DE10134575A1 - Beleuchtungsvorrichtung und diese verwendende Projektionsanzeigevorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellenabschnitten (11A, 11B), einen Integratorabschnitt (14) und ein Spiegelelement (12). Jeder Lichtquellenabschnitt (11A, 11B) umfasst einen Leuchtkörper (2A, 2B) und einen Reflektor (1A, 1B) mit einer ellipsenförmigen Oberfläche, deren einer Brennpunkt sich nahe dem Schwerpunkt des Leuchtkörpers befindet. Der Integratorabschnitt umfasst zumindest zwei Integratorplatten (7, 8), die in der optischen Achsrichtung angeordnet sind, um die von den Lichtquellenabschnitten (11A, 11B) abgegebene Lichtmenge zu homogenisieren. Das Spiegelelement (12) besitzt eine Reflexionsfläche (12A, 12B) nahe dem anderen Brennpunkt (f¶A¶, f¶B¶) der ellipsenförmigen Oberfläche des zumindest einen Reflektors (1A, 1B) und reflektiert den Lichtstrom von der Lichtquellengruppe zum Integratorabschnitt (14). Die optische Achse (X) der gesamten Beleuchtungsvorrichtung und die optische Achse (S¶A¶, S¶B¶) des zumindest einen Reflektors (1A, 1B) bilden zwischen sich einen vorbestimmten Winkel (alpha, beta).

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung sowie eine Projektions­ anzeigevorrichtung, die das von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Licht gemäß vorbestimmter Bildinformation mittels eines Lichtventils modu­ liert und das so modulierte Licht auf einen Schirm projiziert; und insbeson­ dere eine Konfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Lichtquellenabschnitten aufweist.

Herkömmlich sind Verfahren, die ein Linsenfeld oder eine Linsenrasterplatte verwenden, als integrierte Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die in Projek­ tionsanzeigevorrichtungen verwendet wird. Auch wenn eine Lichtquelle mit ungleichmäßigen Lichtverteilungseigenschaften, wie etwa eine Metallhalo­ genidlampe, eine Xenonlampe oder eine Halogenlampe verwendet wird, können diese Verfahren eine Beleuchtungsvorrichtung ergeben, die die ungleichmäßige Beleuchtung an dem Lichtventil aufgrund der Lichtver­ teilungseigenschaften der Lichtquelle aufheben kann.

Eine solche Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine erste lntegratorplatte (allgemein als zweites Fliegenauge oder dgl. bekannt) sowie eine zweite Integratorplatte (allgemein als erstes Fliegenauge oder dgl. bekannt), die nacheinander in dieser Reihenfolge stromab eines einen Reflektor verwen­ denden Lichtquellenabschnitts angeordnet sind. Die erste Integratorplatte ist durch eine Mehrzahl zweidimensional angeordneter Linsenelemente gebildet, von denen jedes eine der Flüssigkristallanzeigeplatine ähnliche Form hat. Ein vom Lichtquellenabschnitt emittierter Lichtstrom mit stark ungleichmäßiger Helligkeit wird durch die erste lntegratorplatte in Teillicht­ ströme unterteilt, deren Anzahl mit der Anzahl der Linsenelemente der ersten Integratorplatte identisch ist. Die Ungleichmäßigkeit in der Helligkeit der Teillichtströme ist kleiner als die des ungeteilten Lichtstroms. Die Teil­ lichtströme bilden jeweils sekundäre Lichtquellen an der Oberfläche der zweiten Integratorplatte (die mit der Pupillenfläche einer Projektionslinse konjugiert wird), die zum Beleuchtungsbereich über die zweite Integrator­ platte und eine Feldlinse emittiert werden, so dass sie einander überlagert werden, wodurch sich eine Beleuchtung mit einer weniger ungleichmäßigen Helligkeit realisieren lässt.

Es ist eine Projektionsanzeigevorrichtung, die zwei der oben erwähnten Integratorplatten verwendet, bekannt, die eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, die um die optische Achse herum symmetrisch angeordnet sind, um die Beleuchtungslichtmenge etc. sicherzustellen (japanische Patent­ offenlegungsschrift Nr. 6-265887).

Im Falle einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer einzigen Lichtquelle kann die ungleichmäßige Beleuchtung durch die Lichtverteilungscharakteristiken der Lichtquelle durch die oben erwähnte Integratorbauart wirkungsvoll beseitigt werden. In einer Beleuchtungsvorrichtung, in der eine Mehrzahl von Lichtquellen symmetrisch um die optische Achse herum angeordnet ist, tritt jedoch, wegen der Lichtverteilungscharakteristiken der Lichtquel­ len, eine neue Intensitätsverteilung auf. Weil nämlich einzelne Lichtquellen, die jeweils voneinander unterschiedliche Intensitätsverteilungen besitzen, um die optische Achse herum symmetrisch angeordnet sind, tritt ein Teil mit hoher Intensität an einer Stelle, die der optischen Achse nicht nahe sondern von der optischen Achse um einen bestimmten Abstand getrennt ist, an der Pupillenoberfläche der Projektionslinse auf, die mit der Ober­ fläche der zweiten Integratorplatte konjugiert wird. Jedoch ist die Abbil­ dungsleistung der Projektionslinse in der Nähe der optischen Achse höher und wird mit zunehmendem Abstand davon geringer. Wenn ein Teil mit höherer Intensität, d. h. ein die Abbildungsleistung bestimmender Teil, wie oben erwähnt, an einer Stelle vorhanden ist, die von der optischen Achse der Pupillenfläche von einem vorbestimmten Abstand getrennt ist, wird es schwieriger, die der Projektionslinse eigene Abbildungsleistung vollständig auszunutzen.

