. Andererseits bleibt der Polarisationszustand des s-polarisierten Lichts, das von dem Reflexionsfilm 46c reflektiert wird, effektiv unbeeinflusst von seinem Durchgang durch die durchlässige Schicht 46 und tritt deswegen als s-polarisiertes Licht aus der wahlweisen Verzögerungsplatte 46 aus. Im Ergebnis wird im Wesentlichen das gesamte nicht polarisierte Licht, das in das Polarisationsumsetzungssystem 40 eintritt, in s-polarisiertes Licht zur Emission umgesetzt. Alternativ kann das Licht als p-polarisiertes Licht umgesetzt und ausgesendet werden, indem ein λ/2-Retardationsfilm 46a auf dem Abschnitt der wahlweisen Verzögerungsplatte 46 ausgebildet wird, von dem Licht, das durch den Reflexionsfilm 44c reflektiert wurde, austritt. Der Polarisationsteilungsfilm 44b kann ausgebildet sein, um s-polarisiertes Licht durchzulassen und p-polarisiertes Licht zu reflektieren. In der obigen Erläuterung entspricht die wahlweise Verzögerungsplatte 46 der Polarisationsumsetzungsvorrichtung der beanspruchten Erfindung.
Wenn das nicht polarisierte Licht direkt auf dem Reflexionsfilm 44c auftrifft, wird Licht, das aus dem Polarisationsumsetzungssystem 40 austritt, p-polarisiertes Licht und nicht das gewünschte s-polarisierte Licht sein. Wie oben beschrieben wurde, ist das System in dieser Ausführungsform so eingestellt, dass effektiv alle der mehreren reduzierten Teillichtstrahlenbündel, die von dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 ausgehen, auf dem Polarisationsteilungsfilm 44b auftreffen. Die Lichtabdeckplatte 42 verhindert, dass Licht auf dem Reflexionsfilm 44c auftrifft und unerwünschtes linear polarisiertes Licht (in diesem Beispiel p-polarisiertes Licht) von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgesendet wird.
Wie in 4(B) ersichtlich ist, sind die Mittelpunkte der zwei Strahlenbündel des s-polarisierten Lichts, die aus dem Polarisationsumsetzungssystem 40 austreten, in der x-Richtung von dem Mittelpunkt des auftreffenden nicht polarisierten Lichts (s + p-polarisiertes Licht) versetzt. Der Betrag dieser Versetzung ist gleich der Hälfte der Breite Wp des λ/2-Retardationsfilms 46a (d. h. die Hälfte der Breite des Polarisationsteilungsfilms 44b in der x-Richtung). Deswegen ist, wie in 1 gezeigt ist, die Lichtquellenachse 20LC gegen die optische Achse 100LC des Polarisationsumsetzungssystems 40 um einen Betrag Dp, der gleich Wp/2 ist, versetzt.
Wie beschrieben wurde, werden die mehreren zweiten Teillichtstrahlenbündel, die aus der zweiten Linsenanordnung 34 ausgehen, in dem Polarisationsumsetzungssystem 40 in dritte Teillichtstrahlenbündel mit einer doppelten Anzahl der zweiten Teillichtstrahlenbündel umgesetzt. Da die Anzahl der Teillichtstrahlenbündel bei dem Durchgang durch das Polarisationsumsetzungssystem 40 verdoppelt wird, wenn die äußere Form der ersten kleinen Linsen 32a der ersten Linsenanordnung 32 rechtwinklig ist und wenn das Reduktionsverhältnis (L2/L1) des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems 30 kleiner als 1/2 ist, ist es erwünscht, dass die längere Seite der rechtwinkligen Form der ersten kleinen Linsen 32a in der gleichen Richtung verläuft wie die Richtung der Polarisationslichtseparation in dem Polarisationsumsetzungssystem 40, um die Größe des gesamten optischen Systems zu verringern.
Das optische Überlagerungssystem 50 (1) enthält eine dritte Linsenanordnung 52, eine vierte Linsenanordnung 54 und eine Übertragungslinse 56. In der dritten Linsenanordnung 52 sind dritte kleine Linsen 52a, die effektiv die gleichen sind wie die zweiten kleinen Linsen 34a, auf dem optischen Weg der dritten Teillichtstrahlenbündel, die aus dem Polarisationsumsetzungssystem 40 austreten, angeordnet. Das heißt, die dritte Linsenanordnung 52 ist so angeordnet, dass die dritten kleinen Linsen 52a auf die zweiten kleinen Linsen in Bezug auf die y-Richtung und auf die λ/2-Verzögerungsplatte 46a und die durchlässige Schicht 46b der wahlweisen Verzögerungsplatte 46 in Bezug auf die x-Richtung ausgerichtet sind. Die vierte Linsenanordnung 54 besitzt im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die dritte Linsenanordnung 52. Aus der z-Richtung betrachtet entspricht die äußere Form der dritten kleinen Linsen 52a im Wesentlichen der Form der eigentlichen Beleuchtungsfläche der Beleuchtungszone 80. Wenn z. B. angenommen wird, dass eine Flüssigkristallplatte als Beleuchtungszone verwendet wird und das Seitenverhältnis der Bilderzeugungsfläche 4:3 beträgt, wird das Seitenverhältnis der dritten kleinen Linsen 52a ebenfalls auf 4:3 eingestellt sein.
Die dritten kleinen Linsen 52a bewirken ein Konvergieren der mehreren dritten Teillichtstrahlenbündel, die von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgehen, in der Nähe der vierten kleinen Linsen 54a der vierten Linsenanordnung 54. Die vierte Linsenanordnung 54 ist so angeordnet, dass die Achse jedes davon austretenden Teillichtstrahlenbündels, das auf die Übertragungslinse 56 auftrifft, senkrecht zu der ebenen Auftreffoberfläche der Übertragungslinse 56 ist. Die Übertragungslinse 56 überlagert die mehreren auftreffenden Teillichtstrahlenbündel der Beleuchtungszone 80.
Zusammenfassend ist das Beleuchtungssystem 100 so aufgebaut, dass das optische Leistungsänderungs-Übertragungs system 30 verwendet wird, um das Strahlenbündel parallelen Lichts von der Lichtquelle 20 in mehrere erste Teillichtstrahlenbündel aufzuteilen und die Breite jedes der ersten Teillichtstrahlenbündel auf eine Breite einzustellen, die ermöglicht, dass das Lichtstrahlenbündel durch die Lichtabdeckplatte 42 durchgeht, d. h. eine Breite, die kleiner ist als die Breite des durchlässigen Abschnitts 42b in der x-Richtung. Jedes der zweiten Teillichtstrahlenbündel, das durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 ausgesendet wird, wird durch das Polarisationsumsetzungssystem 40 in linear polarisiertes Licht umgesetzt, bei dem die polarisierten Komponenten die gleiche Polarisationsrichtung besitzen. In diesem Fall ist die Lichtabdeckplatte 42 an der Eintrittsseite der Polarisationsstrahlteileranordnung 44 vorgesehen, so dass lediglich die zweiten Teillichtstrahlenbündel auf den Polarisationsteilungsfilm 44b auftreffen. Das bedeutet, dass effektiv kein Licht über den Reflexionsfilm 44c auf dem Polarisationsteilungsfilm 44b auftrifft und linear polarisiertes Licht, das von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgesendet wird, im Wesentlichen auf einen Typ beschränkt ist. Durch die dritte Linsenanordnung 52 wird bewirkt, dass die dritten Teillichtstrahlenbündel, die von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgehen, in der Nähe der vierten Linsenanordnung 54 konvergieren. Durch die konvergierende Wirkung der vierten Linsenanordnung 54 trifft jedes auf diese Weise konvergiertes Teillichtstrahlenbündel, das davon austritt, auf der Übertragungslinse 56 auf, wobei die Strahlenbündelachse senkrecht zu der Auftreffoberfläche der Übertragungslinse verläuft. Demzufolge werden die Teillichtstrahlenbündel, die von der Übertragungslinse 56 ausgehen, an mehr oder weniger der selben Position der Beleuchtungszone 80 überlagert.
Wie oben beschrieben wurde, unterteilt gemäß dem Beleuch tungssystem 100 der ersten Ausführungsform das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 das Strahlenbündel parallelen Lichts von der Lichtquelle 20 in mehrere erste Teillichtstrahlenbündel und unterteilt außerdem die Strahlenbündel und verringert die Größe jedes Strahlenbündels, so dass im Wesentlichen das gesamte Strahlenbündel auf dem Polarisationsteilungsfilm 44b der Polarisationsstrahlteileranordnung 44, die das Polarisationsumsetzungssystem 40 umfasst, auftrifft. Somit kann ein Polarisationslicht-Beleuchtungssystem mit einem hohen Wirkungsgrad der Polarisationsumsetzung mit der unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschriebenen Lichtquellenlampe mit hoher Ausgangsleistung erreicht werden.
In dem Beleuchtungssystem 100 von 1 sind die zweite Linsenanordnung 34, das Polarisationsumsetzungssystem 40 und die dritte Linsenanordnung 52 getrennt, um das Verständnis der Funktionen des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems 30, des Polarisationsumsetzungssystems 40 und des optischen Überlagerungssystems 540 zu vereinfachen. Durch Verwenden eines optischen Klebstoffs können jedoch die zweite Linsenanordnung 34, das Polarisationsumsetzungssystem 40 und die dritte Linsenanordnung 52, wenn auch die die Richtung der Flächen der dritten Linsenanordnung 52 umgekehrt ist, miteinander verklebt werden, um ein einzelnes optisches Element zu bilden. Alternativ könnte ein Montagegestell verwendet werden, um die Elemente zu einer Einheit zu kombinieren. Ein Integrieren der zweiten Linsenanordnung 34, des Polarisationsumsetzungssystems 40 und der dritten Linsenanordnung 52 würde den Lichtverlust verringern, der an den Grenzflächen zwischen den Elementen auftritt, wodurch die Lichtausbeute verbessert wird.
In der obigen Erläuterung sind die ersten bis vierten Linsenanordnungen 32, 34, 52 und 54 sowie die Übertra gungslinse 56 plankonvexe Linsen. Es können jedoch andere Linsen verwendet werden, wie etwa bikonvexe Linsen. Wenn plankonvexe Linsen verwendet werden, gibt es darüber hinaus keine Einschränkung, welches die konvexe Seite ist. Das heißt, die konvexe Seite kann auf der Lichtquellenseite oder auf der Beleuchtungszonenseite sein. Werden jedoch die optischen Charakteristiken der Linsen unter Bezugnahme auf die Verringerung der sphärischen und chromatischen Aberration berücksichtigt, ist es vorzuziehen, dass bei der ersten Linsenanordnung 32 und bei der dritten Linsenanordnung 52 die konvexe Seite auf der Lichtquellenseite ist. Von diesem Standpunkt aus gesehen könnten statt dessen auch asphärische Linsen verwendet werden.
In Bezug auf die Länge des optischen Wegs zwischen der zweiten Linsenanordnung 34 und der dritten Linsenanordnung 52 ist der optische Weg, der über den Reflexionsfilm 44c verläuft, um einen Betrag, der der Breite des Polarisationsteilungsfilms 44b entspricht, länger als der optische Weg, der nicht über den Reflexionsfilm 44c verläuft. Das kann eine Differenz bei der Ausbeute des auftreffenden Lichts (Helligkeit) an der dritten Linsenanordnung 52 zwischen den die dritte Linsenanordnung 52 erreichenden Strahlenbündeln, die über bzw. nicht über den Reflexionsfilm 44c verlaufen, zur Folge haben. Da jedoch die Strahlenbündel, die durch das Polarisationsumsetzungssystem 40 verlaufen, durch die zweite Linsenanordnung 34 im Wesentlichen parallel bleiben, ist die Differenz bei der Ausbeute des auftreffenden Lichts sehr klein. Da außerdem die Strahlenbündel, die von der dritten Linsenanordnung 52 ausgehen, schließlich an einer Stelle der Beleuchtungszone 80 überlagert werden, stellt in der Praxis eine Differenz der Ausbeute des auftreffenden Lichts an der dritten Linsenanordnung 52 kein praktisches Problem dar und das gilt ebenso für die anderen Ausführungsformen und Variationen, die hier beschrieben wurden, mit Ausnahme des Beleuchtungssystems 100F, das unter Bezugnahme auf die fünfte Ausführungsform beschrieben wurde.
Die 5(A) und 5(B) veranschaulichen Varianten der Übertragungslinsenanordnung 36. Zur bequemen Darstellung sind in den 5(A) und 5(B) das Polarisationsumsetzungssystem 40 und das optische Überlagerungssystem 50 nicht gezeigt. Wie oben beschrieben wurde, konzentrieren die ersten kleinen Linsen 32a der ersten Linsenanordnung 32 die Strahlenbündel auf die Übertragungslinsen 36a der Übertragungslinsenanordnung 36. Demzufolge muss jede der Übertragungslinsen 36a eine solche Größe besitzen, damit sie das Strahlenbündel aufnehmen kann, das durch jede der kleinen Linsen 32a konvergiert wurde. Die Übertragungslinsenanordnung 36A, die in 5(A) gezeigt ist, weist mehrere Übertragungslinsen 36Aa auf, wovon jede gerade die richtige Größe besitzt, um die Strahlenbündel aufzunehmen, die durch die ersten kleinen Linsen 32a konvergiert wurden. Die Übertragungslinsenanordnung 36B, die in 5(B) gezeigt ist, weist ebenfalls in ähnlicher Weise mehrere Übertragungslinsen 36Ba auf, wovon jede gerade die richtige Größe besitzt, um die Strahlenbündel aufzunehmen, die durch die ersten kleinen Linsen 32a konvergiert wurden, und diese Übertragungslinsen 36Ba sind durch ebene Plattenabschnitte 36Bb verbunden. In der Anordnung von 5(B) kann die Linsenanordnung als ein Element gebildet sein, wodurch die Herstellung einfacher ist als im Fall von 5(A). Wie in der 5(A) und 5(B) gezeigt ist, besitzt darüber hinaus die zweite Linsenanordnung 34A, die der zweiten Linsenanordnung 34 von 1 entspricht, die kleinen Linsen 34Aa, die in einer Matrix ohne Zwischenräume zwischen den Linsen angeordnet sind, und es ist einfach, die zweite Linsenanordnung durch integrale Formgebung herzustellen.
