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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein optisches Element zum Wandeln von daran einfallendem Licht zu
einem vorbestimmt polarisierten Lichtstrahl, sowie eine Polarisationsbeleuchtungseinrichtung und
eine dieselbe verwendende Projektionsanzeigevorrichtung.
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Um die Wirksamkeit zu steigern, mit
welcher Licht dazu verwendet wird, eine helle Anzeige bereitzustellen,
nutzen beleuchtende optische Systeme von Projektionsanzeigevorrichtungen
ein Verfahren, welches polarisiertes Licht mit zufälligen Polarisationsrichtungen
in polarisiertes Licht mit einer Polarisationsrichtung wandelt.
Ein bekanntes optisches Element (Polarisationswandlungselement)
zum Wandeln von Licht mit zufälligen
Polarisationsrichtungen in Licht mit einer Polarisationsrichtung
ist in der Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 7-294906 beschrieben. Dessen 14 ist
eine Draufsicht eines derartigen optischen Elements umfassend eine
Polarisationsstrahlteileranordnung 20, die gebildet ist
durch abwechselndes Zusammenfügen
von linearen Polarisationsstrahlteilern 30 mit Polarisationsseparationsfilmen 36 und
linearen Prismen 40 mit reflektierenden Filmen 46.
Eine Linsenanordnung, die aus einer Mehrzahl von Fokuslinsen zusammengesetzt
ist, ist an der Lichteinfallsoberfläche der Polarisationsstrahlteileranordnung 20 vorgesehen,
wobei λ/2-Phasenplatten 24 selektiv
an der Lichtausgangsoberfläche
der Teileranordnung 20 vorgesehen sind.
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Wie es in 14A gezeigt ist, wird Licht, welches
auf die Linsenanordnung 10 auftrifft, gesammelt und durch
die Linsenanordnung 10 in eine Mehrzahl von separierten
Lichtstrahlen (oder Zwischenlichtstrahlen) gewandelt, die auf die
Polarisationsstrahlteiler 30 auftreffen, die korrespondierend
zu der Linsenanordnung 10 angeordnet sind, in der Form von
Lichtstrahlen, welche spolarisierte Komponenten und p-polarisierte
Komponenten enthalten. Das einfallende Licht wird in s-polarisierte
Lichtstrahlen und p-polarisierte Lichtstrahlen durch die Polarisationsseparationsfilme 36 separiert.
Jeder spolarisierte Lichtstrahl wird im Wesentlichen vertikal durch
dessen entsprechenden Polarisationsseparationsfilm 36 reflektiert,
der in einem Winkel von 45 Grad bezüglich der Lichteinfallsebene
ausgebildet ist. Dann wird jeder spolarisierte Lichtstrahl wieder
durch dessen entsprechenden Reflexionsfilm 46 reflektiert,
der in einem Winkel von 45 Grad bezüglich der Lichteinfallsebene
ausgebildet ist, und verlässt
dessen zugeordnetes Prisma 40. Andererseits passiert jeder
p-polarisierte Lichtstrahl durch dessen entsprechenden Polarisationsseparationsfilm 36 hindurch
und wird durch dessen zugeordnete λ/2-Phasenplatte in einen s-polarisierten
Lichtstrahl gewandelt und verlässt
diese. Dieses optische Element ist somit von dem Typ, der alle zu
wandelnden einfallenden Lichtstrahlen mit zufälligen Polarisationsrichtungen
vor dem Verlassen des optischen Elements in s-polarisierte Lichtstrahlen
wandelt.
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Im Idealfall sollte das ganze auf
die Linsenanordnung 10 auftreffende und durch jede der
Fokuslinsen der Linsenanordnung 10 gesammelte Licht auf die
Polarisationsstrahlteiler auftreffen, die korrespondierend zu den
jeweiligen Fokuslinsen angeordnet sind. Wie es in 14B gezeigt ist, gibt es tatsächlich jedoch
Anteile des auf die Linsenanordnung 10 auftreffenden Lichts,
die nicht vollständig
durch die Anordnung 10 gesammelt werden, was bewirkt, dass diese
auf deren entsprechende Prismen 40 auftreffen. Die auf
die Prismen 40 auftreffenden Lichtanteile werden an deren
entsprechenden Reflexionsfilmen 46 totalreflektiert und
treffen auf die dazu benachbarten Polarisationsstrahlteiler 30.
Das an den Polarisationsstrahlteilern 30 auftreffende Licht
wird durch die Polarisationsseparationsfilme 36 in s-polarisierte Lichtstrahlen
und p-polarisierte Lichtstrahlen separiert. Die durch die Separation
erzeugten s-polarisierten Lichtstrahlen werden durch deren jeweilige
Polarisationsseparationsfilme 36 reflektiert und werden durch
deren jeweilige λ/2-Phasenplatten
in p-polarisierte Lichtstrahlen gewandelt und verlassen diese. Andererseits
passieren die ppolarisierten Lichtstrahlen durch deren jeweilige
Polarisationsseparationsfilme 36 und werden durch die Reflexionsfilme 46 reflektiert,
und verlassen diese, die in der Durchgangsrichtung der Lichtstrahlen
angeordnet sind. Etwas von dem Licht, welches an dem optischen Element einfällt, verlässt somit
das optische Element als s-polarisierte Lichtstrahlen, und etwas
von dem Licht, welches an dem optischen Element einfällt, verlässt das optische
Element als p-polarisierte Lichtstrahlen. Die Lichteingangsoberfläche des
Polarisationswandlungselements kann hierbei aufgeteilt werden in
effektive Lichteinfallsbereiche EA und ineffektive Lichteinfallsbereiche
UA. Die effektiven Lichteinfallsbereiche EA sind Bereiche der Lichteingangsoberfläche des
Polarisationswandlungselements, an welchem die einfallenden Lichtstrahlen
in die in gewünschter Weise
polarisierten Lichtstrahlen gewandelt werden und das Polarisationswandlungselement
verlassen. Andererseits sind die ineffektiven Lichteinfallsbereiche
UA Bereiche der Lichteingangsoberfläche des Polarisationswandlungselements,
an welchem die einfallenden Lichtstrahlen das Polarisationswandlungselement
verlassen, nachdem diese in Lichtstrahlen einer unerwünschten
Polarisation gewandelt wurden. In der vorliegenden Ausführung entsprechen die
Lichteingangsoberflächen
jedes der Mehrzahl von Polarisationsstrahlteilern 30 den
effektiven Lichteinfallsbereichen EA, und die Lichteingangsoberflächen jedes
der Mehrzahl von Prismen 40 entsprechen den ineffektiven
Lichteinfallsbereichen UA.
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Wenn der Wunsch besteht, nur eine
Art von polarisiertem Lichtstrahl zu nutzen, ist es erforderlich, die
sich hin zu den ineffektiven Lichteinfallsbereichen UA ausbreitenden
Lichtstrahlen unter Verwendung einer Polarisationsplatte oder dergleichen
abzutrennen. Mit anderen Worten werden in diesem Fall die zuvor
erwähnten
ausgehenden p-polarisierten Lichtstrahlen nicht genutzt, was die
Effizienz verringert, mit welcher Licht genutzt wird.
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Dementsprechend ist es im Hinblick
auf das oben beschriebene Problem des Stands der Technik eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, die eine
effizientere Nutzung von Licht eines optischen Elements erlaubt,
welches in einer Polarisationsbeleuchtungseinrichtung oder einer Projektionsanzeigevorrichtung
verwendet wird.