Ein herkömmliches Beispiel, das mit diesem durch eine Mehrzahl von Licht­ quellen verursachten Problem zurecht kommen kann, ist die Beleuchtungs­ vorrichtung und die diese verwendende Projektionsanzeigevorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-3612 offenbart ist. Diese Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellen­ abschnitten, die jeweils einen ellipsenförmigen Spiegel besitzen, die einen ersten Brennpunkt nahe dem Schwerpunkt eines Leuchtkörpers aufweist, während der Lichtstrom von jedem Lichtquellenabschnitt zum Integrator durch ein Reflexionsprisma reflektiert wird, das eine Reflexionsfläche nahe einem zweiten Brennpunkt jedes ellipsenförmigen Spiegels aufweist. Daher ist die sekundäre Lichtquelle des Leuchtkörpers, die an der Reflexionsquelle des reflektierenden Prismas entsteht, näher an der optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet als der Leuchtkörper selbst, wodurch die Position der sekundären Lichtquelle als Lichtquellenposition in deren stromabwärtigen optischen Systemen benutzt werden kann. Während diese Vorrichtung eine helle Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Lichtquellen ist, wird somit ein Lichtfleck durch den Lichtstrom an jedem Lichtquellenabschnitt an einer Stelle nahe der optischen Achse an der Pupillenfläche der Projektionslinse gebildet, was die Abbildungsleistung der Projektionslinse begünstigt.

Jedoch hat die oben erwähnte Vorrichtung zum Ziel, die Beleuchtungs­ gleichmäßigkeit und Farbe des Beleuchtungslichts zu verbessern. Daher wird es als wichtig angesehen, dass an der Projektionslinsenpupillenfläche gebildete Leuchtkörperbilder symmetrisch um die optische Achse angeord­ net werden, auch dann, wenn eine Mehrzahl von Lampen verwendet wird. Es sind nämlich die Leuchtkörperbilder symmetrisch um die optische Achse herum angeordnet, wodurch der durch den Lichtstrom von jedem Licht­ quellenabschnitt gebildete Lichtfleck infolgedessen nahe der optischen Achse positioniert wird. Dies führt nicht notwendigerweise dazu, dass die oben erwähnte Projektionslinse ihre Abbildungsleistung vollständig aus­ nutzt.

Wie oben erwähnt, ist die Abbildungsleistung der Projektionslinse in der Nähe der optischen Achse höher und wird mit zunehmendem Abstand davon geringer. Um daher die Abbildungsleistung der Projektionslinse möglichst effektiv zu nutzen, besteht der Wunsch, dass der Teil mit der höheren Lichtstromintensität durch die Pupillenfläche der Projektionslinse an einer Stelle hindurchgeht, die der optischen Achse möglichst nahe ist. Obwohl in diesem herkömmlichen Beispiel der Lichtfleck, der durch den Lichtstrom von jedem Lichtquellenabschnitt gebildet wird, in gewissem Ausmaß an einer Stelle in der Nähe der optischen Achse erzeugt werden kann, besteht hierfür eine Grenze. Wenn sich nämlich der Lichtfleck der optischen Achse annähert, nähert sich die Stelle, an der der Lichtstrom vom Lichtquellenabschnitt auf jeder Reflexionsfläche des Reflexionsprismas reflektiert wird, unvermeidlich einem Scheitel des Reflexionsprismas an, der durch die Reflexionsflächen des Reflexionsprismas gebildet ist. Jedoch ist auch in der Nähe der Fokusposition des Lichtstroms eine gewisse Flächen­ ausdehnung erforderlich, um einen Lichtstrom zu reflektieren, wobei von einem Scheitel des Reflexionsprismas kein Lichtstrom reflektiert werden kann.

Daher ist eine Bauartveränderung notwendig, damit der Teil mit einer höheren Intensität des Lichtstroms von einem Lichtquellenabschnitt durch die Pupillenoberfläche der Projektionslinse an einer Stelle hindurchtritt, die der optischen Achse näher ist, und um ferner die Abbildungsleistung der Projektionslinse noch effektiver auszunutzen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung anzuge­ ben, die problemlos kleiner gemacht werden kann und bewirken kann, dass die Projektionslinse die ihr eigene Abbildungsleistung vollständig ausnutzt, indem der Teil mit einer höheren Lichtintensität entsprechend jeder Licht­ quelle so nahe wie möglich an der optischen Achse der Beleuchtungsvor­ richtung angeordnet wird, wenn eine Mehrzahl von Lichtquellen symmet­ risch um die optische Achse herum angeordnet ist, während das Beleuch­ tungslicht durch die Integratorbauart homogenisiert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Projektionsanzeigevor­ richtung anzugeben, die die oben erwähnte Beleuchtungsvorrichtung auf­ weist.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, umfassend: eine Lichtquellengruppe, in der eine Mehrzahl von Lichtquellen­ abschnitten angeordnet ist, die jeweils aus einem Leuchtkörper und einem Reflektor mit einer ellipsenförmigen Oberfläche aufgebaut sind, deren einer Brennpunkt sich nahe einem Schwerpunkt des Leuchtkörpers befindet; einen lntegratorabschnitt, der aus zumindest zwei Integratorplatten aufge­ baut ist, um die von der Lichtquellengruppe abgegebene Lichtmenge zu homogenisieren, wobei der lntegratorabschnitt in einer optischen Achs­ richtung des Lichts angeordnet ist; und zumindest ein Spiegelelement mit einer Reflexionsfläche nahe dem anderen Brennpunkt der ellipsenförmigen Oberfläche des zumindest einen Reflektors, um einen Lichtstrom von der Lichtquellegruppe zum lntegratorabschnitt hin zu reflektieren; wobei die Beleuchtungsvorrichtung insgesamt eine optische Achse aufweist, die einen vorbestimmten Winkel zu einer optischen Achse des zumindest einen Reflektors bildet.

