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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein optisches Beleuchtungssystem zum Führen des von einer Lichtquelle
emittierten Lichts zu einem Lichtventil zum Erzeugen eines Bildes,
und auf eine Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp mit einem derartigen
optischen Beleuchtungssystem.
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Bei der bekannten Anzeigevorrichtung
vom Projektionstyp wandelt das optische Beleuchtungssystem von dieser
mit der Fähigkeit
zum Kondensieren und Übertragen
von eintreffendem Licht das von der Lichtquelle emittierte Licht
in einen Lichtstrahl mit gleichförmiger
Helligkeitsverteilung innerhalb seines Querschnitts, mit dem das
Lichtventil hiervon beleuchtet wird, um.
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Die Lichtquelle kann eine Quecksilberlampe mit
sehr hohem Druck sein. Das divergente Licht von der Lampe wird durch
einen nahe der Lampe angeordneten konkaven Spiegel in paralleles
oder konvergierendes Licht umgewandelt und tritt in das optische Beleuchtungssystem
ein. Das von der Lampe emittierte Licht hat, wenn es kondensiert
ist, eine rotationssymmetrische Helligkeitsverteilung, bei der die Helligkeit
zu dem Mittenbereich innerhalb ihres zu der optischen Achse senkrechten
Querschnitts zunimmt. Eine derartige Helligkeitsverteilung ist nicht geeignet
zum Beleuchten des Lichtventils, und es wird daher in einen Lichtstrahl
umgewandelt, der einen rechteckigen Querschnitt hat und innerhalb
des rechteckigen Querschnitts eine gleichförmige Helligkeit aufweist.
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Eines der Verfahren zum Erhalten
eines derartigen Beleuchtungslichtstrahls verwendet eine säulenartige
optische Vorrichtung als einen optischen Integrator. Bei diesem
Verfahren wird das Licht von der Lampe kondensiert und tritt in
die säulenförmige optische
Vorrichtung (ein Glasprisma oder eine Hohlkörperspiegel) an einem Ende
von dieser ein, in welcher es mehrere Male reflektiert wird, um
gleichförmig
zu werden, und tritt aus dem anderen Ende als ein gleichförmiger,
im Querschnitt rechteckiger Beleuchtungslichtstrom aus (siehe z.B.
Patentdokument 1).
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Ein anderes Verfahren verwendet zwei
Linsenanordnungen. Bei diesem Verfahren werden Bilder von Konturen
von rechteckigen Linsen einer ersten Linsenanordnung auf der Eingangsseite
eines Lichtventils gebildet durch Verwendung von Linsen einer zweiten
Linsenanordnung. Dieses Verfahren liefert einen gleichförmigen Beleuchtungslichtstrahl mit
rechteckigem Querschnitt durch Integrieren von Lichtstrahlen, die
aus einer Anzahl von Linsen der ersten Linsenanordnung austreten
(siehe z.B. Patentdokument 2).
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Wenn das Lichtventil eine Flüssigkristallvorrichtung
ist, wird in einer Richtung polarisiertes Licht als Beleuchtungslichtstrahl
verwendet. Da die Lampe als die Lichtquelle polarisiertes Licht
mit verschiedenen Polarisationsrichtungen emittiert, ist es erforderlich,
wenn ein polarisiertes Licht mit einer ersten Polarisationsrichtung
zum Beleuchten des Lichtventils zu verwenden ist, ein polarisiertes
Licht mit einer zweiten Polarisationsrichtung senkrecht zu der ersten
Polarisationsrichtung in das polarisierte Licht mit der ersten Polarisationsrichtung
umzuwandeln, um den Wirkungsgrad der Verwendung des Lichts zu verbessern.
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Verfahren zum Durchführen einer
derartigen Polarisationsumwandlung enthalten dasjenige, das die
säulenförmige optische
Vorrichtung verwendet (siehe z.B. Patentdokument 3), dasjenige,
das die Linsenanordnungen verwendet (siehe z.B. Patentdokument 4),
und dasjenige, das ein Polarisationstrennprisma, eine Phasenplatte
und einen Spiegel verwendet (siehe z.B. Patentdokument 5).