Die 6(A) und 6(B) veranschaulichen andere Varianten der Übertragungslinsenanordnung 36. Die 6(A) und 6(B) zeigen die Übertragungslinsenanordnungen 36C und 36D, die zusammengesetzte Übertragungslinsen enthalten, die jeweils durch das Zusammenfügen von zwei Linsen gebildet sind. In 6(A) ist die Übertragungslinsenanordnung 36C aus mehreren zusammengesetzten Übertragungslinsen 36Ca gebildet. Jede zusammengesetzte Übertragungslinse 36Ca enthält zwei plankonvexe Linsen 36Ca1 und 36Ca2, die so zusammengefügt sind, dass die konvexen Seiten einander zugewandt sind. In 6(B) ist die Übertragungslinsenanordnung 36D aus mehreren zusammengesetzten Übertragungslinsen 36Da gebildet, wovon jede eine bikonvexe Linse 36Da1 und eine konkavkonvexe Linse 36Da2 enthält, die so zusammengefügt sind, dass die konkave Seite der konkavkonvexen Linse 36Da2 mit der entsprechenden konvexen Seite der bikonvexen Linse 36Da1 in Kontakt ist.
Vom Standpunkt der Führung des Lichts, das von den ersten kleinen Linsen 32a zu den zweiten kleinen Linsen 34a ausgeht, ist es erwünscht, Linsen mit einer kurzen Brennweite oder mit einer hohen Brechkraft als die Übertragungslinsen 36a der Übertragungslinsenanordnung 36 zu verwenden. Bei einzelnen Linsen mit kurzer Brennweite stellt die sphärische und chromatische Aberration den wesentlichen Effekt dar, der es unmöglich machen kann, dass die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die durch die erste Linsenanordnung 32 gebildet werden, effektiv zu der zweiten Linsenanordnung 34 geleitet werden, insbesondere dann, wenn das von der Lichtquelle 20 ausgesendete Strahlenbündel eine geringe Parallelität besitzt. Die Verwendung von wenigstens zwei Linsen für die Bildung der Übertragungslinse ermöglicht die Korrektur der sphärischen und chromatischen Aberration. Im Einzelnen ermöglicht die Verwendung einer Übertragungslinsenanordnung, die wie in den 6(A) und 6(B) zusammengesetzte Übertragungslinsen enthält, dass die Teillichtstrahlenbündel, die durch die erste Linsenanordnung 32 gebildet werden, effektiv zu der zweiten Linsenanordnung 34 geleitet werden.
Die 7(A) und 7(B), veranschaulichen Varianten des optischen Überlagerungssystems 50. Zur bequemen Darstellung sind in den 7(A) und 7(B) die Lichtquelle 20, das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 und das Polarisationsumsetzungssystem 40 nicht gezeigt. In dem optischen Überlagerungssystem 50, das in 1 gezeigt ist, besteht ein Zwischenraum zwischen der vierten Linsenanordnung 54 und der Übertragungslinse 56. Diese Elemente können jedoch optisch integriert sein. Es kann ein optischer Klebstoff verwendet werden, um die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56, die als unabhängige optische Elemente gebildet wurden, zusammenzufügen, wie in 7(A) gezeigt ist, oder es kann ein einzelnes optisches Element gebildet werden, das die Funktionen dieser beiden Elemente aufweist. Die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56 können z. B. durch integrales Formen als eine einzelne Übertragungslinsenanordnung (exzentrische Linsenanordnung) 54B gebildet werden, wie in 7(B) gezeigt ist, die die Funktionen sowohl der vierten Linsenanordnung 54 als auch der Übertragungslinse 56 besitzt. Das optische Integrieren der vierten Linsenanordnung 54 und der Übertragungslinse 56 verringert somit den Lichtverlust, der an den Grenzflächen zwischen den Elementen auftritt, wodurch die Lichtausbeute weiter steigt. Die obige Ausführungsform wurde unter Bezugnahme auf die Verwendung eines optischen Überlagerungssystems beschrieben, das die dritte Linsenanordnung 52, die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56 enthält. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann z. B. jede Konfiguration eines optischen Systems verwendet werden, die Licht effektiv von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 an die Beleuchtungszone 80 übertragen und außerdem die Ungleichförmigkeit des Helligkeitspegels in der Beleuchtungszone 80 verringern kann.
In der obigen Erläuterung ist das Seitenverhältnis der ersten kleinen Linsen 32a auf den gleichen Wert eingestellt wie das Seitenverhältnis der Beleuchtungszone 80. Das stellt jedoch keine Einschränkung dar. Die ersten kleinen Linsen 32a können statt dessen jede Form besitzen, die es ermöglicht, dass Licht effektiv auf dem Polarisationsteilungsfilm 44b auftrifft. Damit jedoch die Beleuchtungszone 80 mit hohem Wirkungsgrad beleuchtet wird, ist es vorzuziehen, dass die dritten kleinen Linsen 52a das selbe Seitenverhältnis erhalten wie die Beleuchtungszone 80. Um den Lichtverlust zu verringern und die Lichtausbeute zu verbessern, ist es daher außerdem vorzuziehen, dass die ersten kleinen Linsen 32a das selbe Seitenverhältnis erhalten wie die Beleuchtungszone 80. Obwohl es keine Einschränkungen an den Formen der kleinen Linsen 34a und 54a der zweiten Linsenanordnung 34 und der vierten Linsenanordnung 54 gibt, ist es anhand der gleichen Betrachtungsweise erwünscht, kleine Linsen zu verwenden, die eine rechteckige Form besitzen, um ihre Anordnung in einer Matrix zu vereinfachen.
Die Erläuterung des Beleuchtungssystems 100 erfolgte ferner unter Bezugnahme auf die Verwendung der üblichen konzentrischen Linsen für die ersten kleinen Linsen 32a, die zweiten kleinen Linsen 34a und die Übertragungslinsen 36a. Alle Linsen oder ein Teil dieser Linsen können jedoch zylindrische Linsen sein, die eine Brechkraft in die Richtung besitzen, in die der Polarisationsteilungsfilm 44b und der Reflexionsfilm 44c angeordnet sind, d. h. in dieser Ausführungsform die x-Richtung. Alternativ können diese Linsen torische Linsen sein, die längs der x- und y-Achsen eine unterschiedliche Brechkraft besitzen. Die Verwendung von exzentrischen Linsen für die erste Linsenanordnung 32 und die zweite Linsenanordnung 34 würde z. B. außerdem ermöglichen, die Abmessungen der ersten Linsenanordnung 32 in der xy-Ebene größer zu machen als die der zweiten Linsenanordnung 34, wodurch ermöglicht wird, dass das Licht, das von der Lichtquelle 20 ausgesendet wird, effektiv zu dem Polarisationsumsetzungssystem 40 geleitet wird.
Jede der obenbeschriebenen Variationen kann außerdem auf die anderen Ausführungsform, die im Folgenden beschrieben werden, angewendet werden.
B. Zweite Ausführungsform
8 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Beleuchtungssystem 100C wird an Stelle des optischen Überlagerungssystems 50 des Beleuchtungssystems 100, das in 1 gezeigt ist, ein optisches Überlagerungssystem 50C verwendet. Das optische Überlagerungssystem 50C enthält eine dritte Linsenanordnung 52C, eine vierte Linsenanordnung 54C und eine Übertragungslinse 56. In der dritten Linsenanordnung 52C wurden jeweils zwei der dritten kleinen Linsen 52a, die in der x-Richtung der dritten Linsenanordnung 52 angeordnet sind (1), durch eine kleine Linse 52Ca ersetzt. Zwei Teillichtstrahlenbündel, wovon ein Teillichtstrahlenbündel aus dem Polarisationsteilungsfilm 44b und das andere aus dem Reflexionsfilm 44c austritt, treffen auf jeder der dritten kleinen Linsen 52Ca auf. Die vierte Linsenanordnung 54C weist mehrere vierte kleine Linsen 54Ca auf, die so positio niert sind, dass sie den dritten kleinen Linsen 52Ca der dritten Linsenanordnung 52C entsprechen.
Die beiden Teillichtstrahlenbündel PLa und PLb, die aus dem λ/2-Retardationsfilm 46a und der durchlässigen Schicht 46b der wahlweisen Verzögerungsplatte 46 austreten, die das Polarisationsumsetzungssystem 40 bilden, konvergieren durch die dritten kleinen Linsen 52Ca in der Nähe der vierten Linsenanordnung 54C. Das Teillichtstrahlenbündel PLa von dem λ/2-Retardationsfilm 46a beleuchtet über die Übertragungslinse 56 einen Teil der Beleuchtungszone 80 auf der +x-Seite der optischen Achse 100LC des Systems, während das Teillichtstrahlenbündel PLb den Teil der Beleuchtungszone 80 auf der –x-Seite der optischen Achse 100LC beleuchtet. In gleicher Weise wird die Beleuchtungszone 80 durch die anderen Teillichtstrahlenbündel beleuchtet, die von den anderen λ/2-Retardationsfilmen 46a und durchlässigen Schichten 46b kommen. Somit werden die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von den λ/2-Retardationsfilmen 46a ausgehen der Beleuchtungszone 80 an der +x-Seite in Bezug auf die optische Achse 100LC des Systems überlagert und die Teillichtstrahlenbündel, die von den durchlässigen Schichten 46b kommen, werden der Beleuchtungszone 80 auf der –x-Seite relativ zur optischen Achse 100LC des Systems überlagert.
Wie in der ersten Ausführungsform ermöglicht somit das Beleuchtungssystem 100C der zweiten Ausführungsform, dass die Beleuchtungszone 80 mit effektiv einem Typ von linear polarisiertem Licht gleichförmig beleuchtet wird. Es kann außerdem ein Beleuchtungssystem mit einem hohen Wirkungsgrad der Umsetzung von polarisiertem Licht erreicht werden. Darüber hinaus kann ein Polarisationslicht-Beleuchtungssystem mit dem Typ einer Lichtquellenlampe mit großer Ausgangsleistung, der unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben wurde, erreicht werden.
Wie beschrieben wurde, werden gemäß der Anordnung dieser zweiten Ausführungsform die Teillichtstrahlenbündel, die von den λ/2-Retardationsfilmen 46a und den durchlässigen Schichten 46b ausgehen, verwendet, um unterschiedliche Seiten der Beleuchtungszone 80, wovon eine die +x-Seite und die andere die –x-Seite in Bezug auf die optische Achse 100LC des Systems ist, separat zu beleuchten. Das kann die Ursache für Helligkeitsschwankungen sein und Helligkeitsdemarkationslinien auf der Beleuchtungszone 80 bewirken, wenn ein wesentlicher Unterschied zwischen den effektiven Beleuchtungsintensitäten der Teillichtstrahlenbündel, die von den λ/2-Retardationsfilmen 46a ausgehen, und jenen, die von den durchlässigen Schichten 46b ausgehen, vorhanden ist. Eine derartige Intensitätsschwankung kann jedoch durch Optimierung der optischen Charakteristiken des Polarisationsteilungsfilms 44b und des λ/2-Retardationsfilms 46a auf einen sehr kleinen Pegel verringert werden, wodurch effektiv alle Demarkationslinien eliminiert werden. Obwohl Schwankungen der Charakteristiken der kleinen Linsen 52Ca und 54Ca eine geringe Positionsabweichung der Teillichtstrahlenbündel auf der Beleuchtungszone 80 zur Folge haben können, können jedoch Schwankungen der Helligkeit und Helligkeitsdemarkationslinien verhindert werden. In dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform werden die Teillichtstrahlenbündel, die von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgesendet werden, verwendet, um die gesamte Fläche der Beleuchtungszone 80 zu beleuchten, so dass es keine derartigen Helligkeitsschwankungen oder Demarkationslinien auf der Beleuchtungszone 80 gibt. In Bezug auf die Gleichförmigkeit der Beleuchtung ist deswegen die erste Ausführungsform der zweiten Ausführungsform vorzuziehen. Die zweite Ausführungsform ist deswegen vorteilhaft, da weniger kleine Linsen verwendet werden, um die dritte Linsenanordnung 52C und die vierte Linsen anordnung 54C zu bilden, die durch die Verringerung des Lichtverlusts an den Übergängen zwischen den kleinen Linsen den Wirkungsgrad des Beleuchtungslichts viel größer machen.