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Zu diesem Zweck wird gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Polarisationsbeleuchtungseinrichtung
zum Separieren und Konvergieren von Licht mit zufälligen Polarisationsrichtungen
in eine Mehrzahl von Teilstrahlen, und zum Wandeln jedes der Mehrzahl
von Teilstrahlen in im Wesentlichen eine Art von polarisiertem Lichtstrahl
durch zwei Polarisationswandlungselementanordnungen und Transmittieren
der Mehrzahl von Teilstrahlen derart, dass jeder der Teilstrahlen
einen ganzen Beleuchtungsbereich beleuchtet, bereitgestellt,
wobei
jede der zwei Polarisationswandlungselementanordnungen Polarisationsseparationsflächen zum Separieren
der Mehrzahl von Teilstrahlen in zwei Arten von linear polarisiertem
Licht, Reflexionsflächen zum
Reflektieren einer der zwei Arten des durch die Polarisationsseparationsflächen separierten
linear polarisierten Lichts und Phasenplatten zum Wandeln der zwei
Arten von linear polarisiertem Licht in im Wesentlichen eine Art
von Polarisation umfasst, wobei die Polarisationsseparationsflächen und
die Reflexionsflächen
abwechselnd mit dazwischen angeordneten lichttransmittierenden Teilen
angeordnet sind,
wobei eine Lichteinfallsfläche jeder der Polarisationswandlungselementanordnungen
abwechselnd angeordnete effektive Lichteinfallsbereiche, in welchen
an den Polarisationsseparationsflächen einfallendes Licht in
Licht mit einer gewünschten
Polarisationsrichtung gewandelt wird, und ineffektive Lichteinfallsbereiche
aufweist, in welchen an den Reflexionsflächen einfallendes Licht in
Licht mit einer unerwünschten
Polarisationsrichtung gewandelt wird,
wobei die zwei Polarisationswandlungselementanordnungen
derart angeordnet sind, dass mittlere effektive Lichteinfallsbereiche
in der Einrichtung einander benachbart sind, und
wobei die
mittleren effektiven Lichteinfallsbereiche durch einen vorbestimmten
Raum bzw. Abstand getrennt sind.
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Die Lichteinfallsoberfläche jeder
Polarisationswandlungselementanordnung ist aufgeteilt in einen ersten
Bereich, an welchem daran einfallendes Licht direkt auf eine Polarisationsseparationsfilmoberfläche auftrifft,
und in einen zweiten Bereich, an welchem daran einfallendes Licht
direkt auf eine reflektierende Oberfläche auftrifft. Von dem einfallenden
Licht wird derjenige Anteil des an dem ersten Lichteinfallsbereich
einfallenden Lichts in eine vorbestimmte Art von polarisiertem Lichtstrahl
(effektiv polarisierter Lichtstrahl) gewandelt, wohingegen derjenige
Anteil des an dem zweiten Lichteinfallsbereich einfallenden Lichts
in einen ineffektiv polarisierten Lichtstrahl gewandelt wird. Gemäß des Aufbaus
des ersten Aspekts der Erfindung fällt Licht, welches durch einen
vorbestimmten Raum passiert, nicht an dem zweiten Bereich ein, so
dass dieses das optische Element verlässt ohne in einen ineffektiven Lichtstrahl
gewandelt zu werden, als ein Lichtstrahl mit zufälligen Polarisationsrichtungen.
Die effektiv polarisierte Komponente des Lichtstrahls mit zufälligen Polarisationsrichtungen,
welche durch den vorbestimmten Raum hindurchgeht, kann somit genutzt werden,
wodurch die Effizienz gesteigert wird, mit der das Licht von dem
optischen Element genutzt wird.
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Es ist bevorzugt, dass Dummy-Regionen, welche
die zuvor erwähnte
Polarisationsseparationsfläche
und die Reflexionsfläche
nicht enthalten, unter Verwendung eines transmittierenden Materials
an dem Ende seitens des vorbestimmten Raums der zwei Enden jeder
der zwei Polarisationswandlungselementanordnungen ausgebildet sind.
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Dies ermöglicht es, die Länge des
Wegs von Licht, welches durch jede Polarisationswandlungselementanordnung
hindurchgeht, und die Länge
des Wegs von Licht, welches durch den vorbestimmten Raum hindurchgeht,
nahe beieinander vorzusehen. Das Licht, welches durch das Ende seitens
des vorbestimmten Raums der zwei Enden jeder der zwei Polarisationswandlungselementanordnungen
reflektiert wird, kann nicht effektiv genutzt werden, da dieses,
abhängig
von der Richtung der Reflexion, die Bestrahlungsoberfläche nicht
effektiv bestrahlen kann. Dieses Problem kann unter Verwendung des oben
beschriebenen Aufbaus gemildert werden.
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Regionen, welche die oben erwähnten Polarisationsseparationsflächen und
die Reflexionsflächen
nicht enthalten, können
ausgebildet werden unter Verwendung eines transmittierenden Materials
an der anderen der zwei Seiten jeder der zwei Polarisationswandlungselementanordnungen,
die nicht auf der Seite des vorbestimmten Raums angeordnet ist.
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Im Allgemeinen wird das optische
Element des ersten Aspekts der Erfindung verwendet, indem das Zentrum
desselben auf halbem Weg zwischen den zwei Wandlungselementanordnungen
gesetzt wird, d. h. in einem vorbestimmten Raum, um auf der optischen
Achse der Lichtquelle zu liegen. Licht, welches die Lichtquelle
verlässt,
tendiert im Allgemeinen dazu, mit steigendem Abstand von der optischen Achse
der Lichtquelle schwächer
zu werden, so dass, selbst dann, wenn an dem Ende jeder der zwei Polarisationswandlungselementanordnungen,
welches nicht seitens des vorbestimmten Raums angeordnet ist, einfallendes
Licht in eine vorbestimmte Art von polarisiertem Lichtstrahl gewandelt
wird, es nahezu keine Steigerung in der Effizienz gibt, mit welcher
Licht genutzt wird. Mit der oben beschriebenen Konstruktion ist
es somit möglich,
weniger Polarisationsseparationsflächen und Reflexionsflächen zu
verwenden und dadurch die Kosten des optischen Elements zu verringern.
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Gemäß eines zweiten Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird ein optisches Element bereitgestellt,
umfassend: eine Linsenanordnung, die aus einer Mehrzahl von Linsen
gebildet ist, die in einer Matrixanordnung angeordnet sind, sowie
zwei Polarisationswandlungselementanordnungen gemäß des ersten
Aspekts der Erfindung, die an einer der Oberflächen der Linsenanordnung befestigt
sind.
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Wie bei dem ersten Aspekt der Erfindung
ist die Lichteinfallsfläche
jeder Polarisationswandlungselementanordnung bei dem zweiten Aspekt
der Erfindung aufgeteilt in einen ersten Bereich, in welchem daran
einfallendes Licht direkt auf eine Polarisationsseparationsfilmoberfläche auftrifft,
und in einen zweiten Bereich, in welchem daran einfallendes Licht
direkt auf eine reflektierende Oberfläche auftrifft. Es ist bevorzugt,
dass das ganze durch die Linsenanordnung gesammelte Licht auf den
ersten Bereich einfällt,
es gibt jedoch einige Teile des Lichts, die auf den zweiten Bereich
einfallen. Entsprechend dem Aufbau des zweiten Aspekts der Erfindung
fallen von den die Linsenanordnung verlassenden Lichtstrahlen diejenigen,
die nicht an den Polarisationswandlungselementanordnungen einfallen
und durch einen vorbestimmten Raum hindurch passieren, nicht an
dem zweiten Bereich ein, so dass die Lichtstrahlen mit zufälligen Polarisationsrichtungen
das optische Element unverändert
verlassen. Deshalb ist es möglich, die
effektiv polarisierte Komponente zu nutzen, die in den polarisierten
Lichtstrahlen mit zufälligen
Polarisationsrichtungen enthalten ist, welche durch einen solchen
vorbestimmten Raum passieren, wodurch eine effizientere Nutzung
des Lichts von dem optischen Element erlaubt wird.
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Es ist bevorzugt, dass die Polarisationsseparationsflächen und
die Reflexionsflächen
entlang der Lichteintrittsflächen
der Polarisationswandlungselementanordnungen in einem Abstand bzw.
einer Teilung angeordnet sind, die größer ist als 1/2 des Abstands
bzw. der Teilung, mit welchem die Linsenanordnungen entlang der
Richtung der Anordnung der Polarisationsseparationsflächen und
der Reflexionsflächen
angeordnet sind.
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Gemäß der oben beschriebenen Konstruktion
kann jede der Polarisationswandlungselementanordnungen derart aufgebaut
sein, dass es erlaubt wird, dass Lichtstrahlen von den Linsenanordnungen effizient
darauf auftreffen, wodurch eine effizientere Nutzung des Lichts
von dem optischen Element gestattet wird.