Bevorzugt ist zumindest eine Linse zum Abgeben des Lichtstroms vom Spiegelelement zum Integratorabschnitt als im Wesentlichen paralleler Lichtstrom an der Spiegelelementenseite des Integratorabschnitts angeord­ net.

Bevorzugt ist die Linse mit der Integratorplatte an der Spiegelelementen­ seite im Integratorabschnitt an der zum Spiegelelement weisenden Seite der Integratorplatte einstückig ausgebildet.

Die Linse kann mit der Integratorplatte aus Kunststoffmaterial einstückig ausgebildet sein.

Die Lichtquellengruppe kann zumindest zwei Lichtquellenabschnitte auf­ weisen, die derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Lichtströme davon auf die Linse mit einem Winkel fallen, mit dem eine Mittelachse jedes der Lichtströme die optische Achse der Linse im Wesentlichen schneidet.

Die Lichtquellengruppe kann ferner zumindest zwei Lichtquellenabschnitte aufweisen, während das Spiegelelement eine Reflexionsfläche nahe dem anderen Brennpunkt der ellipsenförmigen Oberfläche jedes der Reflektoren der zwei Lichtquellenabschnitte aufweist, um den Lichtstrom von der Lichtquellengruppe zum Integratorabschnitt hin zu reflektieren.

Ferner wird erfindungsgemäß eine Projektionsanzeigevorrichtung vorge­ schlagen, die die oben erwähnte Beleuchtungsvorrichtung aufweist, ein Lichtventil zum Modulieren des vom lntegratorabschnitt ausgegebenen Lichts gemäß vorbestimmter Bildinformation, sowie eine Projektionslinse zur Projektion eines optischen Bilds, das durch das vom Lichtventil modu­ lierte Licht erzeugt ist, auf einen Schirm.

Hier bedeutet "die Beleuchtungsvorrichtung besitzt insgesamt eine optische Achse, die einen vorbestimmten Winkel zur optischen Achse des zumindest einen Reflektors bildet" einen Zustand, in dem angenommen wird, dass der Lichtstrom vom Reflektor einmal fokussiert wird und dann auf den Integra­ torabschnitt fällt, während er sich ohne das Spiegelelement weiter linear fortpflanzt, wobei die optische Achse der gesamten Beleuchtungsvorrich­ tung und die optische Achse des Reflektors zwischen sich einen derartigen Winkel bilden, dass der Abstand von der optischen Achse der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zum Schwerpunkt des Leuchtkörpers größer ist als der Abstand von der optischen Achse der gesamten Beleuchtungsvor­ richtung zum Brennpunkt. In diesem angenommenen Zustand schneidet nämlich die optische Achse des Reflektors die optische Achse der gesam­ ten Beleuchtungsvorrichtung an seiner zum Brennpunkt weisenden Ver­ längerung.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Hauptteil der Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführung;

Fig. 2 zeigt schematisch die Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführung;

Fig. 3 zeigt schematisch eine integrierte Linse, die in der Beleuch­ tungsvorrichtung von Fig. 1 verwendbar ist; und

Fig. 4 zeigt schematisch den Hauptteil einer herkömmlichen Beleuch­ tungsvorrichtung.

Fig. 2 zeigt die Konfiguration der Projektionsanzeigevorrichtung, die die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung aufweist. Diese Projektions­ anzeigevorrichtung umfasst eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrich­ tung 10 sowie einen Projektorabschnitt 20, der bewirkt, dass von der Beleuchtungsvorrichtung 10 ein Lichtstrom emittiert wird und in gleichför­ miges Licht umgewandelt wird, um Bildinformation mitzunehmen und sie auf einen Schirm zu projizieren. Fig. 1 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 2 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung 10. Die Beleuch­ tungsvorrichtung 10 wird nun anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. In der Beleuchtungsvorrichtung 10 wird ein von seiner Lichtquellengruppe abge­ gebener Lichtstrom in einen im Wesentlichen parallelen Lichtstrom umge­ wandelt, dessen Anteil mit höherer Lichtintensität nahe der optischen Achse des lntegratorabschnitts 14 angeordnet ist, d. h. der optischen Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung, bevor er auf den Integra­ torabschnitt 14 fällt und dann an dem Integratorabschnitt gemischt wird, um die Lichtmengenverteilung zu homogenisieren.