Es gibt keine direkte bzw. strenge Beziehung zwischen der Anzahl der Teillichtstrahlenbündel, die von den Abschnitten des Polarisationsteilungsfilms 44b und des Reflexionsfilms 44c des Polarisationsumsetzungssystems 40 ausgehen, und der Anzahl der kleinen Linsen 52a und 54a in den dritten und vierten Linsenanordnungen 52 und 54. Deswegen kann, wie unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform beschrieben wurde, eine Anordnung verwendet werden, bei der eine kleine Linse auf der dritten Linsenanordnung und eine weitere auf der vierten Linsenanordnung verwendet werden, um ein Paar Teillichtstrahlenbündel von einem benachbarten Paar aus Polarisationsteilungsfilm 46b und Reflexionsfilm 44c zu übertragen. Umgekehrt kann außerdem eine Anordnung verwendet werden, bei der für jedes Teillichtstrahlenbündel, das von einem Polarisationsteilungsfilm 44b oder einem Reflexionsfilm 44c ausgeht, zwei oder mehr kleinen Linsen vorhanden sind. Die Verwendung der letzteren Anordnung würde es ermöglichen, die Ungleichförmigkeit der Helligkeit an der Beleuchtungszone 80 weiter zu verringern.
C. Dritte Ausführungsform
Die erste und die zweite Ausführungsform betreffen ein Beleuchtungssystem mit einem Polarisationsumsetzungssystem, das ein optisches Integratorsystem verwendet, wobei die Verwendung eines Integratorsystems jedoch nicht wesentlich ist. 9 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
Bei diesem Beleuchtungssystem 100D wird an Stelle des optischen Überlagerungssystems 50 des Beleuchtungssystems 100, das in 1 gezeigt ist, eine Überlagerungslinsenanordnung 50D verwendet. Die Überlagerungslinsenanordnung 50D enthält mehrere kleine Linsen 50Da, die auf dem optischen Weg der mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgehen, angeordnet sind. Die kleinen Linsen 50Da sind exzentrische Linsen, bei denen die optische Achse in Abhängigkeit von der Entfernung von der optischen Achse 100LC des Systems versetzt ist, so dass die Teillichtstrahlenbündel, die von den kleinen Linsen 50Da ausgehen, der Beleuchtungszone 80 überlagert werden.
Wie in den ersten zwei Ausführungsform ermöglicht somit das Beleuchtungssystem 100D der dritten Ausführungsform, dass die Beleuchtungszone 80 mit effektiv einem Typ von linear polarisiertem Licht gleichförmig beleuchtet wird. Es kann außerdem ein Beleuchtungssystem mit einem großen Wirkungsgrad der Umsetzung von polarisiertem Licht erreicht werden. Darüber hinaus kann ein Polarisationslicht-Beleuchtungssystem mit dem Typ der Lichtquellenlampe mit großer Ausgangsleistung, der unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben wurde, erreicht werden.
Da die dritte Ausführungsform weniger Einzelteile besitzt als die erste und die zweite Ausführungsform, kann die Vorrichtung kleiner hergestellt werden. Wie oben beschrieben wurde, bieten die ersten zwei Ausführungsformen eine bessere Lichtausbeute als die dritte Ausführungsform.
Wenn Licht, das auf die Überlagerungslinsenanordnung 50D auftrifft, eine gute Parallelität besitzt, werden die Strahlenbündel, die aus der Überlagerungslinsenanordnung 50D austreten, im Wesentlichen auf der Beleuchtungszone 80 überlagert. In der Praxis ist jedoch Licht, das von der Lichtquelle 20 ausgesendet wird, nicht vollständig parallel. Im Einzelnen ist die Verschlechterung der Parallelität des Lichts, das von dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 ausgesendet wird, umgekehrt proportional zu dem obenbeschriebenen Reduktionsverhältnis (L2/L1). Da Teillichtstrahlenbündel, die auf der Überlagerungslinsenanordnung 50D unter einem vorgegebenen Winkel zur optischen Achse 100DLC des Systems auftreffen, den Bereich an einer etwas anderen Position beleuchten als Teillichtstrahlenbündel, die im Wesentlichen parallel zur optischen Achse 100DLC des Systems auf der Überlagerungslinsenanordnung 50D auftreffen, ist es schwierig, alle Teillichtstrahlenbündel, die von der Überlagerungslinsenanordnung 50D ausgehen, an der gleichen Position der Beleuchtungszone 80 zu überlagern. Um eine gleichförmige Beleuchtung der Beleuchtungszone 80 zu erreichen, ist es deswegen erwünscht, jedes der Teillichtstrahlenbündel, die von den kleinen Linsen 50Da ausgehen, so einzustellen, dass es eine etwas größere Fläche als die Beleuchtungszone 80 beleuchtet. Im Ergebnis wird die Lichtausbeute in der Beleuchtungszone 80 bei der dritten Ausführungsform kleiner als bei der ersten Ausführungsform. Wenn ein optisches Überlagerungssystem 50 wie bei dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform ein optisches Integratorsystem verwendet, wird jedes der mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von dem optischen Überlagerungssystem 50 ausgesendet werden, im Wesentlichen an der gleichen Position der Beleuchtungszone 80 überlagert. Deswegen können die erste und die zweite Ausführungsform eine größere Lichtausbeute als die dritte Ausführungsform schaffen.
D. Vierte Ausführungsform
Die 10(A) und (B) zeigen einen Vergleich zwischen einem Beleuchtungssystem einer vierten Ausführungsform und dem Beleuchtungssystem der ersten Ausführungsform. 10(A) ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile des Beleuchtungssystems der vierten Ausführungsform, während 10(B) das Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform zeigt. Dieses Beleuchtungssystem 100E besitzt an Stelle des optischen Überlagerungssystems 50 des Beleuchtungssystems 100 ein optisches Überlagerungssystem 50E. Das optische Überlagerungssystem 50E enthält eine dritte Linsenanordnung 52E und eine vierte Linsenanordnung 54E. Die dritte Linsenanordnung 52E besitzt die Funktionen der dritten Linsenanordnung 52 und der Übertragungslinse 56 des Beleuchtungssystems 100. Die mehreren kleinen Linsen 52Ea, die die dritte Linsenanordnung 52E bilden, sind exzentrische Linsen, bei denen die optische Achse in Abhängigkeit von der Entfernung von der optischen Achse 100ELC des Systems versetzt ist, so dass die Teillichtstrahlenbündel, die von den kleinen Linsen 50Ea ausgehen, der Beleuchtungszone 80 überlagert werden. Die vierte Linsenanordnung 54E enthält mehrere kleine Linsen 54Ea, die auf den optischen Wegen der mehreren Teillichtstrahlenbündel, die aus der dritten Linsenanordnung 52E austreten, angeordnet sind. Durch die Beugungskraft der mehreren kleinen Linsen 54Ea werden selbst jene Strahlenbündel, die von der Lichtquelle 20 unter einem Neigungswinkel relativ zu der optischen Achse 100ELC des Systems ausgesendet werden, im Wesentlichen an der gleichen Position der Beleuchtungszone 80 überlagert. Dabei wird angenommen, dass der Auftreffwinkel der Achse des Teillichtstrahlenbündels, das von der äußersten kleinen Linse 52Ea ausgeht, in der Beleuchtungszone 80 Θ1 beträgt, und der Auftreffwinkel der Achse des Teillichtstrahlenbündels, das von der äußersten kleinen Linse 52a ausgeht, in der Beleuchtungs zone 80 Θ2 beträgt.
Die dritte Linsenanordnung 52E funktioniert als eine Übertragungslinse, so dass dann, wenn die Entfernung von der dritten Linsenanordnung 52E zu der Beleuchtungszone 80 gleich der Entfernung von der dritten Linsenanordnung 51 des Beleuchtungssystems 100 zu der Beleuchtungszone 80 ist, der Auftreffwinkel Θ1 kleiner ist als Θ2.
Die Charakteristiken eines optischen Systems, wie etwa eine Flüssigkristallplatte oder Linsen, auf denen Licht auftrifft, das von dem Beleuchtungssystem ausgesendet wird, hängen von dem Auftreffwinkel des Lichts ab. Im Allgemeinen bedeutet ein kleinerer Auftreffwinkel des Lichts eine größere Lichtausbeute. Deswegen ist das Beleuchtungssystem 100E der vierten Ausführungsform im Vergleich zum Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform vorteilhaft, da es in der Beleuchtungszone eine größere Lichtausbeute schafft.
E. Fünfte Ausführungsform
11 ist eine Draufsicht eines Beleuchtungssystems 100F, bei dem die Linsenanordnung 34 des Beleuchtungssystems 100 der ersten Ausführungsform weggelassen ist und an Stelle der dritten Linsenanordnung 52 eine dritte Linsenanordnung 52F verwendet wird, die die Funktionen der zweiten Linsenanordnung 34 und der dritten Linsenanordnung 52 besitzt. Die erste Linsenanordnung 32, die Übertragungslinsenanordnung 36 und die dritte Linsenanordnung 52F bilden ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30F. Außerdem bilden die dritte Linsenanordnung 52F, die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56 ein optisches Überlagerungssystem 50F. Außerdem können die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56 so betrachtet werden, dass sie das optische Überlagerungssystem 50F bilden.
Die erste Linsenanordnung 32 unterteilt das Strahlenbündel parallelen Lichts von der Lichtquelle 20 in mehrere Teillichtstrahlenbündel und bewirkt ein Konvergieren der Lichtstrahlenbündel innerhalb der Übertragungslinsenanordnung 36. Die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von der Übertragungslinsenanordnung 36 ausgehen, verlaufen durch das Polarisationsumsetzungssystem 40 und treffen auf der dritten Linsenanordnung 52F auf. Die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die auf der dritten Linsenanordnung 52F auftreffen, werden durch das optische Überlagerungssystem 50F der Beleuchtungszone 80 überlagert.
Die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von der Übertragungslinsenanordnung 36 ausgehen, treffen auf der dritten Linsenanordnung 52F auf. Da das Polarisationsumsetzungssystem 40 zwischen der Übertragungslinsenanordnung 36 und der dritten Linsenanordnung 52f angeordnet ist, ist die Breite jedes Teilstrahlenbündels, das auf dem Polarisationsumsetzungssystem 40 auftrifft, kleiner als die Breite jedes Teillichtstrahlenbündels, das auf der dritten Linsenanordnung 52F auftrifft, und kleiner als die Breite des Polarisationsteilungsfilms 44b in der x-Richtung, d. h. die Breite des durchlässigen Abschnitts 42b der Lichtabdeckplatte 42 in x-Richtung.
12 ist eine veranschaulichende Darstellung bezüglich der Parallelität der Lichtstrahlenbündel, die auf das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 auftreffen. In dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform treffen Teillichtstrahlenbündel, die um ein vorgeschriebenes Reduktionsverhältnis (L2/L1) reduziert sind, auf den zweiten kleinen Linsen 34a auf. Da das von der Lichtquelle 20 ausgesendete Licht nicht vollständig parallel ist, treffen die Teillichtstrahlenbündel an den ersten kleinen Linsen 32a bei unterschiedlichen Winkeln zur optischen Achse 32aLC auf. Ein Teillichtstrahlenbündel, das bei einem Winkel ΘL1 zur optischen Achse 32aLC auftrifft, wird auf dem selben Weg zu den zweiten kleinen Linsen 34a geleitet wie die Teillichtstrahlenbündel, die parallel zur optischen Achse 32aLC sind, sie treten jedoch aus den zweiten kleinen Linsen 34a bei einem Winkel ΘL2 (≒ ΘL1 × L1/L2) aus, der größer als ΘL1 ist. Ein Lichtstrahlenbündel, das von den zweiten kleinen Linsen 34a ausgeht, divergiert folglich weiter, wenn die Entfernung von den zweiten kleinen Linsen 34a ansteigt. Deswegen kann jedes der Teillichtstrahlenbündel, die von der zweiten Linsenanordnung ausgehen, für die entsprechenden dritten kleinen Linsen 52a der dritten Linsenanordnung zu groß werden, was eine Verringerung der Lichtausbeute zur Folge hat.
Da bei dem Beleuchtungssystem 100F die dritte Linsenanordnung 52F im Vergleich zu dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform die Funktionen der zweiten Linsenanordnung enthält, besitzt sie den Vorteil, dass sie die Ausbeute von Licht, das auf der Polarisationsstrahlteileranordnung 44 auftrifft, und von Licht, das auf der dritten Linsenanordnung 52F auftrifft, verbessern kann. Die zweite Linsenanordnung 34 muss nicht weggelassen werden, sondern kann statt dessen in der Nähe der dritten Linsenanordnung 52 vorhanden sein. Vom Standpunkt der Lichtausbeute ist es jedoch vorteilhaft, die zweite Linsenanordnung 34 wegzulassen und die dritte Linsenanordnung 52F zu verwenden. Das ist außerdem in Bezug auf die Vereinfachung des Aufbaus des Beleuchtungssystems vorteilhaft.