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Gemäß eines dritten Aspekts der
vorliegenden Erfindung wird eine Polarisationsbeleuchtungseinrichtung
bereitgestellt, umfassend: eine Lichtquelle sowie ein optisches
Element gemäß des zweiten Aspekts
der Erfindung.
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Gemäß des dritten Aspekts der Erfindung wird
ein optisches Element bereitgestellt, welches es erlaubt, dass Licht
mit hoher Effizienz genutzt wird, so dass Licht mit größerer Effizienz
in einer Beleuchtungseinrichtung verwendet werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass die Polarisationsseparationsflächen entsprechend
einer Verteilung von Licht von der Linsenanordnung angeordnet sind.
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Dies erlaubt es, dass Licht von der
Linsenanordnung effektiv genutzt wird, so dass Licht von einer Beleuchtungseinrichtung
mit noch größerer Effizienz
verwendet werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass eine Polarisationsseparationsfläche an einem
Ort angeordnet ist, der in nächster
Nähe zu
dem vorbestimmten Raum in jeder der zwei Polarisationswandlungselementanordnungen
ist, so dass das Zentrum dieser Polarisationsseparationsfläche hin
zu dem vorbestimmten Raum von der Mittelachse derjenigen Linse versetzt
ist, welche, aus der Mehrzahl von Linsen jeder der Linsenanordnungen,
am nähesten
zu der Polarisationsseparationsfläche angeordnet ist.
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Eine große Menge des Lichts verlässt die Lichtquelle
um die optische Achse der Lichtquelle herum. Die Lichtquantitätsverteilung
von Licht, welches einen Abschnitt um die optische Achse der Lichtquelle
herum verlässt,
ist hin zu der optischen Achse der Lichtquelle von der Mittelachse
derjenigen Linse versetzt, die am nähesten zu der Polarisationsseparationsfläche angeordnet
ist, die am nähesten
dem vorbestimmten Raum zwischen den zwei Polarisationswandlungselementanordnungen
angeordnet ist. Mittels eines derartigen Aufbaus ist es somit möglich, das
nahe der optischen Achse der Lichtquelle vorhandene Licht effektiv
zu nutzen, was eine noch effizientere Nutzung des Lichts von der
Beleuchtungseinrichtung erlaubt.
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Gemäß eines vierten Aspekts der
Erfindung wird eine Projektionsanzeigevorrichtung bereitgestellt,
umfassend: eine Polarisationsbeleuchtungseinrichtung gemäß des dritten
Aspekts der Erfindung, Modulationsmittel zum Modulieren von Licht
von der Polarisationsbeleuchtungseinrichtung entsprechend einem
empfangenen Bildsignal, und optische Projektionsmittel zum Projizieren
des durch die Modulationsmittel modulierten Lichtstrahls.
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Gemäß des vierten Aspekts der Erfindung wird
eine Beleuchtungseinrichtung unter Verwendung eines optischen Elements,
welches Licht mit höherer
Effizienz nutzen kann, verwendet, wodurch ein helleres Bild auf
eine Projektionsfläche
projiziert werden kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun detaillierter mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
und lediglich anhand weiterer Beispiele beschrieben. Es stellen
dar:
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1 ist
eine schematische Strukturansicht, betrachtet in einer Ebene des
Hauptabschnitts einer Polarisationsbeleuchtungseinrichtung einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des optischen Elements 200 von 1.
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3 ist
eine Ansicht, welche die grundlegende Betriebsweise der Polarisationswandlungselementanordnung 320b (320a)
veranschaulicht.
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4 ist
eine Frontansicht, welche die Lichteintrittsfläche des optischen Elements 300 einer
ersten Ausführungsform
zeigt.
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5 ist
eine Rückansicht,
welche die Lichtausgangsfläche
des optischen Elements 300 der ersten Ausführungsform
zeigt.
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6 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie A-A von 5.
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7 ist
eine Seitenansicht des optischen Elements 300 der ersten
Ausführungsform.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht der Struktur der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a, 320b.
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9 ist
eine Ansicht, welche ein Beispiel dafür zeigt, wie die Polarisationsstrahlteileranordnung 340 gefertigt
ist.
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10 ist
eine vergrößerte teilweise
geschnittene Ansicht längs
der Linie A-A von 5.
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11 sind
vergrößerte Ansichten
der Enden seitens des vorbestimmten Raums der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b,
die in 8 gezeigt sind.
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12 ist
eine Ansicht, welche ein optisches Element 300 von Ausführungsform
2 zeigt.
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13 ist
eine schematische Strukturansicht des Hauptabschnitts einer Projektionsanzeigevorrichtung 800,
die mit der Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 von 1 versehen ist.
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14 ist
eine Draufsicht eines herkömmlichen
optischen Elements.
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A. Polarisationsbeleuchtungseinrichtung:
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1 ist
eine schematische Strukturansicht, betrachtet von einer Ebene des
Hauptabschnitts einer Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 umfasst eine
Lichtquelle 60 und einen Polarisationsabschnitt 70.
Licht mit zufälligen
Polarisationsrichtungen, welches eine s-polarisierte Komponente
und eine p-polarisierte Komponente enthält, verlässt die Lichtquelle 60.
Das die Lichtquelle 60 verlassende Licht wird durch den
Polarisationsabschnitt 70 in eine Art von polarisiertem
Lichtstrahl (wie einen spolarisierten Lichtstrahl) gewandelt, in
welchem die Polarisationsrichtungen im Wesentlichen die gleichen
sind, wodurch ein Beleuchtungsbereich 80 beleuchtet wird.
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Die Lichtquelle 60 umfasst
eine Lampe 101 und einen Parabolflächenreflektor 102.
Das von der Lampe 101 emittierte Licht wird unidirektional
durch den Parabolflächenreflektor 102 reflektiert,
und wird in im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen gewandelt, die
auf den Polarisationsabschnitt 70 auftreffen.
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Der Polarisationsabschnitt 70 umfasst
ein erstes optisches Hauptelement 200 und ein zweites optisches
Hauptelement 400. 2 ist
eine perspektivische Ansicht des ersten optischen Hauptelements 200.
Das erste optische Hauptelement 200 umfasst sehr kleine
bzw. winzige, rechteckige Lichtstrahlseparationslinsen 201,
die in einer Matrixanordnung mit M Reihen und 2N Spalten angeordnet
sind. Somit gibt es N Spalten von Linsen auf der linken Seite eines
Zentrums CL in der Linsenhorizontalrichtung und N Spalten von Linsen
auf der rechten Seite des Zentrums CL in der Linsenhorizontalrichtung.
In dem Beispiel gilt: M = 10 und N = 4. Das erste optische Hauptelement 200 ist
derart angeordnet, dass die optische Achse im Zentrum des ersten
optischen Hauptelements 200 liegt. Aus der Richtung eines
Pfeils Z betrachtet ist die äußere Gestalt
jeder der Lichtstrahlseparationslinsen 201 ähnlich der
Gestalt des Beleuchtungsbereichs 80. Da bei der vorliegenden
Ausführungsform
der Beleuchtungsbereich 80 mit einer Länge in der x-Richtung angenommen
wird, besitzt die äußere Gestalt
jeder der Lichtstrahlseparationslinsen ebenfalls horizontal eine
Länge in
der X-Y-Ebene.
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Das zweite optische Hauptelement 400 von 1 umfasst ein optisches
Element 300 und eine lichtausgangsseitige Linse 390.
Das Element 300 und die Linse 390 sind derart
angeordnet, dass deren Zentren auf der optischen Achse liegen.
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Das optische Element 300 umfasst
eine Fokuslinsenanordnung 310 und zwei Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b.