Hier umfasst die Lichtquellengruppe eine Mehrzahl von (in dieser Ausfüh­ rung zwei) Lichtquellenabschnitten 11A, 11B, die Leuchtkörper 2A, 2B aufweisen, die jeweils aus einer Entladungsröhre, wie etwa einer Xenon­ lampe oder einer Metallhalogenidlampe, gebildet sind, sowie Reflektoren 1A, 1B, die jeweils aus ellipsenförmigen Spiegeln gebildet sind, die um die optische Achse X der Beleuchtungsvorrichtung 10 herum symmetrisch angeordnet sind. Die Lichtemissionsquelle des Leuchtkörpers 2A, 2B ist an einem Brennpunkt des aus einem ellipsenförmigen Spiegel gebildeten Reflektors 1A, 1B angeordnet. Infolgedessen wird der Lichtstrom, der vom Leuchtkörper 2A, 2B zur Rückseite und zur Außenseite der optischen Achse des Reflektors 1A, 1B abgegeben wird, d. h. der optischen Achse S_A, S_B des Lichtquellenabschnitts 11A, 11B, reflektiert, so dass er auf den anderen Brennpunkt f_A, f_B des Reflektors 1A, 1B gebündelt wird, um ein sekundäres Lichtquellenbild zu erzeugen.

Ein Spiegelelement 12 besitzt Reflexionsflächen 12A, 12B, die nahe den anderen Brennpunkten f_A, f_B der Reflektoren 1A, 1B angeordnet sind, und reflektiert den Lichtstrom von jedem Lichtquellenabschnitt 11A, 11B zum Integratorabschnitt 14. Die jeweiligen divergierenden Lichtströme von den Brennpunkten f_A, f_B der Reflexionsflächen 12A, 12B treten durch eine Linse 13 hindurch, so dass sie als im Wesentlichen parallele Lichtströme auf den lntegratorabschnitt 14 fallen. In dieser Ausführung ist die Linse 13 als einzelne asphärische Linse mit einem positiven Brechwert ausgeführt. Die Form der asphärischen Oberfläche ist durch die folgende Gleichung defi­ niert:

wobei
Z die Länge der Orthogonalen zu einer Tangential-Ebene (zur optischen Achse orthogonalen Ebene) eines Scheitels der asphärischen Ober­ fläche von einem Punkt auf der asphärischen Oberfläche mit einer Höhe Y von der optischen Achse ist;
R der paraxiale Krümmungsradius der asphärischen Oberfläche ist;
Y die Höhe von der optischen Achse ist;
K die Exzentrizität ist; und
A, B, C und D die asphärischen Oberflächenkoeffizienten vierter, sechster, achter und zehnter Ordnung sind.

In Fig. 1 besitzt die Linse 13 eine asphärische Oberfläche, die zum Integ­ ratorabschnitt 14 hinweist. Wenn die Linse 13 eine asphärische Oberfläche hat, kann die Aberration günstig korrigiert werden und die Beleuchtungs­ effizienz kann verbessert werden.

Der obere Teil von Tabelle 1 zeigt den Krümmungsradius R (mm) jeder Linsenoberfläche, die Mitteldicke D (mm) der Linse sowie den Brechungs­ index N_e der Linse an der e-Linie, betreffend die Linse, die als Beispiel der asphärischen Linse verwendbar ist. In dieser Tabelle werden die sich auf die Symbole beziehenden Zahlen von der Lichtquellenabschnittsseite her zunehmend größer. Der untere Teil von Tabelle 1 zeigt die jeweiligen Werte der Konstanten K, A, B, C und D der asphärischen Oberfläche, die durch die obige Gleichung der asphärischen Oberflächenform angegeben ist.

Der Integratorabschnitt 14 umfasst zwei Integratorplatten (erstes und zweites Fliegenauge 8, 7) sowie eine Feldlinse 26, die in Richtung der optischen Achse X angeordnet ist. Der im Wesentlichen parallele Licht­ strom von der Linse 13 wird durch das zweite Fliegenauge 7 in Teillicht­ ströme unterteilt, deren Anzahl mit der Anzahl der Linsenelemente im zweiten Fliegenauge 7 identisch ist, wodurch tertiäre Lichtquellenbilder der Leuchtkörper 2A, 2B auf den einzelnen Linsenelementen gebildet werden, die das erste Fliegenauge 8 darstellen. Diese Teillichtströme werden durch das erste Fliegenauge 8 und die Feldlinse 26 auf eine später erläuterte Flüssigkristallplatine 23 überlagert, wodurch die Lichtmenge innerhalb eines zur optischen Achse X orthogonalen Querschnitts der Beleuchtungsvor­ richtung homogenisiert wird.

Wie dargestellt, ist diese Ausführung derart konfiguriert, dass die optische Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung vorbestimmte Winkel mit den optischen Achsen S_A, S_B der jeweiligen Reflektoren 1A, 1B bilden. Zum Beispiel im Falle des Lichtquellenabschitts 11B ist der vorbestimmte Winkel mit dem Winkel (β) bezeichnet, der zwischen der optischen Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung und der optischen Achse S_B des Reflek­ tors 1B in einem Zustand gebildet ist, im, ohne das Spiegelelement 12, der Lichtstrom vom Reflektor 1B angenommenerweise den Brennpunkt f_B bildet und dann über die Linse 13 auf den Integratorabschnitt 14 fällt, während er sich weiter linear fortpflanzt. Fig. 1 zeigt die Position des Lichtquellen­ abschnitts 11B und, durch unterbrochene Linien, Lichtstromlinien davon als Lichtquellenabschnitt 11B'. In diesem angenommenen Zustand ist, wie in Fig. 1 gezeigt, der Winkel β auf einen solchen Winkel gesetzt, dass der Abstand von der optischen Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zum Schwerpunkt des Leuchtkörpers 2B länger ist als der Abstand von der optischen Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zum Brennpunkt f_B. Wie ebenfalls dargestellt, schneidet die optische Achse S_B des Reflek­ tors 1B die optische Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung auf ihrer zum Brennpunkt f_B weisenden Verlängerung.