Im Hinblick auf die Länge des optischen Wegs zwischen der Übertragungslinsenanordnung 36 und der dritten Linsenanordnung 52F ist der optische Weg, der über den Refle xionsfilm 44c verläuft, um einen Betrag, der der Breite des Polarisationsteilungsfilms 44b in der x-Richtung entspricht (siehe 4(B)), länger als der optische Weg, der nicht über den Reflexionsfilm 44c verläuft. In der vorliegenden Anordnung bilden die erste Linsenanordnung 32, die Übertragungslinsenanordnung 36 und die dritte Linsenanordnung 52F das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem, so dass der Unterschied in der Länge des optischen Wegs die Breite eines Lichtstrahlenbündels, das auf der dritten Linsenanordnung 52F auftrifft, nicht beeinflusst. Im Einzelnen ist ein Lichtstrahlenbündel, das auf den dritten kleinen Linsen 52Fb, die hinter dem Reflexionsfilm 44c angeordnet sind, auftrifft, breiter als ein Lichtstrahlenbündel, das auf den dritten kleinen Linsen 52Fa auftrifft, die hinter dem Polarisationsteilungsfilm 44b angeordnet sind. Dieser Breitenunterschied beeinflusst nicht die Ausbeute des auftreffenden Lichts in Bezug auf die dritte Linsenanordnung 52F. Deswegen ist es erwünscht, die dritte Linsenanordnung 52F unter Verwendung dritter kleiner Linsen 52Fa und 52Fb aufzubauen, die in Bezug auf die optischen Charakteristiken der Linsen (z. B. Brennweite) und die Lage der z-Achse (insbesondere die Anordnung der dritten kleinen Linsen 52Fb näher an dem Polarisationsumsetzungssystem 40 als die dritten kleinen Linsen 52Fa) geringfügig modifiziert sind. Die Linsencharakteristiken der vierten kleinen Linsen 54a, die die vierte Linsenanordnung 54 bilden, können dementsprechend modifiziert sein. Die Verwendung einer dritten Linsenanordnung 52F, die auf diese Weise modifiziert ist, ermöglicht die Eliminierung der Wirkung der obigen Unterschiede in den optischen Weglängen. Somit sind in diesem Beispiel die dritten kleinen Linsen 52Fa und 52Fb, die plankonvexe Linsen mit zwei Typen von unterschiedlichen optischen Charakteristiken sind, so angeordnet, dass die konvexen Oberflächen in entgegengesetzte Richtungen orientiert sind.
F. Sechste Ausführungsform
13 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine sechste Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Beleuchtungssystem 100G ist die dritte Linsenanordnung 52 des Beleuchtungssystems 100 der ersten Ausführungsform weggelassen und an Stelle der zweiten Linsenanordnung 34 wird eine zweite Linsenanordnung 34G verwendet, die die Funktionen der zweiten Linsenanordnung 34 und der dritten Linsenanordnung 52 besitzt. Somit bilden die erste Linsenanordnung 32, die Übertragungslinsenanordnung 36 und die zweite Linsenanordnung 34G ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30G. Außerdem bilden die zweite Linsenanordnung 34G, die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56 ein optisches Überlagerungssystem 50G. Außerdem können die vierte Linsenanordnung 54 und die Übertragungslinse 56 so betrachtet werden, dass sie das optische Überlagerungssystem 50G bilden.
Die erste Linsenanordnung 32 unterteilt das Strahlenbündel aus parallelem Licht von der Lichtquelle 20 in mehrere Teillichtstrahlenbündel und konvergiert die Lichtstrahlenbündel innerhalb der Übertragungslinsenanordnung 36. Die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von der Übertragungslinsenanordnung 36 ausgehen, treffen auf der zweiten Linsenanordnung 34F auf. Die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die auf der zweiten Linsenanordnung 34G auftreffen, werden wieder durch die zweite Linsenanordnung 34G in die Nähe der vierten Linsenanordnung 54 konvergiert. Die auf diese Weise in der Nähe der vierten Linsenanordnung 54 konvergierten mehreren Teillichtstrahlenbündel werden die durch die Übertragungslinse 56 der Beleuchtungszone 80 überlagert.
Die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von der zweiten Linsenanordnung 34G ausgehen, konvergieren und treffen auf der vierten Linsenanordnung 54 auf. Das Polarisationsumsetzungssystem 40 ist zwischen der zweiten Linsenanordnung 34G und der vierten Linsenanordnung 54 vorgesehen. Die Breite jedes Teilstrahlenbündels, das auf dem Polarisationsumsetzungssystem 40 auftrifft, ist kleiner als die Breite des Polarisationsteilungsfilms 44b in der x-Richtung, d. h. kleiner als die Breite des durchlässigen Abschnitts 42b der Lichtabdeckplatte 42 in x-Richtung. Im Vergleich mit dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform besitzt das Beleuchtungssystem 1000 dieser sechsten Ausführungsform den Vorteil, dass es in der Lage ist, die Ausbeute von Licht, das auf der Polarisationsstrahlteileranordnung 44 auftrifft, zu verbessern. Die dritte Linsenanordnung 52 muss nicht weggelassen werden, sondern sie kann statt dessen in der Nähe der zweiten Linsenanordnung 34 enthalten sein. Vom Standpunkt der Lichtausbeute ist es jedoch vorteilhaft, die dritte Linsenanordnung 52 wegzulassen und die zweite Linsenanordnung 34G zu verwenden. Das ist außerdem in Bezug auf die Vereinfachung des Aufbaus des Beleuchtungssystems vorteilhaft.
In der zweiten Linsenanordnung 34g ist die Anzahl von Linsen, die in der x-Richtung angeordnet sind, kleiner als die Anzahl von Linsen der dritten Linsenanordnung 52, die der x-Richtung angeordnet sind. Der Grund für die kleinere Anzahl besteht darin, dass in der x-Richtung die Anzahl der Teillichtstrahlenbündel, die von dem Polarisationsumsetzungssystem 40 ausgesendet werden, doppelt so groß ist wie die Anzahl der auftreffenden Teillichtstrahlenbündel. Da die zweite Linsenanordnung 34G, die die Funktionen sowohl der zweiten Linsenanordnung 34 als auch der dritten Linsenanordnung 52 besitzt, an der Eintrittsseite des Polarisationsumsetzungssystems 40 angeordnet ist, kann sie in der x-Richtung mit weniger Linsen als die dritte Linsenanordnung 52 konfiguriert werden. Gemäß dieser Erfindung bedeutet "optisch integriert" nicht nur die Verwendung von Klebstoff, um mehrere optische Elemente miteinander zu verkleben, um ein einzelnes optisches Element zu bilden, das die Funktionen mehrerer optischer Elemente besitzt, sondern beinhaltet außerdem das Eliminieren optischer Komponenten, die nicht erforderlich sind.
G. Siebte Ausführungsform
14 ist eine Seitenansicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine siebte Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beleuchtungssystem 100H ist das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 der ersten Ausführungsform durch ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30H ersetzt worden. Abgesehen von dem Größenunterschied längs der y-Achse sind das Polarisationsumsetzungssystem 40H und das optische Überlagerungssystem 50H gleich dem Polarisationsumsetzungssystem 40 bzw. dem optischen Überlagerungssystem 50.
Das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30H enthält eine erste Linsenanordnung 32H, eine Übertragungslinsenanordnung 36H und eine zweite Linsenanordnung 34H. Die erste Linsenanordnung 32H enthält mehrere erste kleine Linsen 32Ha. Die ersten kleinen Linsen 32Ha sind exzentrische Linsen, bei denen die Position der optischen Achse um einen Betrag, der von der Entfernung von der optischen Achse 100HLC des Systems in y-Richtung abhängt, in der y-Richtung versetzt ist. Deswegen wird ein Teillichtstrahlenbündel, das von einer ersten kleinen Linse 32Ha ausgeht, die von der optischen Achse 100HLC in der Richtung der ±y-Achse versetzt ist, gemäß dem Versetzungsbetrag abgelenkt.
Die Übertragungslinsenanordnung 36H enthält mehrere Übertragungslinsen 36Ha, die in den optischen Wegen der mehreren Teillichtstrahlenbündel, die von der ersten Linsenanordnung 32H ausgehen, angeordnet sind. Im Vergleich zu der Übertragungslinsenanordnung 36 des in 1 gezeigten Beleuchtungssystems ist die Übertragungslinsenanordnung 36H längs der y-Achse zu jeder Seite der optischen Achse 100HLC des Systems kleiner. Die zweite Linsenanordnung 34H enthält mehrere kleine Linsen 34Ha, die in den optischen Wegen der Teillichtstrahlenbündel, die von der Übertragungslinsenanordnung 36H ausgehen, angeordnet sind und ist längs der y-Achse zu jeder Seite der optischen Achse 100HLC des Systems kleiner als die zweite Linsenanordnung 34 des Beleuchtungssystems 100. Die zweiten kleinen Linsen 34Ha sind exzentrische Linsen, bei denen die Position der optischen Achse in der y-Richtung in der entgegengesetzten Richtung (längs der y-Achse) von der optischen Achse der entsprechenden ersten kleinen Linsen 32Ha um einen Betrag versetzt ist, der sich auf die Entfernung von der optischen Achse 100HLC des Systems bezieht. Folglich ist die Mittelachse jedes der Teillichtstrahlenbündel, die von der zweiten Linsenanordnung 34H ausgehen, im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 100HLC des Systems.
Die 15(A) und 15(B) zeigen einen Vergleich zwischen der Form der Teillichtstrahlenbündel, die auf das Polarisationsumsetzungssystem 40 der ersten Ausführungsform auftreffen, und der Form der Teillichtstrahlenbündel, die auf das Polarisationsumsetzungssystem 40H in dem Beleuchtungssystem 100H der siebten Ausführungsform auftreffen. In jedem Fall erfolgt die Ansicht von der Beleuchtungszone 80. In 15(A) treffen mehrere Teillichtstrahlen bündel auf den Polarisationsteilungsfilm 44b und den Reflexionsfilm 44c der Polarisationsstrahlteileranordnung auf, die das Polarisationsumsetzungssystem 40 bilden. Jedes der Teillichtstrahlenbündel, die von der ersten Linsenanordnung 32 ausgehen, wird durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 kontrahiert und trifft auf das Polarisationsumsetzungssystem 40 auf. Das hat Bereiche NA zwischen den Teillichtstrahlenbündeln in der vertikalen Richtung zur Folge, in denen überhaupt kein Licht ist. Wenn das Polarisationsumsetzungssystem 40H verwendet wird, wie in 15(B) gezeigt ist, sind die Bereiche NA eliminiert und die vertikale Größe des Polarisationsumsetzungssystems 40 kann verringert werden.
Somit wird gemäß dem Beleuchtungssystem 100H der siebten Ausführungsform das Polarisationsumsetzungssystem 40 der ersten Ausführungsform durch ein Polarisationsumsetzungssystem 40H ersetzt, das in der vertikalen Richtung kleiner ist, wodurch möglich wird, das optische System stromabwärts von dem Polarisationsumsetzungssystem 40H kleiner herzustellen. Darüber hinaus kann der Auftreffwinkel von Licht, das auf der Beleuchtungszone 80 in der y-Richtung auftrifft, verringert werden, wodurch es möglich ist, den Wirkungsgrad der Lichtausbeute an der Beleuchtungszone im Vergleich zum Beleuchtungssystem 100 zu vergrößern.
Selbst wenn die erste Linsenanordnung 32H gleich der ersten Linsenanordnung 32 der ersten Ausführungsform ist und für den konkaven Spiegel 24 der Lichtquelle 20 ein elliptischer Spiegel verwendet wird, kann der selbe Effekt erreicht werden wie derjenige, der mit dem Beleuchtungssystem 100H erreicht wird. Da im Einzelnen die erste Linsenanordnung 32 aus konzentrischen Linsen gebildet ist, können Herstellungskosten und verschiedene Typen der Aberration bei der ersten Linsenanordnung 32 effektiver verringert werden als bei dem Beleuchtungssystem 100H.
H. Achte Ausführungsform
16 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Beleuchtungssystems als eine achte Ausführungsform der Erfindung. Dieses Beleuchtungssystem 100I enthält ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30I, ein Polarisationsumsetzungssystem 40I und ein optisches Überlagerungssystem 50I.
Wenn der konkave Spiegel 24 der Lichtquelle 20 ein parabolischer Spiegel ist, ist die Parallelität des Lichtstrahlenbündels, das von der Lichtquelle 20 ausgesendet wird, um die optische Achse (wird nachfolgend als dir Mittelposition bezeichnet) am schlechtesten und wird zum Umfang hin besser. Wie oben unter Bezugnahme auf 12 in der fünften Ausführungsform beschrieben wurde, weisen die Teillichtstrahlenbündel, die aus dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem austreten, dann, wenn das Strahlenbündel eine geringe Parallelität besitzt, eine größere Divergenz auf. Demzufolge neigen die Teillichtstrahlenbündel, die auf dem Polarisationsumsetzungssystem 40H auftreffen, dazu, im Mittelabschnitt größer zu sein als am Umfang. Da darüber hinaus die Lichtintensität im Mittelabschnitt der Lichtquelle 20 größer ist, ist es erwünscht, die Größe des Polarisationsumsetzungssystems 40H in der x-Richtung in Übereinstimmung mit der Größe der Teillichtstrahlenbündel des Mittelabschnitts einzustellen. Die Verwendung der Teillichtstrahlenbündel des Mittelabschnitts als Referenz ermöglicht, dass die Teillichtstrahlenbündel des Umfangsabschnitts vertikal und horizontal kleiner gemacht werden können als die Teillichtstrahlenbündel des Mittelabschnitts, wodurch außerdem ermöglicht wird, die vertikale und horizontale Größe des Umfangsabschnitts des Polarisationsumsetzungssystems 40H zu verringern.