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Um eine kleinere und kostengünstigere
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zu erhalten, ist es wünschenswert,
dass die Anzahl der verwendeten Lichtventile klein ist. Es ist eine
Vorrichtung, die ein vollständiges
Farbbild durch Verwendung eines einzigen Lichtventils projizieren
kann, ist bekannt (siehe z.B. 2 des
Nichtpatentdokuments 1). Diese Vorrichtung hat ein Farbrad zum Durchführen der
Farbumschaltung zwischen drei Grundfarben. Jedoch ist der Wirkungsgrad
der Verwendung des von der Lichtquelle emittierten Lichts niedrig,
da zu einer Zeit ein Bild durch eine der drei Grundfarben gebildet
wird und das Licht der beiden anderen der drei Grundfarben daher
nicht berücksichtigt
wird. Es wurde daher vorgeschla gen, ein einziges Lichtventil mit
zwei oder mehr Grundfarben gleichzeitig zu beleuchten, um den Wirkungsgrad
der Verwendung des Lichts zu verbessern (siehe z.B. Patentdokument
6, Patentdokument 7 und 9 des
Nichtpatentdokuments 1).
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Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr.: 07-98479 (
2)
Patentdokument
2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr.: 03-111806 (
3)
Patentdokument
3: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung
Nr.:
US2001/0008470
A1 (
9)
Patentdokument
4: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr.: 2000-284229 (
1)
Patentdokument
5: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr.: 63-121821 (
1)
Patentdokument
6: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr.: 04-316296 (
1)
Patentdokument
7: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung
Nr.:
US2002/0135862
A1 (
6)
Nichtpatentdokument
1: Serge Bierhuizen, Single Panel Color Sequential Projectors with
Polarization Recovery, SID'02
Digest-55.5 (
2 und
9)
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Jedoch haben die vorbeschriebenen
herkömmlichen
optischen Beleuchtungssysteme die nachfolgend beschriebenen Probleme.
In dem Fall der Verwendung einer säulenartigen optischen Vorrichtung
als Lichtintegrator muss die säulenförmige optische
Vorrichtung lang genug sein, da andernfalls ein ausreichend gleichförmiger Beleuchtungslichtstrahl
nicht erhalten werden kann.
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In dem Fall der Verwendung von zwei
Linsenanordnungen als optischen Integrator muss jede der Linsenanordnungen
eine große
Querschnittsfläche
haben und ein großer
Abstand muss zwischen ihnen vorgesehen sein. Als eine Folge wird
die Anzeigevorrichtung sehr groß.
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In dem Fall der Verwendung der säulenförmigen optischen
Vorrichtung zum Durchführen
Polarisationsumwandlung muss die säulenförmige optische Vorrichtung
eine in ihrer Lichteintrittsfläche
ausgebildet Öffnung
haben. Dies führt
zu einem Verlust, wenn das von der Lampe emittierte Licht in die
säulenförmige optische
Vorrichtung eintritt. In dem Fall der Anordnung eines streifenartigen
Umwandlungsprismas am hinteren Ende der Linsenanordnung zur Durchführung der
Polarisationsumwandlung ist es schwierig, die Anzeigevorrichtung
mit geringen Kosten herzustellen, da das streifenartige Umwandlungsprisma
eine komplizierte Struktur hat und teuer ist. In dem Fall der Verwendung
eines Polarisationstrennprismas werden eine Phasenplatte und ein Spiegel
verwendet, um die Polarisationsumwandlung durchzuführen, und
das Gewicht der Anzeigevorrichtung wird erhöht und sie wird in der Struktur
kompliziert.
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In dem Fall der Verwendung eines
Farbrades für
die Darstellung eines vollständig
farbigen Bildes durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils ist der
Wirkungsgrad der Nutzung des Lichts niedrig. In dem Fall der Verwendung
eines drehbaren Prismas zur Darstellung eines vollständig farbigen
Bildes durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils wird die Anzeigevorrichtung
groß und
wird kompliziert in der Struktur. In dem Fall der Verwendung eines BMF(Bandmodulationsfilter)-Schalters
zur Darstellung eines vollständig
farbigen Bildes durch Verwendung eines einzelnen Lichtventils ist
es schwierig, eine Anzeigevorrichtung mit einer ausreichend großen Lebensdauer
zu erhalten.
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In dem Fall der Verwendung eines
Farbrades, das spiralförmig
angeordnete Farbsegmente hat, um ein vollständig farbiges Bild durch Verwendung
eines einzelnen Lichtventils darzustellen, wird ein Lichtverlust
bewirkt, da eine säulenartige
optische Vorrichtung mit einer Öffnung
in ihrer Lichteintrittsfläche
verwendet werden muss zum Wiedereinfangen des von den Farbsegmenten
reflektierten Lichts. Zusätzlich
besteht das Problem, dass eine geringe Versetzung der Lichtquelle
eine erhebliche Verringerung der Helligkeit eines projizierten Bildes
bewirkt.