Im Zustand, in dem die optische Achse X angenommenerweise durch das Spiegelelement 12 abgelenkt wird, wie dargestellt, kann der Winkel β auch als Winkel bezeichnet werden, der zwischen einer strichpunktierten Linie X_B', auf die die abgelenkte optische Achse X abgelenkt ist, und der opti­ schen Achse S_B des Reflektors 1B gebildet ist.

Wie oben erwähnt, ist der Winkel β ein derartiger Winkel, dass der Ab­ stand von der optischen Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zum Schwerpunkt des Leuchtkörpers 2B länger ist als der Abstand von der optischen Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung zum Brennpunkt f_B. Demzufolge ist die Position der sekundären Lichtquellen des Leucht­ körpers 2B, der an der Reflexionsfläche 12B des Spiegelelements 12 gebil­ det ist, der optischen Achse X der Beleuchtungsvorrichtung näher als die Position des Leuchtkörpers 2B selbst. Daher kann die Position der sekundä­ ren Lichtquellen als Lichtquellenposition in den stromab davon befindlichen optischen Systemen verwendet werden. Da die optische Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung und die optische Achse S_A des Reflek­ tors 1A zwischen sich einen Winkel α bilden, kann der Lichtstrom vom Lichtquellenabschnitt 11A sich auch der optischen Achse X annähern, wie in Fig. 1 gezeigt. Da das Spiegelelement 12 angeordnet ist, können die sekundären Lichtquellen, die der optischen Achse X näher angeordnet sind, als solche leichter erhalten werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist es räum­ lich schwierig, den Lichtquellenabschnitt 11A an einer Stelle anzuordnen, die zum Lichtquellenabschnitt 11B' um die optische Achse X herum sym­ metrisch ist.

In dieser Ausführung können die sekundären Lichtquellen an Stellen an­ geordnet werden, die der optischen Achse X näher sind als die Leucht­ körper 2A, 2B, wie im oben erwähnten herkömmlichen Beispiel. Da ferner die optische Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung vorbestimmte Winkel α, β mit den jeweiligen optischen Achsen S_A, S_B der Reflektoren 1A, 1B bildet, können die Lichtströme von den Reflektoren 1A, 1B sich der optischen Achse X so weit annähern, dass deren optische Achsen S_A, S_B die optische Achse X im Wesentlichen dann schneiden, wenn sie in die Linse 13 eintreten, wie in Fig. 1 gezeigt. Dies bedeutet auch, dass die Lichtflecken der Lichtströme von den Reflektoren 1A, 1B, die auf die Linse 13 fallen, an der Eintrittsfläche der Linse 13 einander im Wesentlichen überlagern, wie dargestellt.

Die Lichtströme, die in diesem Zustand in die Linse 13 eintreten und dann als im Wesentlichen parallele Lichtströme zum zweiten Fliegenauge 7 hin abgegeben werden, sind jene, in denen sich ein Teil mit höherer Intensität nahe der optischen Achse X der Beleuchtungsvorrichtung ansammelt. In der Beleuchtungsvorrichtung dieser Ausführung kann der Teil des Licht­ stroms mit der höheren Intensität auch durch die Oberfläche des ersten Fliegenauges 8 hindurchtreten, die mit der Pupillenfläche einer Projektions­ linse 25 an einer der optischen Achse benachbarten Stelle konjugiert wird. Wenn sich der Teil mit der höheren Intensität in der Nähe der optischen Achse auf der Pupillenfläche der Projektionslinse 25 als solcher ansammelt, kann die Abbildungsleistung der Projektionslinse 25, die in der Nähe der optischen Achse höher ist und mit zunehmendem Abstand davon geringer wird, vollständig ausgenutzt werden.

Im Hinblick auf die Konfiguration stromab des lntegratorabschnitts 14 ist es erwünscht, dass die Lichtströme von den Lichtquellenabschnitten 11A, 11B im Wesentlichen parallele Lichtströme dann sind, wenn sie in das Fliegenauge 7 eintreten. Daher müssen diese Lichtströme Winkel α, β aufweisen, die dann, wenn sie in die Linse 13 eintreten, nicht zu groß werden. Wenn die Reflektoren 1A, 1B derart angeordnet werden sollen, dass die optischen Achsen S_A, S_B in Bezug auf die optische Achse X ein­ fach geneigt sind und Lichtflecken auf die Eintrittsfläche der Linse 13 überlagern, reicht es aus, wenn die Winkel α, β größer gemacht werden, ohne dass das Spiegelelement 12 angeordnet werden braucht. Um die Winkel α, β so klein wie möglich zu machen, während die Lichtflecken an der optischen Achse X zentriert überlagert werden, ist eine Konfiguration wirkungsvoll, welche die in Bezug auf die optische Achse X geneigten Lichtquellenabschnitte 11A, 11B sowie den Spiegel aufweist, wie in dieser Ausführung.