Das Polarisationsumsetzungssystem 40I ist so konfiguriert, dass der Abschnitt 40I1, auf dem die Teillichtstrahlenbündel die in der ±x-Richtung die äußersten sind, auftreffen, kleiner ist als der andere Abschnitt 40I2. Das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30I enthält zwei Teile 30I1 und 30I2 mit unterschiedlichen Linsencharakteristiken, wobei der Teil 30I1 Lichtstrahlenbündel mit einer Größe erzeugt, die dem Abschnitt 40I1 des Polarisationsumsetzungssystems entspricht, und der Teil 30I2 Lichtstrahlenbündel einer Größe erzeugt, die dem Abschnitt 40I2 des Polarisationsumsetzungssystems entspricht. Die dritte Linsenanordnung 52I und die vierte Linsenanordnung 54I sind ebenfalls mit Teilen 52I1 und 54I2, die der Größe des Abschnitts 40I1 des Polarisationsumsetzungssystems entsprechen, und mit Teilen 52I2 und 54I2, die der Größe des Abschnitts 40I2 des Polarisationsumsetzungssystems entsprechen, konfiguriert.
Das Beleuchtungssystem 100I ist stromabwärts des Polarisationsumsetzungssystems 40I positioniert, wodurch es kleiner hergestellt werden kann. Außerdem kann der Auftreffwinkel von Licht an der Beleuchtungszone 80 vergrößert werden, so dass dann, wenn optische Systeme oder optische Elemente, bei denen die optischen Charakteristiken von dem Auftreffwinkel abhängen, stromabwärts von dem Beleuchtungssystem verwendet werden sollen, die Lichtausbeute dieser Systeme und Elemente im Vergleich zu dem Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform verbessert werden kann.
J. Neunte Ausführungsform
17 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines Projektors, der das Beleuch tungssystem der Erfindung verwendet. Dieser Projektor 1000 enthält ein Beleuchtungssystem 100', einen Farbseparator 200, ein Lichtleitsystem 220, drei Flüssigkristall-Lichtventile (Flüssigkristallplatten) 300R, 3000, 300B, ein dichroitisches Kreuzprisma 320 und ein optisches Projektionssystem 340. In dem Projektor 1000 wird Licht, das von dem Beleuchtungssystem 100' ausgesendet wird, durch den Farbseparator 200 in rotes (R), blaues (B) und grünes (G) Licht aufgeteilt. Das Licht jeder Farbe verläuft durch die entsprechenden Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G und 300B und wird gemäß der Bildinformation moduliert. Die modulierten Farblichter werden dann durch das dichroitische Kreuzprisma 320 kombiniert und das Farbbild wird durch das optische Projektionssystem 340 auf einem Bildschirm SC angezeigt.
In dem Beleuchtungssystem 100' sind der Polarisationsteilungsfilm 44b und der Reflexionsfilm 44c des Polarisationsumsetzungssystems 40 des Beleuchtungssystems 100 in der y-Richtung angeordnet.
Die Funktionen der optischen Elemente, die das Beleuchtungssystem 100' bilden, sind die gleichen wie jene des Beleuchtungssystems 100. Somit sendet das Beleuchtungssystem 100' ein Beleuchtungsstrahlenbündel von linear polarisiertem Licht (in diesem Beispiel s-polarisiertes Licht), bei dem die polarisierten Komponenten die gleiche Polarisationsrichtung besitzen, um die Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 3000 und 300B, die jeweils die Beleuchtungszone 80 bilden, zu beleuchten. Die Auftreffoberflächen der Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G und 300B sind mit Polarisationsplatten versehen (die so angeordnet sind, dass die Durchlassachse der Polarisationsplatten auf die Polarisationsachse des Lichts ausgerichtet ist), um den Polarisierungsgrad des Beleuchtungslichts zu verbessern. Wenn jedoch das Licht, das von dem Beleuchtungssystem 100' ausgesendet wird, stark polarisiert ist, können die Polarisationsplatten weggelassen werden. Der Polarisierungsgrad des Beleuchtungslichts, der hier genannt wurde, bedeutet den Anteil des Beleuchtungslichts, welches das hier beschriebene linear polarisierte Licht ist.
Der Farbseparator 200 enthält dichroitische Spiegel 202 und 204 und einen Reflexionsspiegel 208, die dazu dienen, die Lichtstrahlenbündel von dem Beleuchtungssystem 100' in rotes, blaues und grünes Licht zu trennen. Der erste dichroitische Spiegel lässt rote Lichtkomponenten, die in dem Licht von dem Beleuchtungssystem 100' enthalten sind, durch und reflektiert blaue und grüne Komponenten. Rotes Licht, das von dem ersten dichroitischen Spiegel 202 durchgelassen wurde, wird durch den Reflexionsspiegel 208 auf das dichroitische Kreuzprisma 320 reflektiert. Rotes Licht von dem Farbseparator 200 geht über eine Vorsatzlinse 232 zu dem roten Flüssigkristall-Lichtventil 300R. Die Vorsatzlinse 232 setzt die Teillichtstrahlenbündel, die von dem Beleuchtungssystem 100' ausgesendet werden, in Lichtstrahlenbündel um, die zu ihrer Mittelachse parallel sind. Die Vorsatzlinsen 234 und 230, die vor den anderen Flüssigkristall-Lichtventilen vorgesehen sind, führen die gleiche Funktion aus.
Von den blauen und grünen Lichtkomponenten, die von dem ersten dichroitischen Spiegel 202 reflektiert werden, wird grünes Licht durch den zweiten dichroitischen Spiegel 204 reflektiert und wird dadurch zum dichroitischen Kreuzprisma 320 abgelenkt. Die grüne Lichtkomponente, die von dem Farbseparator 200 ausgesendet wird, geht über die Vorsatzlinse 234 zum grünen Flüssigkristall-Lichtventil 300G. Die blaue Lichtkomponente, die vom zweiten dichroitischen Spiegel 204 durchgelassen wird, tritt aus dem Farbseparator 200 aus und trifft auf das Lichtleitsystem 220 auf, in dem es durch die Eintrittslinse 222, die Übertragungslinse 226, Reflexionsspiegel 224 und 228 und die Austrittslinse (Vorsatzlinse) 230 und weiter zum blauen Flüssigkristall-Lichtventil 300B verläuft. Der Grund für die Verwendung eines Leitsystems 220 für das blaue Licht besteht darin, eine Verringerung der Lichtausbeute zu verhindern, die durch die Tatsache bewirkt wird, dass der optische Weg des blauen Lichts länger ist als der der anderen Farben. Mit anderen Worten, es muss ermöglicht werden, dass das blaue Licht unverändert zur Austrittslinse 230 durchgelassen wird. Die Entfernungen von der Übertragungslinse 56 des Beleuchtungssystems 100' zu jedem der Flüssigkristall-Lichtventile 300R und 330G sind so eingestellt, das sie im Wesentlichen gleich sind.
Die Flüssigkristall-Lichtventile 300R, 300G und 300B wirken als Lichtmodulator zum Modulieren des Lichts jeder Farbe gemäß der empfangenen Bildinformationen (Bildsignale). Das dichroitische Kreuzprisma 320 wirkt als ein Farbkombinierer zum Kombinieren des auf diese Weise modulierten Lichts der drei Farben, um ein Farbbild zu erzeugen. Das dichroitische Prisma 320 umfasst eine Rotlicht-Reflexionsoberfläche 321, die aus dielektrischen Mehrschicht-Filmstapeln gebildet ist, und eine Blaulicht-Reflexionsoberfläche 322, die aus dielektrischen Mehrschicht-Filmstapeln gebildet ist, die in der Form eines Kreuzes angeordnet sind. Die Rotlicht-Reflexionsoberfläche 321 und die Blaulicht-Reflexionsoberfläche 322 bilden die Farbkombinationsoberfläche der Erfindung. Licht, das durch das dichroitische Kreuzprisma kombiniert wurde, tritt in der Richtung des optischen Projektionssystems 340 aus, das das kombinierte Licht projiziert, um auf dem Bildschirm SC ein Farbbild anzuzeigen. Es ist vorzuziehen, für das optische Projektionssystem 340 telezentrische Linsen zu verwenden.
Die Verwendung eines Beleuchtungssystems 100' mit einem großen Wirkungsgrad der Polarisationsumsetzung verbessert die Lichtausbeute des Projektors 1000, was die Anzeige eines helleren Bildes zur Folge hat.
Die Verwendung des Projektors 1000 mit einem Beleuchtungssystem von einer der oben beschriebenen weiteren Ausführungsformen wird trotzdem ermöglichen, dass im Wesentlichen die gleichen Wirkungen erreicht werden.
Die 18(A) und 18(B) sind veranschaulichende Darstellungen, die das Licht betreffen, das von dem Beleuchtungssystem 100' zu dem ersten dichroitischen Spiegel 202, zu dem zweiten dichroitischen Spiegel 204 und zu dem dichroitischen Kreuzprisma 320 geht. Die 18(A) und 18(B) konzentrieren sich lediglich auf den ersten dichroitischen Spiegel 202, das Flüssigkristall-Rotlichtventil 300R und das dichroitischen Kreuzprisma 320, die zur Einfachheit so gezeigt sind, dass in einer geraden Linie angeordnet sind. Wie gezeigt ist, ist der erste dichroitische Spiegel 202 im Wesentlichen senkrecht zu der xz-Ebene positioniert und bildet einen vorgeschrieben Winkel ΘM1 in Bezug auf die yz-Ebene.
19 zeigt die Farbtrenncharakteristiken des ersten dichroitischen Spiegels 202. Wenn ein Lichtstrahlenbündel auf den ersten dichroitischen Spiegel 202 bei einem vorgeschriebenen Winkel ΘM1 auftrifft, lässt der dichroitische Spiegel nur die rote Komponente durch (oberhalb etwa 580 nm) und reflektiert die anderen Komponenten (blau und grün), wie in 19 durch die durchgängige Linie angegeben ist. Eine Abweichung beim Auftreffwinkel des auf den dichroitischen Spiegel 202 auftreffenden Lichts hat eine entsprechende Änderung der Farbtrenncharakteristiken zur Folge. Es gibt deswegen eine Abweichung bei dem roten Licht, das zu dem Flüssigkristall-Rotlicht ventil 300R geleitet wird, es sein denn, es wird bewirkt, dass das Licht bei dem vorgeschriebenen Winkel ΘM1 auf den dichroitischen Spiegel 202 auftrifft.
Selbst wenn zwei Lichtstrahlenbündel LA1, LA2 von unterschiedlichen Punkten in der x-Richtung bei den gleichen absoluten Winkeln ΘLA1, ΘLA2 relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems ausgesendet werden, werden sich die Auftreffwinkel auf dem ersten dichroitischen Spiegel 202 trotzdem voneinander unterscheiden und von dem vorgeschriebenen Winkel ΘM1 abweichen, wie in 18(A) gezeigt ist. Zum Beispiel ergibt sich in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel LA1 der Typ der Charakteristik, der in 19 mit der Punkt-Strich-Linie angegeben ist, und in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel LA1 ergibt sich der Typ der Charakteristik, der in 19 mit der gestrichelten Linie angegeben ist, an Stelle der geforderten Farbtrenncharakteristik, die durch die durchgehende Linie dargestellt ist. Wenn im Einzelnen in der xy-Ebene schräg auftreffendes Licht mit einem Auftreffwinkel ΘLA1, ΘLA2 relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems vorhanden ist, zeigen die Farbtrenncharakteristiken des ersten dichroitischen Spiegels 202 eine Änderung, die der Vergrößerung des Auftreffwinkels proportional ist, wodurch eine asymmetrische Farbabweichung längs der x-Achse des roten Lichts, das zu dem Flüssigkristall-Rotlichtventil 300R geleitet wird, bewirkt wird.
Wenn andererseits, wie in 18(B) gezeigt ist, zwei Lichtstrahlenbündel LB1, LB2 von unterschiedlichen Punkten in der y-Richtung bei den gleichen absoluten Winkeln ΘLB1, ΘLB2 relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems ausgesendet werden, sind die absoluten Auftreffwinkel Θa1, Θa2 in Bezug auf den ersten dichroitischen Spiegel 202 gleich, so dass die Farbtrenncharakteristik in Bezug auf die Lichtstrahlenbündel LA1, LA2 ebenfalls gleich sind. Die Farbtrenncharakteristiken in Bezug auf die beiden Strahlenbündel LB1, LB2 sind z. B. jene, die in 19 durch die Punkt-Strich-Linie angegeben sind. Wenn im Einzelnen in der yz-Ebene schräg auftreffendes Licht mit einem Auftreffwinkel ΘLA1, ΘLA2 relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems vorhanden ist, zeigen die Farbtrenncharakteristiken des ersten dichroitischen Spiegels 202 eine Änderung, die der Hälfte der Vergrößerung des Auftreffwinkels proportional ist, wodurch eine symmetrische Farbabweichung längs der y-Achse des roten Lichts, das zu dem Flüssigkristall-Rotlichtventil 300R geleitet wird, bewirkt wird. Ein wichtiger Punkt liegt jedoch darin, dass der Effekt, den in der yz-Ebene schräg auftreffendes Licht auf die Farbtrenncharakteristiken des dichroitischen Spiegels besitzt, kleiner ist als der Effekt von in der xz-Ebene schräg auftreffendem Licht. Folglich ist der Effekt der Farbabweichung in der y-Richtung bei rotem Licht, das über den ersten dichroitischen Spiegel 202 zu dem Flüssigkristall-Rotlichtventil 300R durchgelassen wird, geringer als der Effekt einer solchen Farbabweichung in der x-Richtung.
Das zeigt, dass es in Bezug auf den Winkel, bei dem Licht aus dem Beleuchtungssystem relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems ausgeht, vorzuziehen ist, dass der Winkel in der x-Richtung kleiner ist als der Winkel in der y-Richtung.