Die Fokuslinsenanordnung 310 besitzt den gleichen Aufbau
wie das erste optische Hauptelement 200 und ist dem ersten
optischen Hauptelement 200 gegenüberliegend angeordnet. Die
Fokuslinsenanordnung 310 sammelt eine Mehrzahl von Lichtstrahlen,
die durch jede der Lichtstrahlseparationslinsen 201 des
ersten optischen Hauptelements 200 separiert wurden. Die Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b wandeln
jeweils die daran einfallenden Lichtstrahlen in eine Art von linear
polarisierten Lichtstrahlen (wie s-polarisierte Lichtstrahlen oder
p-polarisierte Lichtstrahlen), so dass die Lichtstrahlen die Anordnungen 320a und 320b als
eine Art von polarisierten Lichtstrahlen verlassen. 3 ist eine Ansicht, welche die grundlegende
Funktionsweise der Polarisationswandlungselementanordnung 320b (320a)
veranschaulicht. Lichtstrahlen mit zufälligen Polarisationsrichtungen,
die jeweils eine s-polarisierte Komponente und eine p-polarisierte
Komponente enthalten, treffen auf die Lichteintrittsfläche der
Polarisationswandlungselementanordnung. Jeder einfallende Lichtstrahl
wird zunächst
durch jeden Polarisationsseparationsfilm 331 in s-polarisierte
Lichtstrahlen und p-polarisierte Lichtstrahlen separiert. Die s-polarisierten
Lichtstrahlen werden im Wesentlichen vertikal durch jeden Polarisationsseparationsfilm 331 reflektiert.
Dann werden sie durch die reflektierenden Filme 332 vertikal
reflektiert und verlassen diese. Andererseits passieren die p-polarisierten
Lichtstrahlen durch die Polarisationsseparationsfilme 331 hindurch. λ/2-Phasenplatten 381 sind
an der Oberfläche der
Polarisationsseparationsfilme angeordnet, an der die p-polarisierten
Lichtstrahlen austreten. Die Platten 381 wandeln die p-polarisierten
Lichtstrahlen in spolarisierte Lichtstrahlen, welche die Platten 381 verlassen.
Nahezu alle der Lichtstrahlen, welche durch die Polarisationswandlungselemente
hindurchgegangen sind, verlassen diese somit als s-polarisierte
Lichtstrahlen. Wenn es gewünscht
ist, dass Licht das Polarisationswandlungselement als p-polarisierte
Lichtstrahlen verlässt,
so wird eine λ/2-Phasenplatte 381 an
derjenigen Oberfläche
platziert, an der die durch die Reflexionsfilme 332 reflektierten spolarisierten
Lichtstrahlen austreten. Ein bedeutendes Merkmal dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau des optischen Elements 300,
welches unten im Detail beschrieben wird.
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Die lichtausgangsseitige Linse 390 von 1 wird zum Transmittieren
der Mehrzahl von separierten Lichtstrahlen verwendet, die das optische Element 300 verlassen
(d. h. die separierten linear polarisierten Lichtstrahlen, die mittels
der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b gebildet
werden), so dass jeder von diesen den gesamten Beleuchtungsbereich 80 beleuchtet.
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Das den Lichtquellenabschnitt 60 verlassende
und auf das erste optische Hauptelement 200 auftreffende
Licht wird mittels der Lichtstrahlseparationslinsen 201 in
Zwischenlichtstrahlen 202 separiert, und die Fokuslinsen 311 sammeln
das Licht. Die Zwischenlichtstrahlen 202 konvergieren in
einer Ebene (in der XY-Ebene in 1)
orthogonal zur optischen Achse mittels der Lichtstrahlseparationslinsen 201 sowie
der Fokuslinsen 311, welche die Lichtstrahlen sammeln.
Lichtquellenbilder werden an dem Ort gebildet, an welchem die Zwischenlichtstrahlen
konvergieren, wobei die Anzahl von Lichtquellenbildern so groß ist wie
die Anzahl von Lichtstrahlseparationslinsen 201. Die Lichtquellenbilder
werden nahe den Polarisationsseparationsfilmen 331 (siehe 3) in den Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b gebildet.
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Von den auf das optische Element 300 einfallenden
Lichtstrahlen werden diejenigen, welche durch die Fokuslinsenanordnung 310 gesammelt werden
und die Polarisationsseparationsfilme 331 beleuchten, in
eine Art von linear polarisierten Lichtstrahlen gewandelt, und verlassen
die Polarisationsseparationsfilme 331. Die Lichtstrahlen,
welche das optische Element verlassen haben, beleuchten den Beleuchtungsbereich 80 mittels
der lichtausgangsseitigen Linse 390. Der gesamte Beleuchtungsbereich 80 wird
durch die Mehrzahl von Lichtstrahlen gleichmäßig beleuchtet, die mittels
der Mehrzahl von Lichtstrahlseparationslinsen 201 separiert
wurden.
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B. Erste Ausführungsform:
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4 ist
eine Frontansicht, welche die Lichteintrittsfläche des optischen Elements 300 der
ersten Ausführungsform
zeigt. 5 ist eine Rückansicht von
dessen Lichtausgangsfläche. 6 ist eine Schnittansicht
längs der
Linie A-A von 5. 7 ist eine Seitenansicht
des optischen Elements 300.
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In dem optischen Element 300 sind
zwei Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b an
der flachen Lichtausgangsfläche
der Lichtsammelfokuslinsenanordnung 310 unter Verwendung
eines optischen Klebstoffs befestigt. Die zwei Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b sind
einander gegenüberliegend
angeordnet und sind auf den linken und rechten Seiten eines Zentrums
CL in der Horizontalrichtung der Fokuslinsenanordnung 310 derart
angeordnet, dass diese durch einen vorbestimmten Raum bzw. Abstand
Cp voneinander beabstandet sind, der später beschrieben wird. Ähnlich dem
ersten optischen Hauptelement 200 (von 2) umfasst die Fokuslinsenanordnung 310 im
Wesentlichen rechteckige Fokuslinsen 311 in einer Matrixanordnung
mit M Reihen und 2N Spalten. Somit gibt es N Spalten auf der linken
Seite und N Spalten auf der rechten Seite des Zentrums CL in der
Linsenhorizontalrichtung. In diesem Beispiel gilt: M = 10 und N
= 4.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht des Aufbaus der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b.
Die Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b umfassen
jeweils eine Polarisationsstrahlteileranordnung 340 und λ/2-Phasenplatten 381 (dargestellt
durch schräge
Linien in der Figur, die selektiv an Abschnitten der Lichtausgangsfläche der
Polarisationsstrahlteileranordnung 340 angeordnet sind.
Die Gestalt der Polarisationsstrahlteileranordnung 340 wird
gebildet durch aufeinanderfolgendes Anfügen einer Mehrzahl von lichttransmittierenden
Teilen 323, parallelogrammartig und säulenartig in Querschnitten.
An den Grenzflächen
der lichttransmittierenden Teile 323 sind abwechselnd Polarisationsseparationsfilme 331 und Reflexionsfilme 332 angeordnet. λ/2-Phasenplatten 381
sind selektiv an den Bildabschnitten in der X-Richtung der Lichtaustrittsflächen der
Polarisationsseparationsfilme 331 oder der Reflexionsfilme 332 in
deren X-Richtung angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform
sind λ/2-Phasenplatten 381 selektiv
an den Bildabschnitten in der X-Richtung der Lichtaustrittsflächen der
Polarisationsseparationsfilme 331 angeordnet.
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Wie es oben anhand der 3 beschrieben wurde, passiert
Licht, welches auf den Polarisationsseparationsfilm 331 auftrifft,
entweder durch den Polarisationsseparationsfilm 331 hindurch
und wird durch die λ/2-Phasenplatte 381 in
einen vorbestimmt linear polarisierten Lichtstrahl gewandelt und
verlässt diesen,
oder wird durch den Polarisationsseparationsfilm 331 und
dann durch den Reflexionsfilm 332 reflektiert und verlässt diesen
als ein vorbestimmt linear polarisierter Lichtstrahl. Dementsprechend
kann ein Block, der den Polarisationsseparationsfilm 331, einen
dazu benachbarten Reflexionsfilm 332 und eine λ/2-Phasenplatte 381 umfasst,
als ein Polarisationswandlungselement 350 betrachtet werden.