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Weiterhin haben die herkömmlichen
optischen Beleuchtungssysteme, bei denen reflektierende optische
Vorrichtungen wie ein reflektierender Lichtschalter, ein dichroitischer
Spiegel, eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung und ein
reflektierendes Lichtventil so eingestellt sind, dass ihre Eintrittsflächen im
rechten Winkel zu der optischen Achse sind, das Problem, dass das
von solchen reflektierenden optischen Vorrichtungen reflektierte
Licht in der entgegengesetzten Richtung zu der Lampe hin geworfen
wird, und ein Teil des Lichts, das zu der Lampe zurückgekehrt
ist, bewirkt, dass die Temperatur einer Lampenelektrode ansteigt,
wodurch die Lebensdauer der Lampe verkürzt wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um
derartige Probleme zu beseitigen, mit dem Ziel, ein optisches Beleuchtungssystem
mit Lichtintegrationsfähigkeit
zu schaffen, das klein und einfach in der Struktur ist. Die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, ein optisches Beleuchtungssystem
zu schaffen, das das von den reflektierenden optischen Vorrichtungen
reflektierte Licht wieder verwenden kann, ohne es zu der Lichtquelle
zurückzuführen. Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, eine kompakte
und weniger kostenaufwendige Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zu
schaffen, die ein helleres Bild projizieren kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch
ein optisches Beleuchtungssystem zum Führen eines von einer Lichtquelle
emittierten Lichts zu einem zu beleuchtenden Objekt entlang eines
optischen Pfades, welches aufweist: einen ersten reflektierenden
Spiegel, der ein Teil des Lichts reflektiert, das sich in einer
Vorwärtsrichtung
entlang des optischen Pfades von der Lichtquelle weg bewegt; und
einen
zweiten reflektierenden Spiegel, der einen Teil des Lichts reflektiert,
das von dem ersten reflektierenden Spiegel reflektiert wurde und
sich in einer entgegengesetzten Richtung entlang des optischen Pfades
bewegt, um sich der Lichtquelle anzunähern;
wobei der erste
reflektierende Spiegel eine Öffnung hat,
die einer Lichteintrittsfläche
des zu beleuchtenden Gegenstands zugewandt ist, und der zweite reflektierende
Spiegel ein Fenster hat, das dem von der Lichtquelle emittierten
Licht ermöglicht
durch dieses hindurchzugehen, wodurch ein optischer Hohlraum durch
den ersten und den zweiten reflektierenden Spiegel gebildet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
Struktur eines optischen Beleuchtungs systems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines optischen Hohlraums C1 des in 1 gezeigten optischen Beleuchtungssystems,
der durch einen zweiten reflektierenden Spiegel 3 und einen
ersten reflektierenden Spiegel 4 gebildet ist,
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3a die
Lichtverteilung um einen Konvergenzpunkt PF herum, wenn der optische
Hohlraum C1 nicht vorgesehen ist,
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3b die
Lichtverteilung um den Konvergenzpunkt PF herum, wenn der optische
Hohlraum C1 vorgesehen ist,
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4a, 4b und 4c erläuternde Ansichten, die erklären, wie
der optische Hohlraum das sich in der Vorwärtsrichtung bewegende Licht
hereinnimmt,
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5a und 5b erläuternde Ansichten, die erklären, wie
der optische Hohlraum das sich in der umgekehrten Richtung bewegende
Licht hereinnimmt und es als das sich in Vorwärtsrichtung bewegende Licht
reflektiert,
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6 eine
Struktur eines optischen Beleuchtungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung,
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7 die
Struktur eines optischen Beleuchtungssystems nach dem Ausführungsbeispiel
3 der Erfindung,
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8 eine
Struktur eines Polarisationswandlers 16 des in 7 gezeigten optischen Beleuchtungssystems,
und optische Pfade um den Polarisationswandler herum,
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9 einen
zweiten reflektierenden Spiegel 32 des in 7 gezeigten optischen Beleuchtungssystems,
von einer Lampe 1 aus gesehen,
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10a ein
reflektierendes Flüssigkristall-Lichtventil 102 des
in 7 gezeigten optischen Beleuchtungssystems,
und optische Pfade um das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 herum,
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10b und 10c Varianten des Farbrades 82,
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11a, 11b, 11c die Struktur eines Polarisationswandlers 160 eines
optischen Beleuchtungssystems nach dem Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung,
und
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12 die
Struktur einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach dem Ausführungsbeispiel
5 der Erfindung.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt
die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 51 gemäß dem Ausführungsbeispiel
1 der Erfindung.