In dem Polarisationsumsetzungssystem 40 des Beleuchtungssystems 100' wird jedes der Teillichtstrahlenbündel, die aus dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30 austreten, in zwei Strahlenbündel in die Richtung unterteilt, in welcher der Polarisationsteilungsfilm 44b und der Reflexionsfilm 44c angeordnet sind, welches die y-Richtung ist. Die Dichte des Lichtflusses, der von dem Beleuchtungssystem 100' ausgesendet wird, ist in der y- Richtung größer als in der x-Richtung, deswegen neigen in der y-Richtung angeordnete Strahlenbündel im Vergleich zu der Auswirkung der in der x-Richtung angeordneten Strahlenbündel des Lichtflusses dazu, eine größere Auswirkung auf optische Systeme oder optische Elemente zu besitzen, bei denen die optischen Charakteristiken eine Winkelabhängigkeit aufweisen. Außerdem kann, wie unter Bezugnahme auf die siebte Ausführungsform beschrieben wurde, die Größe des Polarisationslichtteilungssystems in der Richtung, die senkrecht zu der Richtung verläuft, in der das polarisierte Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem 40 aufgeteilt wird, verringert werden, so dass die Neigung von Strahlenbündeln des Lichtflusses in der Ebene, die der Richtung entspricht, in der polarisiertes Licht aufgeteilt wird (die yz-Ebene), größer wird als die Neigung von Strahlenbündeln des Lichtflusses in der Ebene (xz-Ebene) senkrecht zu der Richtung, in der das polarisierte Licht unterteilt wird, und deswegen besteht die Tendenz, dass die Auswirkung auf optische Systeme oder optische Elemente, die optische Charakteristiken mit einer Winkelabhängigkeit aufweisen, größer wird.
Die obige Erläuterung für den ersten dichroitischen Spiegel 202 gilt auch für den zweiten dichroitischen Spiegel 204.
Anhand des oben Stehenden ist es in dem Projektor 1000 vorzuziehen, ein Beleuchtungssystem zu verwenden, bei dem das Polarisationsumsetzungssystem 40 die linear polarisierten Lichtkomponenten in der y-Richtung und nicht in der x-Richtung unterteilt. Das heißt, wenn das Beleuchtungssystem dieser Erfindung bei einer Vorrichtung angewendet wird, die einen dichroitischen Spiegel enthält, ist es vorzuziehen, dass die Richtung, in der polarisiertes Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem aufgeteilt wird, in rechten Winkeln zu der Richtung angeordnet ist, in der Licht durch den dichroitischen Spiegel in zwei Farben aufgeteilt wird. Das wird vorteilhaft Farbabweichungen in dem projizierten Bild verringern.
Da der Projektor 1000 ein Beleuchtungssystem 100' verwendet, in dem das Polarisationsumsetzungssystem 40 linear polarisierte Lichtkomponenten in der y-Richtung aufteilt, werden Farbabweichungen in den projizierten Bildern verringert.
Die obige Erläuterung, die unter Bezugnahme auf den dichroitischen Spiegel erfolgte, gilt außerdem für die rot-reflektierende dichroitische Oberfläche 321 und die blau-reflektierende dichroitische Oberfläche 322 des dichroitischen Kreuzprismas 320. Selbst wenn im Einzelnen, wie in 18(A) gezeigt ist, zwei Lichtstrahlenbündel LA1, LA2 von unterschiedlichen Punkten längs der x-Achse bei den gleichen absoluten Winkeln ΘLA1, ΘLA2 relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems ausgesendet werden, werden sich trotzdem die Auftreffwinkel ΘA1, ΘB2 von Licht, das auf der rot-reflektierenden dichroitischen Oberfläche 321 auftrifft, voneinander unterscheiden und von dem vorgeschriebenen Winkel ΘM2 abweichen. Wenn andererseits, wie in 18(B) gezeigt ist, zwei Lichtstrahlenbündel LB1, LB2 von unterschiedlichen Punkten längs der x-Achse bei den gleichen absoluten Winkeln ΘLB1, ΘLB2 relativ zu der optischen Achse 1000LC des Systems auf die rot-reflektierende dichroitische Oberfläche 321 auftreffen, werden die absoluten Auftreffwinkel Θa2, Θb2 in Bezug auf den ersten dichroitischen Spiegel 202 gleich sein.
Deswegen ist es dann, wenn das Beleuchtungssystem dieser Erfindung bei einer Vorrichtung angewendet wird, die ein dichroitisches Kreuzprisma enthält, vorzuziehen, dass die Richtung, in der das polarisierte Licht in dem Polarisa tionsumsetzungssystem unterteilt wird, in rechten Winkeln zu der Richtung angeordnet ist, in der Licht von dem dichroitischen Prisma in zwei Farben getrennt wird.
Da der Projektor 1000 ein Beleuchtungssystem 100' verwendet, bei dem das Polarisationsumsetzungssystem 40 linear polarisierte Lichtkomponenten in der y-Richtung aufteilt, sind Farbveränderungen in den projizierten Bildern verringert.
Während der Projektor 1000 unter Bezugnahme auf eine Vorrichtung zum Anzeigen von Farbbildern beschrieben wurde, kann er außerdem als Projektor zum Anzeigen monochromer Bilder verwendet werden.
K. Zehnte Ausführungsform
20 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines weiteren Projektors, der das Beleuchtungssystem der Erfindung verwendet. Dieser Projektor 2000 verwendet das Beleuchtungssystem 100 der ersten Ausführungsform.
Der Projektor 2000 enthält das Beleuchtungssystem 100, ein Polarisationsteilungsprisma 420, ein Flüssigkristall-Lichtventil des Reflexionstyps (Flüssigkristallplatte) 440 und ein optisches Projektionssystem 340. Das Flüssigkristall-Lichtventil des Reflexionstyps 440, das Polarisationsteilungsprisma 420 und das optische Projektionssystem 340 sind in dieser Reihenfolge auf der optischen Achse 2000LC des Systems angeordnet.
Linear polarisiertes Licht in einem s-polarisierten Zustand, das von dem Beleuchtungssystem 100 ausgesendet wird, tritt über eine Seitenoberfläche 422, die parallel zur optischen Achse 2000LC des Systems ist, in das Pola risationsteilungsprisma 420 ein und trifft auf einen Polarisationsteilungsfilm 428 auf. Der Polarisationsteilungsfilm 428 reflektiert s-polarisiertes Licht und lässt p-polarisiertes Licht durch, so dass s-polarisiertes Licht, das auf den Polarisationsteilungsfilm 428 auftrifft, durch eine Seitenoberfläche 424, die dem Lichtventil 440 zugewandt ist, heraus reflektiert wird.
Licht, das auf dem Lichtventil 440 auftrifft, wird in die der Auftreffrichtung entgegengesetzte Richtung zurück reflektiert. Wenn das Flüssigkristall vollständig ausgeschaltet ist, ist Licht, das aus dem Lichtventil 440 austritt, s-polarisiertes Licht, das in das Polarisationsteilungsprisma 420 eintritt und wieder durch den Polarisationsteilungsfilm 428 reflektiert wird. Folglich trifft Licht, das von dem Lichtventil 440 kommt, nicht auf dem optischen Projektionssystem 340 auf, sondern tritt aus der Seitenoberfläche 422, die dem Beleuchtungssystem 100 zugewandt ist, aus, was eine dunkle Anzeige auf dem Bildschirm SC zur Folge hat. Wenn das Flüssigkristall vollständig eingeschaltet ist, wird Licht, das aus dem Lichtventil 440 austritt, in p-polarisiertes Licht umgesetzt und wird deswegen von dem Polarisationsteilungsfilm 428 durchgelassen. Folglich tritt Licht, das von dem Lichtventil 440 kommt, aus der Seitenoberfläche 426 aus und trifft auf dem optischen Projektionssystem 340 auf, wodurch ein heller Anzeigeschirm erzeugt wird. Wenn das Flüssigkristall in einem Zwischenzustand zwischen ein- und ausgeschaltet ist, enthält der Zwischenzustand sowohl s- als auch p-polarisiertes Licht, wodurch eine Grauwert-Anzeige erzeugt wird.
Auf diese Weise verwendet der Projektor 2000 Licht, das von dem Beleuchtungssystem 100 ausgesendet wird, um das Flüssigkristall jedes Pixels des Lichtventils 440 gemäß empfangener Bildinformationen ein- und auszuschalten und um dadurch Bilder auf dem Bildschirm anzuzeigen.
Mit dem Projektor 2000 dieser zehnten Ausführungsform kann außerdem die Lichtausbeute durch die Verwendung eines Beleuchtungssystems verbessert werden, das einen großen Wirkungsgrad der Polarisationslichtumsetzung besitzt, wodurch helle Bilder angezeigt werden können.
Mit einem Projektor 2000, der eines der Beleuchtungssysteme verwendet, die oben in den anderen Ausführungsformen beschrieben wurden, kann im Wesentlichen die gleiche Wirkung erreicht werden.
Das Polarisationsteilungsprisma 420 entspricht der Polarisationsteilungsvorrichtung der beanspruchten Erfindung.
Der Projektor 2000 wurde unter Bezugnahme auf Beleuchtungslicht von dem Beleuchtungssystem 100, das von dem Polarisationsteilungsprisma 420 auf das Lichtventil 440 reflektiert wird, beschrieben. Es kann jedoch statt dessen eine Anordnung verwendet werden, bei der das Beleuchtungslicht von dem Beleuchtungssystem 100 von dem Polarisationsteilungsprisma 420 auf das Flüssigkristall-Lichtventil 440 des Reflexionstyps durchgelassen wird und das von dem Flüssigkristall-Lichtventil 440 des Reflexionstyps reflektierte Licht von dem Polarisationsteilungsprisma 420 auf das optische Projektionssystem 340 reflektiert wird.
21 ist eine veranschaulichende Darstellung, die das Licht betrifft, das auf dem Polarisationsteilungsprisma 420 auftrifft. Dabei konzentriert sich die Erläuterung auf Licht in der yz-Ebene. Licht B ist ein Lichtstrahlenbündel, das auf die Seitenoberfläche 422 senkrecht auftrifft (d. h. längs einer Linie, senkrecht zu der Seitenoberfläche 422 oder längs der z-Achse) und Licht A und Licht C sind schräg auftreffende Lichtstrahlenbündel, die bei einem Winkel zur Normallinie der Lichtauftreffoberfläche 422 auftreffen. Wenn die Polarisationsachse des Lichts, das auf der Seitenoberfläche 422 auftrifft, senkrecht zu der Richtung verläuft, in der polarisiertes Licht von dem Polarisationsteilungsfilm 428 unterteilt wird (die z- und x-Richtungen), d. h., wenn die Polarisationsachse die y-Achse ist, wird das Licht, entweder A, B oder C um 90° abgelenkt, indem es von dem Polarisationsteilungsfilm 44b reflektiert wird, und tritt deswegen an der Seitenoberfläche 424 aus. Da das Licht B senkrecht auf der Seitenoberfläche 422 auftrifft, wird die Orientierung der Polarisationsachse vom Licht B, das aus der Seitenoberfläche 424 von dem Polarisationsteilungsfilm 428 heraus reflektiert wird, die y-Richtung sein. Bei dem Licht A und C, das auf der Auftreffoberfläche 422 schräg auftrifft, wenn man aus der z-Richtung auf das Polarisationsteilungsprisma 420 blickt, wird jedoch die Polarisationsachse von Licht, das von der Seitenoberfläche 4242 ausgeht, nicht mit der y-Achse übereinstimmen, sondern wird um +ΘR (Licht A) bzw. –ΘR (Licht C) relativ zur y-Achse gedreht sein. Dabei wird eine Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung als positive Drehung betrachtet. Falls Licht auf den Polarisationsteilungsfilm 428 bei einem Neigungswinkel in Bezug auf die z-Achse in einer Ebene (Ebene yz) auftrifft, d. h. senkrecht zu der Richtung, in der polarisiertes Licht durch den Polarisationsteilungsfilm 428 aufgeteilt wird (die Richtungen der x- und z-Achse), wird die Polarisationsachse des Lichts, das von dem Polarisationsteilungsfilm 428 reflektiert wird, ungeachtet der Polarisationslichtteilungs-Charakteristiken des Polarisationsteilungsfilms 428 gedreht. Das bedeutet, dass selbst dann, wenn linear polarisiertes Licht auf das Polarisationsteilungsprisma 420 auftrifft, nachdem die Polarisationsachse zuvor eingestellt wurde, das Licht, das aus der Seitenoberfläche 4242 austritt und auf das Flüssigkristall-Lichtventil 440 des Reflexionstyps auftrifft, eine unerwünschte linear polarisierte Lichtkomponente enthält und die Helligkeit und den Kontrast der projizierten Bilder verschlechtert, falls ein Teil des linear polarisierten Lichts relativ zur Seitenoberfläche 422 schräg auftrifft.