Die Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b sind
jeweils gebildet durch eine Mehrzahl von solchen Polarisationswandlungselementen 350, die
in der X-Richtung angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform
gilt N = 4 für
eine Seite der Fokuslinsenanordnung 310, so dass es vier
Spalten von Polarisationswandlungselementen 350 auf einer Seite
der Anordnung 310 gibt. Es ist anzumerken, dass ein Abschnitt 360,
der äquivalent
zu dem Polarisationswandlungselement der vierten Spalte ist, lediglich
durch ein lichttransmittierendes Material gebildet ist, so dass
dieser keinen Polarisationsseparationsfilm 331 oder einen
Reflexionsfilm 332 enthält. Für die Zwecke
der Beschreibung wird der Abschnitt 360 als lichttransmittierender
Abschnitt bezeichnet, der später
beschrieben wird.
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In 8 ist
ein "Dummy"-Abschnitt 370,
der aus einem lichttransmittierenden Material gebildet ist, an einer
Seiten(End)-Oberfläche
des Polarisationswandlungselements 350 in der ganz linken
Spalte vorgesehen. Eine Ecke eines Rands 372 an der Lichteintrittsfläche (angefügte Fläche) des
Dummy-Abschnitts 370 ist gerundet oder entfernt. Der Grund
hierfür
wird später
diskutiert.
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9 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel dafür veranschaulicht, wie die
Polarisationsstrahlteileranordnung 340 hergestellt ist.
Die Polarisationsstrahlteileranordnung 340 wird gebildet
durch abwechselndes Zusammenfügen
von Plattengläsern 321,
die jeweils, beispielsweise, mit einem Polarisationsseparationsfilm 331 und
einem Reflexionsfilm 332 versehen sind, so dass diese abwechselnd
angeordnet sind, und Plattengläsern 322,
die mit nichts versehen sind, unter Verwendung eines Klebstoffs 325.
Hierbei wird ein Plattenglas 322b (Dummy-Abschnitt 370 (8)) und 322c (lichttransmittierender Abschnitt 360 (8)), welches jeweils nicht
die gleiche Dicke wie die Plattengläser 322 besitzt, jeweils am
Beginn und am Ende der gebondeten Struktur angefügt bzw. angeklebt. Dies bildet
den Dummy-Abschnitt 370 und den lichttransmittierenden
Abschnitt 360. Dementsprechend werden lichttransmittierende Blöcke gebildet
durch Ausschneiden von gedachten parallelen Abschnitten (dargestellt
durch gestrichelte Linien in der Figur) von der Mehrzahl von lichttransmittierenden
Teilen 321, 322, 322b und 322c in
einem vorbestimmten Winkel Θ von
den Oberflächen davon.
Es ist bevorzugt, dass Θ ungefähr 45 Grad beträgt. Die
Vorsprünge
an beiden Enden sind zu einer im Wesentlichen rechteckigen Gestalt
geschnitten. Ein Schleifen der Trennflächen des lichttransmittierenden
Blocks erzeugt die Polarisationsstrahlteileranordnung 340 (8). Es ist anzumerken, dass in
der Beschreibung ein lichttransmittierendes Teil auch als "Basis" bezeichnet wird,
und dass der durch Zusammenfügen
der Mehrzahl von lichttransmittierenden Teilen gebildete Block und
ein aus diesem Block ausgeschnittener Blockabschnitt als "Basisblock" bezeichnet wird.
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10 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht längs der
Linie A-A von 5. Die
Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b sind auf
entgegengesetzten Seiten der Linsenmitte symmetrisch angeordnet
und besitzen genau die gleichen Funktionen, so dass nachfolgend
eine Beschreibung lediglich der Polarisationswandlungselementanordnung 320a gegeben
wird. Die Lichteintrittsfläche
der Polarisationswandlungselementanordnung 320a besitzt
abwechselnd angeordnete effektive Lichteingangsbereiche EA (die
den Polarisationsseparationsfilmen 331 entsprechenden Lichteintrittsflächenabschnitte),
in welchen an den Polarisationsseparationsfilmen 331 einfallendes
Licht in effektiv polarisierte Lichtstrahlen gewandelt wird, und
ineffektive Lichteintrittsbereiche UA (den Reflexionsfilmen 332 entsprechende
Lichteintrittsflächenabschnitte),
in welchen auf die Reflexionsfilme 332 einfallendes Licht
in ineffektiv polarisierte Lichtstrahlen gewandelt wird. Die Breite
Wp jedes effektiven Lichteintrittsbereichs EA und jedes ineffektiven
Lichteintrittsbereichs UA in der X-Richtung ist 1/2 der Breite WL
der Fokuslinse 311 in der X-Richtung. Das Zentrum 311c der
Fokuslinsen 311 ist derart angeordnet, dass es übereinstimmt
mit dem Zentrum jedes effektiven Lichteintrittsbereichs EA in der
X-Richtung. Die effektiv polarisierten Lichtstrahlen, die durch
das Polarisationswandlungselement 350 erzeugt werden, sind
hierbei s-polarisierte Lichtstrahlen.
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Das durch die Fokuslinsenanordnung 310 gesammelte
Licht (d. h. Licht mit zufälligen
Polarisationsrichtungen, welches eine s-polarisierte Komponente
und eine p-polarisierte Komponente enthält) trifft auf die Polarisationswandlungselementanordnung 320a.
Von dem darauf auftreffenden Licht wird ein Lichtstrahl L1, der
auf einem effektiven Lichteintrittsbereich EA auftrifft, durch den
zugeordneten Polarisationsseparationsfilm 331 in eine s-polarisierte Komponente
und eine p-polarisierte Komponente separiert, wie dies oben anhand
von 3 beschrieben wurde.
Der s-polarisierte Lichtstrahl wird durch den zugeordneten Polarisationsseparationsfilm 331 und dann
durch den zugeordneten Reflexionsfilm 332 reflektiert und
verlässt
diesen. Der p-polarisierte Lichtstrahl passiert durch den zugeordneten
Polarisationsseparationsfilm 331 hindurch und wird durch
die zugeordnete λ/2-Phasenplatte 381 in
einen s-polarisierten Lichtstrahl gewandelt und verlässt diesen. Somit
wird nahezu das ganze an den effektiven Lichteintrittsbereichen
EA der Polarisationswandlungselementanordnung 320a einfallende
Licht in s-polarisierte Lichtstrahlen gewandelt und verlässt diesen.
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Falls λ/2-Phasenplatten 381 selektiv
an den Lichtausgangsflächen
der Reflexionsfilme 332 vorgesehen sind, so können durch
die Polarisationswandlungselemente im Wesentlichen lediglich p-polarisierte
Lichtstrahlen erhalten werden.
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Wie es in dem Abschnitt betreffend
den Stand der Technik beschrieben wurde, werden die Anteile des
auf die ineffektiven Lichteintrittsbereiche UA auftreffenden Lichts
in unerwünscht
polarisierte Lichtstrahlen (p-polarisierte Lichtstrahlen in der
vorliegenden Ausführungsform)
gewandelt. Normalerweise ist die Effizienz, mit welcher Licht genutzt
wird, verringert, da das Licht mittels einer Lichtabschirmplatte
oder dergleichen abgeschnitten wird, die an einem ineffektiven Lichteintrittsbereich
UA vorgesehen ist. Im Besonderen, in einem Aufbau, wie demjenigen der
Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 von 1, wird die Quantität von Licht
am größten um die
optische Achse der Lichtquelle herum, so dass, wenn es einen ineffektiven
Lichteintrittsbereich UA um die optische Achse herum gibt, die Effizienz,
mit welcher Licht genutzt wird, beträchtlich verringert wird. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es, ein derartiges Problem in einer unten beschriebenen Weise zu überwinden.
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In der vorliegenden Ausführungsform
sind das Polarisationswandlungselement 350a der Polarisationswandlungselementanordnung 320a,
das der optischen Achse am nächsten
liegt (siehe 10), und
das Polarisationswandlungselement 350b der Polarisationswandlungselementanordnung 320b, das
der optischen Achse am nächsten
liegt (siehe 10), auf
der linken und rechten Seite des Raums Cp derart angeordnet, dass
diese einander gegenüberliegen.