Eine Projektionsanzeigevorrichtung mit einer solchen Beleuchtungsvor­ richtung 10 wird nun anhand von Fig. 2 erläutert. Wie oben erwähnt, fallen die Lichtströme, in denen die Lichtmenge homogenisiert wird und der Teil mit höherer Intensität sich in der Nähe der optischen Achse der Beleuch­ tungsvorrichtung 10 ansammelt, auf den Projektorabschnitt 20. Der Projek­ torabschnitt 20 umfasst einen B/GR trennenden dichroitischen Spiegel 21 zum Auftrennen des durch den Integratorabschnitt 14 homogenisierten Lichtstroms in eine B-(blaue)-Komponente LB und GR-(grün/rot)-Komponen­ ten LG, LR; einen G/R trennenden dichroitischen Spiegel 22 zum Trennen der GR-Komponenten LG, LR, die vom B/GR trennenden dichroitischen Spiegel 21 abgegeben werden, in eine G-(grün)-Komponente LG und eine R-(rot)-Komponente LR; eine Flüssigkristallplatine 23B zum Anzeigen eines Bilds für die B-Komponente; eine Flüssigkristallplatine 23 G zum Anzeigen eines Bilds für die G-Komponente; eine Flüssigkristallplatine 23R zum Anzeigen eines Bilds für die R-Komponente; ein Dreifarben-Kombinations­ prisma 24 zum Kombinieren der Lichtstromkomponenten LB, LG, LR, wel­ che Bildinformation tragen, nachdem sie durch die jeweiligen Flüssigkristall­ platinen 23B, 23B, 23R hindurchgetreten sind; sowie eine Projektionslinse 25, um ein Bild der Lichtströme, die durch das Dreifarben-Kombinations­ prisma 24 zusammengesetzt sind, auf einen Schirm zu werfen.

Der Projektorabschnitt 20 umfasst ferner einen Totalreflexionsspiegel 27, durch den die B-Komponente LB, die vom B/GR trennenden dichroitischen Spiegel 21 abgegeben wird, zu der Flüssigkristallplatine 2% hin reflektiert wird; eine Feldlinse 28B, durch die die B-Komponente LB, die vom total reflektierenden Spiegel 27 reflektiert wird, in paralleles Licht umgewandelt wird; eine Feldlinse 28G, durch die die G-Komponente LG, die vom G/R trennenden dichroitischen Spiegel 22 abgegeben wird, in paralleles Licht umgewandelt wird; total reflektierende Spiegel 29, 30, durch die die R- Komponente LR, die vom G/R trennenden dichroitischen Spiegel 22 abge­ geben wird, zu der Flüssigkristallplatine 23R hin reflektiert wird; sowie eine Feldlinse 28R, durch die die R-Komponente LR, die vom G/R trennenden dichroitischen Spiegel 22 abgegeben wird, in paralleles Licht umgewandelt wird.

Obwohl nur die R-Komponente LR eine andere optische Weglänge zum Dreifarben-Kombinationsprisma 24 im Projektorabschnitt 20 hat, ist eine Feldlinse 31 zwischen dem G/R trennenden dichroitischen Spiegel 22 und dem total reflektierenden Spiegel 29 angeordnet, und eine Übertragungs­ linse 32 ist zwischen den total reflektierenden Spiegeln 29 und 30 angeord­ net, so dass die Feldlinse 31 und die Übertragungslinse 32 das Bild der R- Komponente LR korrigieren, so dass es scheinbar identisch ist mit jenem der B-Komponente LB und der G-Komponente LG. Das Dreifarben-Kom­ binationsprisma 24 ist ein Kreuzprisma mit einer dichroitischen Oberfläche 24B zum Reflektieren der B-Komponente LB und einer dichroitischen Ober­ fläche 24R zum Reflektieren der R-Komponente LR.

Wie oben erwähnt, ist die Beleuchtungsvorrichtung 10 in der Projektions­ anzeigevorrichtung derart konfiguriert, dass eine Mehrzahl von Lichtquellen­ abschnitten 11A, 11B symmetrisch um die optische Achse herum angeord­ net ist, während ein Teil mit höherer Intensität sich an einer Stelle ansam­ melt, die der optischen Achse X des im Wesentlichen parallelen Licht­ stroms, der auf das zweite Fliegenauge 7 fällt, näher ist. Daher sammelt sich an der Pupillenoberfläche der Projektionslinse 25 in der Projektions­ anzeigevorrichtung, die mit der Oberfläche des ersten Fliegenauges 8 konjugiert wird, jener Teil mit höherer Intensität an, wodurch sich eine helle Projektionsanzeigevorrichtung erhalten lässt, in der die Projektionslinse 25 eine günstige Abbildungsleistung hat.

Zum Vergleich mit dieser Ausführung zeigt Fig. 4 die Konfiguration ent­ sprechender Teile einer Beleuchtungsvorrichtung nach dem oben erwähn­ ten herkömmlichen Beispiel, in der jene Elemente, deren Namen und Funk­ tionen die gleichen sind wie der Elemente des oben beschriebenen Aus­ führungsbeispiels der Beleuchtungsvorrichtung, mit um 100 erhöhten Bezugszahlen versehen sind, ohne dass sie näher erläutert werden. Wäh­ rend, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Spiegelelement 112 wie in der oben er­ wähnten Ausführung so angeordnet ist, dass Sekundärlichtquellenbilder von Leuchtkörpern 102A, 102B näher an der optischen Achse X der Be­ leuchtungsvorrichtung des herkömmlichen Beispiels angeordnet sind, sind die Lichtquellenabschnitte 111A, 111B derart angeordnet, dass die opti­ schen Achsen S_A, S_B der Reflektoren 101A, 101B und die optische Achse X der Beleuchtungsvorrichtung parallel zueinander sind, worin sie sich von der oben erwähnten Ausführung unterscheidet.