Es ist deswegen vorzuziehen, dass das Licht, das von dem Beleuchtungssystem ausgesendet wird, in der y-Richtung in Bezug auf die optische Achse 2000LC des Systems, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der das polarisierte Licht von dem Polarisationsteilungsfilm 428 aufgeteilt wird, eine geringere Neigung besitzt.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Dichte des Lichtflusses, der von dem Beleuchtungssystem ausgesendet wird, in der Richtung größer, in der das Polarisationsumsetzungssystem 40 das polarisierte Licht aufteilt, als in rechten Winkeln dazu. Deswegen haben Strahlenbündel des Lichtflusses, die auf die Richtung ausgerichtet sind, in der das polarisierte Licht aufgeteilt wird, im Vergleich zu Strahlenbündeln des Lichtflusses, die in rechten Winkeln zu der Richtung verlaufen, in der das polarisierte Licht unterteilt wird, eine stärkere Auswirkung auf optische Systeme oder optische Elemente, bei denen die optischen Charakteristiken eine Winkelabhängigkeit besitzen. Wie unter Bezugnahme auf die siebte Ausführungsform beschrieben wurde, kann darüber hinaus die Größe des Polarisationslichtteilungssystems in der Richtung senkrecht zu der Richtung, in der das Polarisationsumsetzungssystem 40 das polarisierte Licht unterteilt, verringert werden, so dass die Neigung der Strahlenbündel des Lichtflusses in der Ebene, die die Richtung enthält, in der das polarisierte Licht unterteilt wird, eine größere Auswirkung auf optische Systeme oder optische Elemente, die optische Charakteristiken mit einer Winkelabhängigkeit aufweisen, besitzen als die Neigung von Strahlenbündel des Lichtflusses in der Ebene senkrecht zu der Richtung, in der das polarisierte Licht unterteilt wird.
Anhand des oben Stehenden ist es in dem Projektor 2000 der zehnten Ausführungsform vorzuziehen, ein Beleuchtungssystem zu verwenden, bei dem das Polarisationsumsetzungssystem 40 linear polarisiertes Licht in der gleichen Richtung wie das Polarisationsteilungsprisma 420, d. h. in der x-Richtung unterteilt. Mit anderen Worten, wenn das Beleuchtungssystem dieser Erfindung bei einem Projektor angewendet wird, der ein Flüssigkristall-Lichtventil des Reflexionstyps und ein Polarisationsteilungsprisma enthält, ist es vorzuziehen, dass die Richtung, in der polarisiertes Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem des Beleuchtungssystems unterteilt wird, mit der Richtung übereinstimmt, in der das Polarisationsteilungsprisma das polarisierte Licht unterteilt. Das ist vorteilhaft, um den Wirkungsgrad der Polarisationsumsetzung des Polarisationsteilungsprismas zu verbessern und die Helligkeit und den Kontrast der projizierten Bilder zu vergrößern.
Während der Projektor 2000 unter Bezugnahme auf eine Vorrichtung zum Anzeigen monochromer Bilder beschrieben wurde, kann er außerdem ebenso wirkungsvoll bei einem Projektor zum Anzeigen von Farbbildern angewendet werden.
L. Elfte Ausführungsform
22 ist eine Draufsicht der allgemeinen Konfiguration wesentlicher Teile eines weiteren Projektors, der das Beleuchtungssystem der Erfindung verwendet.
Der Projektor 3000 enthält ein Beleuchtungssystem 100', drei dichroitische Spiegel 500R, 500G und 500B, ein Flüssigkristall-Farblichtventil des Reflexionstyps (Flüs sigkristallplatte) 520 und ein optisches Projektionssystem 340. Die dichroitischen Spiegel 500R, 500G und 500B reflektieren rotes (R), grünes (G) bzw. blaues (B) Licht und lassen andere Farben durch. Die Spiegel 500R, 500G, 500B sind in dieser Reihenfolge an der Seite nahe zum Beleuchtungssystem 100' in einer zueinander nicht parallelen Beziehung angeordnet. Die dichroitischen Spiegel müssen nicht in dieser Reihenfolge angeordnet sein, ihre Anordnung wird jedoch anhand der Pixelkonfiguration eines Flüssigkristall-Farblichtventils 520 des Einzelplattentyps, das später beschrieben wird, bestimmt. Außerdem kann an Stelle des dichroitischen Spiegels, der von dem Beleuchtungssystem 100' am weitesten entfernt ist (in dieser Ausführungsform der dichroitische Spiegel 500B), ein reflektierender Spiegel verwendet werden.
Die dichroitischen Spiegel 500R, 5000 und 500B sind nahe zum Schnittpunkt von der optischen Achse 100LC des Beleuchtungssystems 100' und der optischen Achse 300LC des Projektionssystems 340, die durch den Mittelpunkt des Flüssigkristall-Farblichtventils 520 des Einzelplattentyps verläuft, mit der Normallinie der Spiegeloberfläche des grün-reflektierenden dichroitischen Spiegels 500G und der optischen Achse 100LC des Beleuchtungssystems 100', die einen Winkel von 45° bilden, angeordnet. Der rot-reflektierende dichroitische Spiegel 500R ist in Uhrzeigerrichtung um die y-Achse gedreht, wodurch sie in einem geringen Winkel zum dichroitischen Spiegel 500G eingestellt ist. Der blau-reflektierende dichroitische Spiegel 500B ist ebenfalls geringfügig um die y-Achse gedreht, um sie in einem geringen Winkel zum dichroitischen Spiegel 500G einzustellen. Die Winkel werden später erläutert.
Von dem Licht, das von dem Beleuchtungssystem 100' ausgesendet wird, wird rotes Licht von dem dichroitischen Spiegel 500R auf das Lichtventil 520 reflektiert. Nachdem grünes Licht von dem dichroitischen Spiegel 500R durchgelassen wurde, wird es von dem dichroitischen Spiegel 500G reflektiert, geht durch den dichroitischen Spiegel 500R und trifft auf das Lichtventil 520. Blaues Licht geht durch die dichroitischen Spiegel 500R und 5000 und wird dann ebenfalls von dem dichroitischen Spiegel 500B reflektiert und erreicht das Lichtventil 520. Da die drei dichroitischen Spiegel zueinander nicht parallel sind, trifft das von jedem dichroitischen Spiegel reflektierte Licht bei unterschiedlichen Auftreffwinkeln auf das Lichtventil 520 auf.
Die 23(A) und 23(B) sind vergrößerte Darstellungen einer Pixelkonfiguration des Flüssigkristall-Farblichtventils 520 des Einzelplattentyps. Wie in 23(A) gezeigt ist, enthält das Lichtventil 520 einen Lichtventilabschnitt 530, der mehrere Pixel enthält, und eine Mikrolinsenanordnung 540, die auf der Auftreffoberfläche des Lichtventilabschnitts 530 vorgesehen ist. Jedes Pixel 531 des Lichtventilabschnitts 530 enthält drei Farbunterpixel 531R, 531G, 531B, die den Farben rot (R), grün (G) bzw. blau (B) entsprechen. Die Auftreffoberfläche jedes Pixels 531 ist mit einer Mikrolinse 541 versehen. Die Lichtstrahlenbündel der drei Farben, die auf dem Flüssigkristall-Farblichtventil 520 des Einzelplattentyps bei unterschiedlichen Auftreffwinkeln auftreffen, werden jeweils durch die einzelnen Mikrolinsen 541 der Mikrolinsenanordnung 540 auf die entsprechenden Unterpixel 531R, 531G, 531B gebündelt und jedes Unterpixel moduliert das Farblicht gemäß Bildinformationssignalen, die an das System angelegt werden.
Die Auftreffwinkel des Lichts jeder Farbe auf dem Lichtventil 520, die den Winkeln der drei dichroitischen Spiegel entsprechen, werden so eingestellt, dass das Licht jeder Farbe auf dem entsprechenden Pixel auftrifft.
Diese Winkel werden gemäß dem Abstand PD zwischen den Unterpixeln 531R, 531G, 531B und der Brennweite fμ der Mikrolinsen 541 bestimmt.
Licht, das von jedem der Pixel 531 des Lichtventils 520 von 22 ausgeht, wird durch das optische Projektionssystem 340 projiziert, um auf dem Bildschirm SC ein Farbbild anzuzeigen.
Mit dem Projektor 3000 dieser zehnten Ausführungsform kann außerdem die Lichtausbeute durch die Verwendung eines Beleuchtungssystems 100' mit einem großen Wirkungsgrad der Polarisationslichtumsetzung verbessert werden, wodurch die Anzeige von hellen Bildern möglich wird.
Darüber hinaus kann im Wesentlichen der gleiche Effekt mit einem Projektor 3000 erreicht werden, der eines der Beleuchtungssysteme verwendet, die in den oben beschriebenen anderen Ausführungsformen verwendet wurden.
Wie unter Bezugnahme auf die siebte Ausführungsform beschrieben wurde, kann die Größe des Polarisationslichtteilungssystems in der Richtung senkrecht zu der Richtung, in der das polarisierte Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem 40 unterteilt wird, verringert werden, so dass die Neigung von Strahlenbündeln des Lichtflusses in der Ebene, die die Richtung enthält, in der polarisiertes Licht unterteilt wird (yz-Ebene), eine größere Auswirkung auf optische Systeme oder optische Elemente, die optische Charakteristiken mit einer Winkelabhängigkeit haben, besitzt als die Neigung von Strahlenbündel des Lichtflusses in der Ebene (xz-Ebene) senkrecht zu der Richtung, in der das polarisierte Licht unterteilt wird. Da ferner die Dichte des Lichtflusses, der von dem Beleuchtungssystem 100 ausgesendet wird, in der y-Richtung größer ist als in der x-Richtung, verglichen mit der Auswirkung der Strahlenbündel des Lichtflusses, die in der x-Richtung angeordnet sind, besitzen die in der y-Richtung angeordneten Strahlenbündel eine größere Auswirkung auf solche optische Systeme oder optische Elemente, bei denen die optischen Charakteristiken eine Winkelabhängigkeit aufweisen. Es gibt eine umgekehrte Beziehung zwischen dem Strahlenbündel-Divergenzwinkel und den Strahlenbündel-Konzentrationseigenschaften. Ein Bild mit kleiner Konvergenz kann nicht mit einem Lichtstrahlenbündel erzeugt werden, das einen großen Divergenzwinkel aufweist. Je größer demzufolge der Divergenzwinkel des Lichts ist, das zum Beleuchten eines Flüssigkristall-Lichtventils verwendet wird, desto kleiner ist die Lichtausbeute des Lichtventils und des optischen Projektionssystems.
Wie in 23(B) gezeigt ist, besitzen die Subpixel bzw. Unterpixel 531R, 531G, 531B, die ein Pixel 531 des Lichtventils 520 bilden, jeweils eine rechteckige Form, die in der y-Richtung ausgedehnt ist, was bei Betrachtung aus der z-Richtung ein im Wesentlichen quadratisches Pixel 531 zur Folge hat. Durch die Verwendung einer Anordnung, die die Form der Unterpixel mit den optischen Charakteristiken, wie etwa der Divergenzwinkel oder der Konvergenzwinkel des darauf auftreffenden Lichtstrahlenbündels, in Übereinstimmung bringt, wird es deswegen möglich, eine derartige Verringerung der Lichtausbeute selbst dann zu verhindern, wenn bei dem Beleuchtungssystem 100' das Strahlenbündel, das von dem Beleuchtungssystem ausgesendet wird, in einer bestimmten Richtung einen verhältnismäßig großen Divergenzwinkel besitzt. Im Einzelnen wird die Richtung, in der das Strahlenbündel von dem Beleuchtungssystem 100 einen großen Divergenzwinkel aufweist, vorzugsweise so eingestellt, dass sie mit den längeren Seiten der rechteckigen Unterpixel übereinstimmt. Bei einer derartigen Anordnung ist das konvergierte Bild in der x-Richtung klein und in der y-Richtung verhältnismäßig groß, wodurch ermöglicht wird, dass Licht jeder Farbe auf dem entsprechenden Unterpixel auftrifft.
Demzufolge wird in dem Projektor 3000 der elften Ausführungsform die Richtung, in der polarisiertes Licht in dem Polarisationsumsetzungssystem 40 unterteilt wird, so eingestellt, dass sie mit den längeren Seiten der rechteckigen Unterpixel, die in dem Flüssigkristall-Lichtventil verwendet werden, übereinstimmt. Folglich trifft Licht jeder Farbe lediglich auf dem entsprechenden Unterpixel auf, wodurch es möglich wird, Bilder zu erreichen, die hell und ohne Farbversatz sind. Bei einem Projektor, der Lichtventile verwendet, bei denen die Farbunterpixel räumlich getrennt sind, wobei Flüssigkristall-Farblichtventile des Reflexionstyps ein typisches Beispiel sind, ist es möglich, das Licht jeder Farbe, das auf den falschen Unterpixel auftrifft (wodurch sich die Farbwiedergabe der angezeigten Bilder verschlechtert), durch Ausrichtung auf die Richtung, in der das Strahlenbündel am breitesten ist und den größten Winkel mit den längeren Seiten der Unterpixel aufweist, zu verringern.
Obwohl die obigen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf das Beispiel eines Beleuchtungssystems beschrieben wurden, das ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem besitzt, das eine erste Linsenanordnung, eine zweite Linsenanordnung und eine Übertragungslinsenanordnung enthält, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und kann statt dessen außerdem in der nachfolgend beschriebenen Weise konfiguriert sein.
25 zeigt eine Variation des Beleuchtungssystems der Erfindung. Das Beleuchtungssystem 100J enthält eine Lichtquelle 20, ein optisches Leistungsänderungs-Übertra gungssystem 30J, ein Polarisationsumsetzungssystem 40J und ein optisches Überlagerungssystem 50J. Das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30J enthält eine erste Linse 32J, eine Übertragungslinse 36J und eine zweite Linse 34J, die die gleichen Funktionen besitzen wie die erste kleine Linse 32a, die Übertragungslinse 36a und die zweite kleine Linse 34a der ersten Ausführungsform.