Die Dummy-Abschnitte 370 der
zwei Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b wie
auch ein Spalt Gp dazwischen befinden sich in dem Raum Cp. Von den
Lichtstrahlen, die auf die Fokuslinsenanordnung 310 um
die optische Achse herum einfallen, passiert der Lichtstrahl L2,
der den Polarisationsseparationsfilm 331 nicht beleuchten
kann, da die Fokuslinsenanordnung 310 einen Anteil des
Lichts nicht vollständig
sammeln kann, durch den Raum Cp hindurch, in welchem weder ein Polarisationsseparationsfilm 331 noch
ein Reflexionsfilm 332 vorhanden ist, und verlässt den
Spalt Cp unverändert.
Der durch den Raum Cp gehende Lichtstrahl ist ein Lichtstrahl, der
aus einer effektiv s-polarisierten Komponente wie auch einer ineffektiv
p-polarisierten Komponente besteht. Von den Komponenten des ausgehenden
Lichtstrahls, der durch den Raum Cp hindurchgeht, kann die erforderte
polarisierte Komponente (die s-polarisierte Komponente in der vorliegenden
Ausführungsform)
alleine für
ein Verlassen des Raums Cp vorgesehen werden, indem eine Polarisationsplatte
auf der Seite der Lichtausgangsebene für eine effektive Nutzung platziert
wird. Wenn die Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 (1) für eine unten beschriebene Projektionsanzeigevorrichtung
verwendet wird, so wird normalerweise eine Polarisationsplatte an
der Lichteintrittsfläche
eines Flüssigkristall-Lichtventils
vorgesehen, welches ein Beleuchtungsbereich 80 ist. In
diesem Fall ist es deshalb nicht erforderlich, eine separate Polarisationsplatte
vorzusehen.
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Der lichttransmittierende Abschnitt 360 an der äußersten
Seite der Polarisationswandlungselementanordnung 320a ist
ein Abschnitt, durch welchen Licht von der Linse an der äußersten
Seite der Fokuslinsenanordnung 310 passiert. Die Lichtquelle der
Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50, welche den Aufbau
der vorliegenden Ausführungsform
besitzt, ist normalerweise auf einer Mittellinie angeordnet, die
sich durch das Zentrum der Lichteintrittsfläche der Fokuslinsenanordnung 310 erstreckt
und orthogonal zu der Lichteintrittsfläche (siehe 4) ist, so dass die Menge an Licht, welches
auf die Außenseite
der Linsenanordnung 310, d. h. den lichttransmittierenden
Abschnitt 360, einfällt,
kleinstmöglich ist.
In einer derartigen Situation gibt es oft keinen großen Unterschied
zwischen den Mengen an Licht, die effektiv in dem gesamten ersten
optischen Hauptelement 300 (siehe 1) verwendet werden können, wenn das Licht, welches
auf der äußersten
Seite der Fokuslinsenanordnung 310 einfällt, durch das Polarisationswandlungselement
zur Nutzung in einen polarisierten Lichtstrahl gewandelt wird, im
Vergleich zu dem Fall, in welchem das Licht einfach unverändert durch
die Anordnung 310 hindurch passiert. Der lichttransmittierende
Abschnitt 360 an der äußersten
Seite der Fokuslinsenanordnung 310 der Polarisationswandlungselementanordnung 320a wird
somit lediglich durch ein lichttransmittierendes Teil gebildet,
so dass dieser nicht die Struktur des Polarisationswandlungselements 350 (siehe 8) annimmt, und ist nicht
mit einer λ/2-Phasenplatte 381 versehen.
Dies bewirkt, dass ein Lichtstrahl L3, der durch die Linse an der äußersten
Seite der Fokuslinsenanordnung 310 passiert, durch den
lichttransmittierenden Abschnitt 360 hindurchgeht und diesen
unverändert verlässt. Der
den lichttransmittierenden Abschnitt 360 verlassende Lichtstrahl
ist ähnlich
dem Lichtstrahl, welcher durch den Raum Cp passiert und diesen verlässt, ein
Lichtstrahl, der eine effektiv s-polarisierte Komponente und eine
ineffektiv p-polarisierte Komponente enthält. Von den ausgehenden, polarisierten,
den lichttransmittierenden Abschnitt 360 verlassenden Komponenten
wird lediglich die benötigte polarisierte
Komponente (die spolarisierte Komponente in der vorliegenden Ausführungsform)
verwendet, indem eine Polarisationsplatte an der Lichtaustrittsseite
des lichttransmittierenden Abschnitts 360 vorgesehen wird,
was die Nutzung des Lichtstrahls als einen effektiven Lichtstrahl
ermöglicht.
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11 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Enden seitens des vorbestimmten Raums der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b von 8. In 11A ist angenommen, dass Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b,
die keine Dummy-Abschnitte 370 aufweisen, in der horizontalen
Richtung der Lichtaustrittsfläche
der Fokuslinsenanordnung 310 angeordnet sind, wobei ein
vorbestimmter Raum Cp dazwischen bezüglich des Zentrums CL vorgesehen
ist. Hierbei gibt es eine Differenz zwischen den Lichtweglängen des
Lichtstrahls, der durch den Raum Cp passiert, und dem Lichtstrahl,
der durch die Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b passiert.
Falls es möglich
ist, so ist es bevorzugt, dass Längen
der Lichtwege so nah wie möglich
aneinander liegen. Abhängig
von der Richtung der Reflexion kann ein Lichtstrahl Lex1, der durch
die Enden 371 der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a oder 320b reflektiert
wird, nicht effektiv genutzt werden. Die Fokuslinsenanordnung 310 und
die Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b sind,
beispielsweise, unter Verwendung eines in 11A gezeigten Klebstoffs 375 aneinandergefügt. Hierbei wird
an dem vorbestimmten Raum Cp ein vorstehender Klebstoffabschnitt 376 erzeugt.
Der durch einen solchen vorstehenden Klebstoffabschnitt 376 passierende
Lichtstrahl Lex2 wird ungleichförmig
reflektiert, da die Klebstoffoberfläche nicht eben ist, was eine
effektive Verwendung des Lichts verhindert.
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In 11B ist
angenommen, dass Dummy-Abschnitte 370, die aus dem gleichen
Material wie die lichttransmittierenden Teile 323 der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b gebildet
sind, in dem vorbestimmten Raum Cp angeordnet sind. Wenn die Dummy-Abschnitte
vorgesehen sind, so ist es möglich,
Probleme betreffend Unterschiede in den Längen der Lichtwege und Unterschiede
in den Reflexionsrichtungen des Lichtstrahls Lex1, der an einer
Endfläche
der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a oder 320b reflektiert
wird, zu mildern. Wie es in 11B gezeigt
ist, wird das Ausmaß des
Vorsprungs des Klebstoffs durch Vorsehen der Dummy-Abschnitte 370 und
entweder Abrunden oder Entfernen der Ecken der Seiten der Dummy-Abschnitte 370 an
den Lichteingangsflächen
(geklebte Flächen)
kleiner gemacht. Der Spalt Gp an dem Mittelabschnitt muss nicht
geformt werden. Unter Berücksichtigung
der Genauigkeit der Ausrichtung der Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b zu
der Lichtaustrittsfläche
der Fokuslinsenanordnung 310 beim Zusammenfügen derselben, ist es jedoch
bevorzugt, dass es eine geringfügige
Lücke zwischen
den Dummy-Abschnitten 370 an dem Mittelabschnitt gibt, wenn
die Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b an
die Lichtausgangsfläche
der Fokuslinsenanordnung 310 angefügt wurden.
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C. Ausführungsform
2:
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12 ist
eine Darstellung, die ein optisches Element von Ausführungsform
2 veranschaulicht.
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Der mittlere Abschnitt von 12 zeigt die Verteilungen
der Quantitäten
von Licht, welches die Lichteintrittsfläche einer Polarisationswandlungselementanordnung 320a beleuchtet,
nachdem Licht durch jede der Linsen La bis Ld der Linsenanordnung 310 in
einer Struktur gesammelt wurde, die wie diejenige der Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 (1) vorgesehen ist. Im Allgemeinen
ist die Intensität
Ia des durch diejenige Linse La gesammelten Lichts, die der optischen
Achse am nächsten
liegt, am größten, wohingegen
die Intensität
des Lichts, das durch die am entferntesten von der optischen Achse
gelegenen Linse gesammelt wird, am schwächsten ist. In 12 ist die Intensität Id des von der vierten Linse
gesammelten Lichts am schwächsten.