Während erfindungsgemäß die Lichtflecken der Lichtströme, die von den Lichtquellenabschnitten 11A, 11B auf die Linse 13 fallen, einander über­ lagert werden können, so dass sie an der Eintrittsfläche im Wesentlichen zusammenfallen, werden in der herkömmlichen Ausführung die Lichtflecken der Lichtströme, die von den Lichtquellenabschnitten 111A, 111B auf die Linse 113 fallen, an der Eintrittsfläche nur teilweise einander überlagert. Um daher die gleiche Lichtmenge durch die Eintrittsfläche hindurchzulas­ sen, muss das herkömmliche Beispiel Lichtströme verwenden, die weiter von der optischen Achse X entfernt sind. Wenn man nämlich gleich große Linsen 13, 113 verwendet, wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt, kann der Mittelteil der Linsen in der erfindungsgemäßen Ausführung effizienter genutzt werden (was ähnlich auch bei den stromab angeordneten Linsen anwendbar ist). Auch können die Fliegenaugen 7, 8 des Integratorab­ schnitts und die Linsen 12, 26 stromauf und stromab des Integratorab­ schnitts in der eingangs erwähnten Ausführung kleiner gemacht werden als im herkömmlichen Beispiel.

Ohne Einschränkung kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung und die diese verwendende Projektionsanzeigevorrichtung in verschiedener Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die Konfigurationen und Linsenformen nach Bedarf modifiziert werden. Auch kann die Form der asphärischen Oberfläche und die Frage, welche Oberfläche asphärisch auszubilden ist, nach Bedarf festgelegt werden.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Linse 13 und des Fliegenauges 7 bei integraler Ausbildung in der in Fig. 1 gezeigten Beleuchtungsvorrichtung. In der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann die Linse 13 und das zweite Fliegenauge 7 stromab davon als integrierte Linse 9 ausgebildet sein, in der die Linse 13 mit dem zweiten Fliegenauge 7 an seiner zum Lichtquellenabschnitt 11 weisenden Fläche integriert ist, wie dargestellt. Wenn eine solche integrierte Linse 9 zum Beispiel durch monolithisches Formen aus Kunststoffmaterial gebildet wird, können die Herstellungs­ kosten gesenkt werden. Ferner entfällt der Luftspalt zwischen der Linse 13 und dem zweiten Fliegenauge 7, wodurch die Beleuchtungswirkung besser wird.

Die Anzahl der Lichtquellenabschnitte in der erfindungsgemäßen Beleuch­ tungsvorrichtung ist nicht auf 2 beschränkt, wobei jede Anzahl von 2 oder größer gewählt werden kann. Beispielsweise können vier oder neun Licht­ quellenabschnitte vorgesehen sein. Wenn der Lichtfleck, der durch den Lichtstrom von einem der Mehrzahl von Lichtquellenabschnitten gebildet ist, auf der optischen Achse X liegt, ist es nicht notwendig, diesen Licht­ fleck relativ zur optischen Achse X zu bewegen, wodurch dieser Licht­ quellenabschnitt ohne Mittel zur Bewegung des Lichtstroms auskommt. Da die Linse 13 vor dem zweiten Fliegenauge 7 angeordnet ist, können meh­ rere Linsen entsprechend verschiedenen Lichtquellen gemäß der Anzahl von Lichtquellenabschnitten vorgesehen sein.

Die Form des Spiegelelements 12, das in der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung verwendet wird, ist nicht auf die oben erwähnte Form beschränkt. Obwohl es erwünscht ist, dass das Spiegelelement 12 Reflexionsflächen aufweist, die der Anzahl der Lichtquellenabschnitte entsprechen, werden die Lichtströme von allen dieser Lichtquellenabschnitte nicht notwendiger­ weise durch das Spiegelelement 12 so reflektiert, dass ihre optischen Wege abgelenkt werden.

Obwohl sich die oben erwähnte Ausführung auf den Fall bezieht, dass in der Projektionsanzeigevorrichtung nach der Farbtrennung und der Farbkom­ bination Bilder projiziert werden, ist die Erfindung auch bei einer Bildprojek­ tionsvorrichtung anwendbar, die weder eine Farbauftrennung noch eine Farbkombination durchführt.

Wie im Vorstehenden erläutert, ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvor­ richtung eine solche Beleuchtungsvorrichtung, in der eine Mehrzahl von Sekundärlichtquellenbildern, die durch jeweils aus einer ellipsenförmigen Oberfläche gebildete Reflektoren erzeugt werden, durch ein Spiegelelement zu einem Integratorabschnitt reflektiert werden, während die optische Achse der gesamten Beleuchtungsvorrichtung und die optische Achse jedes Reflektors einen vorbestimmten Winkel dazwischen bilden. Demzu­ folge wird jeder auf den Integratorabschnitt fallende Lichtstrom zu einem im Wesentlichen parallelen Lichtstrom, im ein Teil mit höherer optischer Inten­ sität entsprechend der jeweiligen Lichtquelle so überlagert wird, dass er mit der optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung im Wesentlichen zu­ sammenfällt, wodurch sich eine Beleuchtungsvorrichtung erhalten lässt, welche die der Projektionslinse eigene Abbildungsleistung vollständig ausnutzen kann und kleiner ausgeführt werden kann.