Das Polarisationsumsetzungssystem 40J besitzt einen Polarisationsstrahlteiler 44Fa und ein Reflexionsprisma 44Jb sowie eine λ/2-Verzögerungsplatte 46J. Ein Lichtstrahlenbündel, das von dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30J ausgesendet wird, trifft auf dem Polarisationsstrahlteiler 44Ja auf und wird durch den Polarisationsteilungsfilm 44b in zwei Typen von linear polarisiertem Licht, wie etwa s-polarisiertes Licht und p-polarisiertes Licht, unterteilt. Ein Typ des linear polarisierten Lichts, z. B. p-polarisiertes Licht, geht durch den Polarisationsteilungsfilm 44b und trifft auf die λ/2-Verzögerungsplatte 46J auf, wo er in s-polarisiertes Licht umgesetzt wird und austritt. Das s-polarisierte Licht wird durch den Polarisationsteilungsfilm 44b auf das Reflexionsprisma 44Jb reflektiert, wo es durch den Reflexionsfilm 44c reflektiert wird und im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie das s-polarisierte Licht, das von der λ/2-Verzögerungsplatte 46J ausgesendet wird, austritt. Auf diese Weise wird das Lichtstrahlenbündel, das von dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30J ausgesendet wird, von dem Polarisationsumsetzungssystem 40J in zwei Lichtstrahlenbündel, die in der gleichen Richtung polarisiert sind, umgesetzt.
Das optische Überlagerungssystem 50J enthält ein Paar dritter Linsen 52J und ein Paar vierter Linsen 54J, die den dritten Linsen 52J entsprechen und an der Austritts seite des Polarisationsstrahlteilers 44Ja und des Reflexionsprismas 44Jb angeordnet sind. Die zwei Lichtstrahlenbündel, die von dem Polarisationsumsetzungssystem 40J ausgehen, beleuchten über die entsprechenden vierten Linsen 54J und die dritten Linsen 52J im Wesentlichen die gleiche Stelle auf der Beleuchtungszone 80.
In diesem Beleuchtungssystem 100J kann ebenfalls die Größe des Lichtstrahlenbündels, das von der Lichtquelle 20 ausgesendet wird, durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem 30J verringert werden, wodurch ermöglicht wird, dass das Strahlenbündel von der Lichtquelle 20 effektiv auf das Polarisationsumsetzungssystem 40 auftrifft. Das Ergebnis ist ein Beleuchtungssystem mit einem großen Wirkungsgrad der Polarisationslichtumsetzung.
Die obige Beschreibung erfolgte unter Bezugnahme auf ein Beleuchtungssystem, das bei einem Projektor angewendet wurde. Das ist jedoch nicht einschränkend. Das Beleuchtungssystem der Erfindung kann statt dessen bei verschiedenen Typen von Vorrichtungen angewendet werden.
Obwohl eine Flüssigkristallplatte als eine elektrooptische Vorrichtung verwendet wird, kann jeder Typ von elektrooptischen Vorrichtungen verwendet werden, der ein spezielles linear polarisiertes Licht für die Beleuchtung verwendet.
Selbstverständlich sind die obigen Ausführungsformen lediglich veranschaulichend und in keiner Weise einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Beleuchtungssystem, das eine als Beleuchtungszone dienende Lichtauftreffoberfläche einer optischen Vorrichtung beleuchtet, wobei das System aufweist: eine Lichtquelle (20), die nicht polarisiertes Licht aussendet, ein optisches Leistungsänderungs-Übertragungssystem bzw. Relaysystem (30), das die Größe eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahlenbündels ändert, ein optisches Überlagerungssystem (50), das eine Beleuchtung der Beleuchtungszone durch ein gegebenes auftreffendes Lichtstrahlenbündel bewirkt, und ein Polarisationsumsetzungssystem (40), das an einer ausgewählten Position längs eines Lichtweges von einer Auftreffoberfläche des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems zu einer Austrittsfläche des optischen Überlagerungssystems vorgesehen ist, um ein auftreffendes Lichtstrahlenbündel aus nicht polarisiertem Licht in ein Lichtstrahlenbündel mit einer linear polarisierten Komponente mit einem Polarisationsrichtungstyp umzusetzen, und das umgesetzte Lichtstrahlenbündel aussendet, wobei die Größe eines Lichtstrahlenbündels, das in das Polarisationsumsetzungssystem (40) eintritt, durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem (30) in einer vorgeschriebenen bzw. vorgegebenen Richtung verringert wird, wobei das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem (30) aufweist: eine erste Linsenanordnung (32) mit mehreren ersten kleinen Linsen, und eine zweite Linsenanordnung (34) mit mehreren zweiten kleinen Linsen, wobei das Polarisationsumsetzungssystem (40) aufweist: eine Polarisationsstrahlteileranordnung (44), die mehrere Paare zueinander paralleler Polarisationsteilungsfilme und Reflexionsfilme in einem geneigten Zustand längs der vorgeschriebenen Richtung besitzt und das auftreffende Strahlenbündel aus nicht polarisiertem Licht in mehrere Teillichtstrahlenbündel aus zwei Typen von linear polarisiertem Licht trennt, und eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung (46), die die Polarisationsrichtung eines ersten Typs von linear polarisiertem Licht der beiden Typen von linear polarisiertem Licht in die gleiche Polarisationsrichtung wie ein zweiter Typ von linear polarisiertem Licht umsetzt, wobei ein von der Lichtquelle ausgesendetes Lichtstrahlenbündel durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem in mehrere Teillichtstrahlenbündel geteilt wird und die Größe jedes der mehreren Teillichtstrahlenbündel in der vorgeschriebenen Richtung durch das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Leistungsänderungs-Übertragungssystem (30) ferner aufweist: eine Übertragungslinsenanordnung (36), die mehrere Übertragungslinsen besitzt, die auf einer Lichtaussendeseite der ersten Linsenanordnung angeordnet ist, derart, dass die zweite Linsenanordnung auf einer Lichtaussendeseite der Übertragungslinsenanordnung angeordnet ist, wobei die erste Linsenanordnung und die zweite Lin senanordnung an einander zugeordneten bzw. konjugierten Punkten der Übertragungslinsenanordnung angeordnet sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem das optische Überlagerungssystem (50) aufweist: eine dritte Linsenanordnung (52) mit mehreren dritten kleinen Linsen, auf die die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die in das optische Überlagerungssystem eintreten, auftreffen, eine vierte Linsenanordnung (54) mit mehreren vierten kleinen Linsen, die den mehreren dritten kleinen Linsen entsprechen, und eine Überlagerungslinse (56), die der Beleuchtungszone mehrere Teillichtstrahlenbündel, die durch die dritte Linsenanordnung und durch die vierte Linsenanordnung verlaufen, überlagert.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem das optische Überlagerungssystem (50) aufweist: eine dritte Linsenanordnung (52) mit mehreren kleinen Linsen, die die mehreren Teillichtstrahlenbündel auf der Beleuchtungszone im Wesentlichen überlagern, und eine vierte Linsenanordnung (54) mit mehreren vierten kleinen Linsen, die den mehreren dritten kleinen Linsen entsprechen.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Polarisationsumsetzungssystem (40) zwischen der dritten Linsenanordnung (50) und der vierten Linsenanordnung (54) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, bei dem die zweite Linsenanordnung (34) und die dritte Linsenanordnung (52) optisch integriert sind.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Polarisationsumsetzungssystem (40) zwischen dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem (30) und dem optischen Überlagerungssystem (50) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Polarisationsumsetzungssystem (40) zwischen der Übertragungslinsenanordnung (36) und der zweiten Linsenanordnung (34) des optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystems (30) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die optischen Achsen der mehreren ersten kleinen Linsen der ersten Linsenanordnung (32) in einer zu der vorgeschriebenen Richtung senkrechten Richtung jeweils eine andere Position haben, so dass mehrere Teillichtstrahlenbündel, die in das Polarisationsumsetzungssystem eintreten, in wenigstens der zu der vorgeschriebenen Richtung senkrechten Richtung einander benachbart sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, bei dem die mehreren Teillichtstrahlenbündel, die in der vorgeschriebenen Richtung angeordnet sind, in dem optischen Leistungsänderungs-Übertragungssystem in einem Reduzierungsverhältnis reduziert werden, das entsprechend der Position jedes Teillichtstrahlenbündels auf der Anordnung unterschiedlich ist.
Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Übertragungslinsen durch eine zusammengesetzte Linse, die wenigstens zwei Linsen umfasst, gebildet sind.
Projektor (1000) zum Anzeigen projizierter Bilder, mit: einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einer elektrooptischen Vorrichtung (300), die in Reaktion auf Bildsignale Licht, das von dem Beleuchtungssystem empfangen wird, in Licht für die Erzeugung von Bildern umsetzt und das somit umgesetzte Licht aussendet, und einem optischen Projektionssystem (340), das von der elektrooptischen Vorrichtung ausgesendetes Licht projiziert.
Projektor nach Anspruch 11, der ferner aufweist: einen Farbseparator (200), der von dem Beleuchtungssystem ausgesendetes Licht in mehrere Farbkomponenten separiert, mehrere elektrooptische Vorrichtungen (300R, 300G, 300B), die jede der Farbkomponenten, die durch den Farbseparator separiert wurden, getrennt empfangen, und einen Farbkombinierer (320), der Licht jeder Farbkomponente, das von den mehreren elektrooptischen Vorrichtungen ausgesendet wird, kombiniert, wobei das optische Projektionssystem das kombinierte Licht, das von dem Farbkombinierer ausgeht, projiziert.
Projektor nach Anspruch 12, bei dem unter der Annahme, dass x, y und z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, der Farbseparator eine Farbtrennoberflächen-Ebene besitzt, die zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht und um einen vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt ist, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere der Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm, die in dem Polarisationsumsetzungssystem enthalten sind, angeordnet sind, mit der y-Richtung im Wesentlichen zusammenfällt.
Projektor nach Anspruch 12 oder 13, bei dem unter der Annahme, dass x, y und z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, der Farbkombinierer eine Farbkombinationsoberflächen-Ebene besitzt, die zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht und um einen vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt ist, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der die mehreren Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm angeordnet sind, mit der Richtung y im Wesentlichen zusammenfällt.
Projektor (2000) zum Anzeigen projizierter Bilder, mit: einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einer elektrooptischen Vorrichtung (440) des Reflexi onstyps, die in Reaktion auf empfangene Bildsignale auftreffendes Licht in Licht zum Erzeugen von Bildern umsetzt, während sie das Licht reflektiert, einem optischen Projektionssystem (340), das von der elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps ausgesendetes Licht projiziert, und einer Polarisationsteilungsvorrichtung (420), die erstes linear polarisiertes Licht, das von dem Beleuchtungssystem empfangen wird, zu der elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps lenkt und außerdem zweites linear polarisiertes Licht, das von der elektrooptischen Vorrichtung des Reflexionstyps empfangen wird und in einer zu dem ersten linear polarisierten Licht senkrechten Richtung polarisiert ist, zu dem optischen Projektionssystem lenkt.
Projektor nach Anspruch 15, bei dem unter der Annahme, dass x, y und z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, das Polarisationsstrahlteilerelement eine Polarisationslichttrennoberflächen-Ebene besitzt, die zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht und um einen vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt ist, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere Gruppen aus Polarisationsteilerfilm und Reflexionsfilm, die in dem Polarisationsumsetzungssystem enthalten sind, angeordnet sind, mit der x-Richtung im Wesentlichen zusammenfällt.
Projektor (3000) zum Anzeigen projizierter Bilder, mit: einem Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einer elektrooptischen Vorrichtung (520), die mehrere Pixel, wovon jedes mehrere Unterpixel enthält, die dem Licht jeder von mehreren Farben entsprechen, sowie ein optisches Kondensorsystem, das mehrere kleine Kondensorlinsen enthält, die jedem Pixel entsprechen, umfasst und in Reaktion auf gegebene Bildinformationen Licht, das von jedem Pixel durchgelassen wird, in Licht für die Erzeugung eines Bildes jedes Pixels umsetzt, einem Farbseparator (500), der von dem Beleuchtungssystem ausgehendes Licht in mehrere Farbkomponenten separiert und außerdem Licht jeder der mehreren Farbkomponenten in zueinander verschiedene Richtungen lenkt, damit es auf den Unterpixeln auftrifft, die den jeweiligen Farbkomponenten entsprechen, und einem optischen Projektionssystem (340), das von der elektrooptischen Vorrichtung ausgesendetes Licht projiziert.
Projektor nach Anspruch 17, bei dem unter der Annahme, dass x, y und z drei zueinander senkrechte Richtungsachsen sind, wobei z eine zu einer optischen Achse des von dem Beleuchtungssystem ausgehenden Lichts parallele Richtung ist, der Farbseparator mehrere Farbtrennoberflächen-Ebenen besitzt, die Licht wahlweise in mehrere Farbkomponenten trennen, zu der Ebene xz im Wesentlichen senkrecht sind und um einen unterschiedlichen, vorgeschriebenen Winkel zu der Ebene yz geneigt sind, und das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm, die in dem Polarisationsumsetzungssystem enthalten sind, angeordnet sind, mit der y-Richtung im Wesentlichen zusammenfällt.
Projektor nach Anspruch 17 oder 18, bei dem das Beleuchtungssystem so positioniert ist, dass die vorgeschriebene Richtung, in der mehrere Paare aus Polarisationsteilungsfilm und Reflexionsfilm angeordnet sind, mit einer Richtung, die zu einer Richtung senkrecht ist, in der die mehreren Unterpixel jedes Pixels ausgerichtet sind, im Wesentlichen zusammenfällt.