Die Lichtquantitätsverteilung
verschiebt sich von deren zugeordneter Linsenmitte hin zu oder weg
von der optischen Achse, ausgehend von einer gewissen Linsenposition
(die Position der dritten Linse Lc in 12),
so dass für
die Lichtquantitätsverteilungen
der Linsen La bis Ld gilt: je näher die
Linse der optischen Achse liegt, desto mehr ist die Verteilung aus
deren zugeordneter Linsenmitte hin zu der optischen Achse verschoben,
und je weiter die Linse von der optischen Achse weg liegt, desto mehr
ist die Verteilung ausgehend von deren zugeordneter Linsenmitte
hin zu der entgegengesetzten Seite der optischen Achse verschoben.
In 12 ist die Lichtquantitätsverteilung
Pc der Linse Lc etwa um die Linsenmitte zentriert, wohingegen die
Lichtquantitätsverteilungen
Pb und Pa der Linsen Lb und La, die der optischen Achse näher liegen
als die Linse Lc, hin zu der optischen Achse verschoben sind. Die Lichtquantitätsverteilung
Pd der Linse Ld ist bezüglich
deren Linsenmitte von der optischen Achse weg verschoben.
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In einem solchen Fall, wenn die Zentren
der effektiven Lichteinfallsbereiche der Polarisationswandlungselementanordnungen
mit deren korrespondierenden Linsenmitten, ausnahmslos, ausgerichtet
sind, so tritt ein Lichtverlust auf infolge einer Verschiebung in
der Lichtquantitätsverteilung,
wie oben beschrieben. Dieser Verlust von Licht wird besonders groß um die
optische Achse der Lichtquelle herum, wenn die Verteilung von Licht
von einer Linsenanordnung und einem effektiven Lichteinfallsbereich
nicht ausgerichtet sind. Es ist daher bevorzugt, dass die Zentren
der effektiven Lichteinfallsbereiche der Polarisationswandlungselementanordnung 320a jeweils
entsprechend den Verteilungen von Licht angeordnet sind, welches
die Linsenanordnung 310 verlässt, d. h. entsprechend dem
Spitzenintervall der Verteilungen des Lichts von der Linsenanordnung 310.
Um das durch die Linsenanordnung 310 gesammelte Licht effektiver
zu nutzen, ist es außerdem
bevorzugt, dass das durch diejenigen Linsen gesammelte Licht, die
der optischen Achse näher
liegen, effektiver genutzt wird. Im Besonderen ist es bevorzugt,
das Zentrum des effektiven Lichteinfallsbereichs EA1 der Polarisationswandlungselementanordnung 320a,
welcher der optischen Achse der Lichtquelle am nächsten angeordnet ist, mit
der Spitzenposition der Lichtverteilung Pa im Wesentlichen auszurichten,
wenn die Lichtquantität
um die optische Achse der Lichtquelle herum groß ist, oder wenn die Verteilung
Pa von Licht von der nahe der optischen Achse der Lichtquelle angeordneten
Linse La bezüglich
der Mitte von La hin zu der optischen , Achse der Lichtquelle verschoben
ist.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform
ist es möglich,
Probleme zu überwinden,
die in Beziehung zu Lichtintensitäten und Lichtquantitätsverteilungen stehen,
welche von einer Linsenposition der Fokuslinsenanordnung abhängen. Das
optische Element der zweiten Ausführungsform besitzt die gleiche Grundstruktur
wie diejenige des optischen Elements der ersten Ausführungsform,
unterscheidet sich jedoch von dieser dahingehend, dass diese Polarisationswandlungselementanordnungen 320a und 320b verwendet,
deren effektiv Lichteinfallsbereiche EA (mit EA1 bis EA4 in der
Figur bezeichnet) und ineffektive Lichteinfallsbereiche UA (mit
UA1 bis UA4 in der Figur bezeichnet) jeweils eine Breite in der
X-Richtung aufweisen, die größer als
1/2 der Breite WL in der X-Richtung
jeder der Linsen La bis Ld der Linsenanordnung 310 ist. 12 zeigt lediglich die Seite der
Polarisationswandlungselementanordnung 320a. Die Seite
der Polarisationswandlungselementanordnung 320b, die einfach
symmetrisch bezüglich
der optischen Achse zu der Polarisationswandlungselementanordnung 320a ist,
ist in der Figur nicht dargestellt.
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Die Polarisationswandlungselementanordnung 320a ist
beispielsweise derart angeordnet, dass das Zentrum der Linse Lc
in der dritten Spalte mit dem Zentrum von deren zugeordnetem effektiven Lichteinfallsbereich
EA3 ausgerichtet ist. Normalerweise ist die Breite jedes ineffektiven
Lichteinfallsbereichs UA (mit UA 1 bis UA4 in der Figur bezeichnet) gleich
der Breite jedes der effektiven Lichteinfallsbereiche EA, so dass
die linken zwei effektiven Lichteinfallsbereiche EA2 und EA1 von
den Zentren ihrer korrespondierenden Linsen Lb und La zur optischen Achse
hin verschoben sind. Andererseits ist der ganz rechts liegende effektive
Lichteinfallsbereich EA4 von dem Zentrum der Linse Ld weg von der
optischen Achse verschoben. Demzufolge ist jeder der effektiven
Lichteinfallsbereiche EA1 bis EA4 im Wesentlichen mit dem Ort seiner
entsprechenden Lichtquantitätsverteilung
der Linsenanordnung 310 ausgerichtet. Da eine vorbestimmte
Anzahl von Linsen, wie zwei oder drei Linsen, die nahe der optischen
Achse angeordnet sind, eine große
Lichtintensität
aufweisen, ist es im Besonderen bevorzugt, die Verteilungen der
Quantität
des durch jede dieser Linsen gesammelten Lichts im Wesentlichen
mit deren jeweiligen effektiven Lichteintrittsbereichen auszurichten. Mittels
einer derartigen Konstruktion ist es gemäß der zweiten Ausführungsform
möglich,
das Licht mit größerer Effizienz
zu nutzen. Wie viel größer die
Breite eines effektiven Lichteintrittsbereichs als 1/2 der Breite
der zugeordneten Linse vorgesehen werden sollte, oder welche Linse
als eine Referenz zur Platzierung eines effektiven Lichteintrittsbereichs
verwendet werden sollte, kann in einfacher Weise experimentell aus der
Anzahl von Linsenanordnungen und der Beziehung zwischen der Lichtquantitätsverteilung
und deren zugeordneten Linsen bestimmt werden. Die Breiten der effektiven
Lichteintrittsbereiche und der ineffektiven Lichteintrittsbereiche
müssen
nicht größer als
1/2 der Breiten ihrer korrespondierenden Linsen vorgesehen werden.
Die Breiten werden durch die tatsächliche Verteilung der Lichtquantität bestimmt, welche
die Lichteintrittsfläche
der Polarisationswandlungsanordnung beleuchtet.
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D. Projektionsanzeigevorrichtung:
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13 ist
eine schematische Strukturansicht des Hauptabschnitts einer Projektionsanzeigevorrichtung,
die mit der Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 von 1 versehen ist. Die Projektionsanzeigevorrichtung
umfasst die Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50, dichroitische
Spiegel 801 und 804, Reflexionsspiegel 802, 807 und 809,
Linsen 806, 808 und 810, drei Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811,
ein dichroitisches Kreuzungsprisma 813 und eine Projektionslinsenbaugruppe 814.
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Die dichroitischen Spiegel 801 und 804 wirken
jeweils als ein Farblichtseparationsmittel zum Aufteilen von weißem Licht
in drei Farbkomponenten, Rot, Blau und Grün. Die drei Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 wirken
jeweils als ein Lichtmodulationsmittel zum Modulieren der drei Farbkomponenten,
um ein Bild, in Entsprechung mit der empfangenen Bildinformation
oder dem empfangenen Bildsignal, auszubilden. Das dichroitische
Kreuzungsprisma 813 wirkt als ein Farblichtkombiniermittel
zum Kombinieren der drei Farbkomponenten, um ein Farbbild auszubilden.