Da die Projektionsanzeigevorrichtung die oben erwähnte Beleuchtungsvor­ richtung aufweist, fällt jener Teil mit größerer Lichtmenge im vom Integra­ torabschnitt abgegebenen Lichtstrom auf die Projektionslinse in der Nähe von deren optischer Achse. Daher erhält man eine Projektionsanzeigevor­ richtung, die die Abbildungsleistung der Projektionslinse vollständig aus­ nutzen kann.

TABELLE 1

Asphärischer Oberflächenkoeffizient

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellenabschnitten 11A, 11B, einen Integratorabschnitt 14 und ein Spiegelelement 12. Jeder Lichtquellenabschnitt 11A, 11B umfasst einen Leuchtkörper 2A, 2B und einen Reflektor 1A, 1B mit einer ellipsenför­ migen Oberfläche, deren einer Brennpunkt sich nahe dem Schwerpunkt des Leuchtkörpers befindet. Der Integratorabschnitt umfasst zumindest zwei Integratorplatten 7, 8, die in der optischen Achsrichtung angeordnet sind, um die von den Lichtquellenabschnitten 11A, 11B abgegebene Lichtmenge zu homogenisieren. Das Spiegelelement 12 besitzt eine Reflexionsfläche 12A, 12B nahe dem anderen Brennpunkt f_A, f_B der ellipsenförmigen Ober­ fläche des zumindest einen Reflektors 1A, 1B und reflektiert den Lichtstrom von der Lichtquellengruppe zum Integratorabschnitt 14. Die optische Achse X der gesamten Beleuchtungsvorrichtung und die optische Achse S_A, S_B des zumindest einen Reflektors 1A, 1B bilden zwischen sich einen vor­ bestimmten Winkel α, β.

Claims (8)

1. Beleuchtungsvorrichtung, umfassend:
eine Lichtquellengruppe, in der eine Mehrzahl von Lichtquel­ lenabschnitten (11A, 11B) angeordnet ist, die jeweils aus einem Leuchtkörper (2A, 2B) und einem Reflektor (1A, 1B) mit einer el­ lipsenförmigen Oberfläche aufgebaut sind, deren einer Brennpunkt sich nahe einem Schwerpunkt des Leuchtkörpers (2A, 2B) befindet;
einen Integratorabschnitt (14), der aus zumindest zwei Integ­ ratorplatten (7, 8) aufgebaut ist, um die von der Lichtquellengruppe abgegebene Lichtmenge zu homogenisieren, wobei der Integrator­ abschnitt (14) in einer optischen Achsrichtung des Lichts angeordnet ist; und
zumindest ein Spiegelelement (12) mit einer Reflexionsfläche (12A, 12B) nahe dem anderen Brennpunkt (f_A, f_B) der ellipsenförmi­ gen Oberfläche des zumindest einen Reflektors (1A, 1B), um einen Lichtstrom von der Lichtquellegruppe zum lntegratorabschnitt (14) hin zu reflektieren;
wobei die Beleuchtungsvorrichtung insgesamt eine optische Achse (X) aufweist, die einen vorbestimmten Winkel (α, β) zu einer optischen Achse (S_A, S_B) des zumindest einen Reflektors (1A, 1B) bildet.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Linse (9, 13) zum Abgeben des Lichtstroms vom Spiegelelement (12) zum lntegratorabschnitt (14) als im We­ sentlichen paralleler Lichtstrom an der Spiegelelementenseite des Integratorabschnitts (14) angeordnet ist.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (9) mit der Integratorplatte (7) an der Spiegelelemen­ tenseite im Integratorabschnitt (14) an der zum Spiegelelement (12) weisenden Seite der Integratorplatte (7) einstückig ausgebildet ist.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (9) mit der Integratorplatte aus Kunststoffmaterial einstückig ausgebildet ist.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (9, 13) eine asphärische Oberfläche aufweist.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellengruppe zumindest zwei Lichtquellenabschnitte (11A, 11B) aufweist, die derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Lichtströme davon auf die Linse (9, 13) mit einem Winkel (α, β) fallen, mit dem eine Mittelachse (S_A, S_B) jedes der Lichtströme die optische Achse (X) der Linse (9, 13) im Wesentlichen schneidet.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellengruppe zumindest zwei Lichtquellenabschnitte (11A, 11B) aufweist, während das Spiegelelement (12) eine Refle­ xionsfläche (12A, 12B) nahe dem anderen Brennpunkt (f_A, f_B) der ellipsenförmigen Oberfläche jedes der Reflektoren (1A, 1B) der zwei Lichtquellenabschnitte (11A, 11B) aufweist, um den Lichtstrom von der Lichtquellengruppe zum lntegratorabschnitt hin zu reflektieren.

8. Projektionsanzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch die Beleuch­ tungsvorrichtung nach Anspruch 1, ein Lichtventil (23B, 23G, 23R) zum Modulieren des vom Integratorabschnitt (14) ausgegebenen Lichts gemäß vorbestimmter Bildinformation, sowie eine Projektions­ linse (25) zur Projektion eines optischen Bilds, das durch das vom Lichtventil modulierte Licht gebildet ist, auf einen Schirm.