Die Projektionslinsenbaugruppe 814 wirkt als ein optisches
Projektionssystem zum Projizieren des Lichts, welches das kombinierte Farbbild
auf einen Schirm 815 trägt.
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Die rote Komponente von weißem Licht
von der Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 passiert durch
den dichroitischen Spiegel 801, welcher eine blaue Komponente
und eine grüne
Komponente reflektiert, wobei die blaue Komponente und die grüne Komponente
dadurch reflektiert werden. Die rote Komponente, welche dort hindurchgegangen
ist, wird durch den Reflexionsspiegel 802 reflektiert und kommt
an dem Flüssigkristall-Lichtventil 803 für die rote
Komponente an. Andererseits wird von der blauen Komponente und der
grünen
Komponente, die durch den ersten dichroitischen Spiegel 801 reflektiert
werden, die grüne
Komponente durch den dichroitischen Reflexionsspiegel 804 für die grüne Komponente
reflektiert und kommt an dem Flüssigkristall-Lichtventil 805 für die grüne Komponente
an. Die blaue Komponente geht durch den zweiten dichroitischen Spiegel 804 hindurch.
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In der vorliegenden Ausführungsform
ist der Weg der blauen Komponente am längsten. Für die blaue Komponente wird
daher, dem dichroitischen Spiegel 804 folgend, ein Lichtführungsmittel 850 vorgesehen,
welches gebildet wird durch eine Übertragungslinseneinheit umfassend
eine Lichteintrittslinse 806, eine Zwischenlinse 808 und
eine Lichtaustrittslinse 810. Nach dem Passieren durch
den dichroitischen Reflexionsspiegel 804 für die grüne Komponente
passiert die blaue Komponente durch die Lichteintrittslinse 806,
wird durch den Reflexionsspiegel 807 reflektiert, und wird
zu der Zwischenlinse 808 geführt. Dann, nach einer Reflexion
durch den Reflexionsspiegel 809, wird diese zu der Lichtaustrittslinse 810 geführt und
erreicht das Flüssigkristall-Lichtventil 811 für die blaue
Komponente. Die drei Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 entsprechen
dem Beleuchtungsbereich 80 von 1.
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Entsprechend dem Bildsignal (Information), das
durch eine externe Steuerschaltung (nicht dargestellt) bereitgestellt
wird, modulieren die drei Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 deren
entsprechende Farbkomponenten, um Farblichtstrahlen zu erzeugen,
welche eine Bildinformation der Lichtkomponenten enthalten. Die
modulierten drei Farbkomponenten treffen auf das dichroitische Kreuzungsprisma 813.
Ein dielektrischer mehrlagiger Film, der eine rote Komponente reflektiert,
und ein dielektrischer mehrlagiger Film, der eine blaue Komponente reflektiert,
sind an dem dichroitischen Kreuzungsprisma 813 kreuzförmig ausgebildet.
Diese dielektrischen mehrlagigen Filme kombinieren die drei Farbkomponenten,
was einen Lichtstrahl ausbildet, der das Farbbild repräsentiert.
Der Lichtstrahl, in welchem die Lichtkomponenten kombiniert wurden,
wird durch die Projektionslinsenbaugruppe 814, welche ein
optisches Projektionssystem zum Vergrößern des Bilds für eine Anzeige
ist, auf den Schirm 815 projiziert.
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Die Projektionsanzeigevorrichtung
verwendet Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811,
die als Lichtmodulationsmittel von dem Typ dienen, der einen in
einer bestimmten Richtung polarisierten Lichtstrahl (d. h. einen
s-polarisierten Lichtstrahl oder einen p-polarisierten Lichtstrahl)
moduliert. Polarisationsplatten (nicht dargestellt) sind normalerweise
an der Lichteintrittsseite und der Lichtaustrittsseite jedes der
Flüssigkristall-Lichtventile
befestigt. Ein in einer vorbestimmten Richtung polarisierter Lichtstrahl,
wie ein s-polarisierter Lichtstrahl, wird daher moduliert und trifft
auf das dichroitische Kreuzungsprisma 813. Von den Lichtstrahlen,
die auf das optische Element 300 auftreffen, werden hier
diejenigen Strahlen, die durch die Fokuslinsenanordnung 310 gesammelt werden
und die Polarisationsseparationsfilme 331 beleuchten, wie
in 10 gezeigt, alle
in s-polarisierte Lichtstrahlen gewandelt und verlassen das optische
Element 300. Die Lichtstrahlen von dem optischen Element 300 beleuchten
durch eine lichtaustrittsseitige Linse 390 hindurch die
Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811.
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Von den Lichtstrahlen, die auf das
optische Element 300 auftreffen, werden diejenigen, die
durch die Fokuslinsenanordnung 310 nicht vollständig gesammelt
werden können
und deren jeweilige Reflexionsfilme 332 nicht beleuchten
können,
in p-polarisierte Lichtstrahlen gewandelt, wie es bei dem herkömmlichen
Beispiel beschrieben wurde, und verlassen das optische Element 300,
um die Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 zu
beleuchten. Wie es oben erwähnt
ist, sind jedoch Polarisationsplatten an den Lichteintrittsflächen der
Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 vorgesehen,
um p-polarisierte Lichtstrahlen zu blockieren, wodurch lediglich s-polarisierte
Lichtstrahlen genutzt werden. Andererseits verlassen diejenigen
Lichtstrahlen, die durch den Raum Cp in dem optischen Element der
oben beschriebenen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hindurch passieren, den Raum Cp und beleuchten
die Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 ohne
in einen polarisierten Lichtstrahl gewandelt zu werden. Da das beleuchtende
Licht weißes
Licht ist, welches eine s-polarisierte Komponente enthält, die
an den Flüssigkristall-Lichtventilen 803, 805 und 811 verwendbar
ist, ist es möglich,
lediglich die spolarisierte Komponente des Lichts zu verwenden,
welches die Flüssigkristall-Lichtventile 803, 805 und 811 beleuchtet.
Da die Projektionsanzeigevorrichtung 800 von 13 somit die Polarisationsbeleuchtungseinrichtung 50 unter
Verwendung des optischen Elements 300 der oben beschriebenen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einbezieht, ist es möglich, das Licht effizienter
als in dem herkömmlichen
Fall zu nutzen.
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Wie es aus der vorangegangenen- Beschreibung
verständlich
ist, gestatten die optischen Elemente der vorliegenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, dass Licht in der Projektionsanzeigevorrichtung
effizienter als in herkömmlichen Projektionsanzeigevorrichtungen
genutzt wird. Deshalb kann das auf den Schirm 815 projizierte
Bild heller vorgesehen werden.
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Wenngleich die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, so ist es verständlich,
dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können ohne
den Bereich der beigefügten
Ansprüche
zu verlassen.
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Die Polarisationsbeleuchtungseinrichtung der
vorliegenden Erfindung kann in Vorrichtungen verwendet werden, die
verschieden von der Projektionsanzeigevorrichtung von 13 sind. Beispielsweise
kann die Polarisationsstrahlteileranordnung entsprechend der vorliegenden
Erfindung auch für eine
Projektionsanzeigevorrichtung eingesetzt werden, die kein Farbbild
sondern ein Schwarzweißbild projiziert.
In diesem Fall, im Vergleich zu der Vorrichtung von 13, muss nur ein Flüssigkristall-Lichtventil verwendet
werden, und die Farblichtseparationsmittel zum Aufteilen eines Lichtstrahls
in seine drei Farbkomponenten und ein Farblichtkombiniermittel zum
Kombinieren der drei Farbkomponenten des Lichtstrahls sind nicht
erforderlich. Außerdem kann
die vorliegende Erfindung für
eine Projektions-Farbanzeigevorrichtung unter Verwendung lediglich
eines Lichtventils eingesetzt werden. Ferner kann die vorliegende
Erfindung für
Projektionsanzeigevorrichtungen, die ein Reflexionslichtventil verwenden,
oder für
eine Bildanzeigevorrichtung eingesetzt werden, die das Polarisationsbeleuchtungslicht einer
Rückanzeigevorrichtung
oder dergleichen verwendet.