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Das optische Beleuchtungssystem 51 hat eine
Lampe 1 als eine Lichtquelle und einen lampenseitigen reflektierenden
Spiegel 2 als eine Lichtsammelvorrichtung, die sich nahe
der Lampe 1 befindet. Ein zweiter reflektierender Spiegel 3,
ein erster reflektierender Spiegel 4, eine säulenartige
optische Vorrichtung 5, eine Viertelwellenplatte 6 als
eine Phasenplatte, eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7,
ein Farbrad 8, eine optische Übertragungsvorrichtung 9,
ein Lichtventil 10 und eine Projektionslinse 11 sind
in dieser Reihenfolge von der Lampe 1 ausgehend entlang
eines optischen Pfades des von dem lampenseitigen reflektierenden
Spiegel 2 reflektierten Lichts angeordnet.
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Der Pfeil A bezeichnet eine Richtung
der Bewegung des von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten
Lichts L1, der Pfeil B bezeichnet eine Richtung der Bewegung des
Lichts L2F innerhalb der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5, und der Pfeil C bezeichnet eine
Richtung der Bewegung des Lichts L2R innerhalb der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 entgegengesetzt zu der Richtung
der Bewegung des Lichts L2F. Der Pfeil D bezeichnet eine Richtung
der Bewegung des in das Lichtventil 10 eintretenden Lichts
L3, der Pfeil E bezeichnet eine Richtung der Bewegung des aus dem Lichtventil 10 austretenden
Lichts L4, und der Pfeil F bezeichnet eine Richtung der Bewegung
des aus der Projektionslinse 11 austretenden und sich zu
einem nicht dargestellten Schirm bewegenden Lichts L5. C1 bezeichnet
einen optischen Hohlraum (Resonator), der durch den ersten reflektierenden
Spiegel 4 und den zweiten reflektierenden Spiegel 3,
die einander gegenüberliegen,
gebildet ist, und PF bezeichnet einen Konvergenzpunkt, an dem das
von der Lampe 1 emittierte Licht konvergiert.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung
wird, wenn das von der Lampe 1 emittierte Licht sich von dieser
weg bewegt, dies als Bewegung in "der Vorwärtsrichtung" bezeichnet, während, wenn es sich der Lampe 1 annähert, dies
als Bewegung in der "Rückwärtsrichtung" bezeichnet.
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Die Gesamtarbeitsweise des optischen
Beleuchtungssystems mit der vorbeschriebenen Struktur wird nachfolgend
erläutert.
Das von der Lampe 1 weg divergierende Licht ändert die
Richtung, wenn es von dem lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektiert
wird, um das konvergierende Licht L1 zu bilden. Das konvergierende
Licht L1 geht durch ein Fenster 13, das in der Mitte des
zweiten reflektierenden Spiegels 3 gebildet ist, und den
Konvergenzpunkt PF hindurch und erreicht den ersten reflektierenden
Spiegel 4. Ein Teil des Lichts, das den ersten reflektierenden
Spiegel 4 erreicht hat, tritt in die säulenartige optische Vorrichtung 5 an
deren Eintrittsfläche 5a ein
und bewegt sich in der Vorwärtsrichtung. Der
andere Teil wird dort reflektiert und bewegt sich in der Rückwärtsrichtung
zu dem zweiten reflektierenden Spiegel 3 hin. Der erste
reflektierende Spiegel 4 und der zweite reflektierende
Spiegel 3 reflektieren das Licht zwischen sich wiederholt,
bis es in die Eintrittsfläche 5a der
säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 hineingeht. Demgemäß wird die
Eintrittsfläche 5a der
säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 gleichförmiger beleuchtet als wenn
sie ohne des optischen Hohlraum C1 beleuchtet würde.
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Die Struktur und die Arbeitsweise
des optischen Hohlraums C1 wird mit Bezug auf die 2 und 3 im
Einzelnen erläutert.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des durch den zweiten reflektierenden
Spiegel 3 und den ersten reflektierenden Spiegel 4 gebildeten
optischen Hohlraums C1. Wie in 2 gezeigt
ist, hat der zweite reflektierende Spiegel 3 das Fenster 13,
das angenähert
in dem Mittenbereich von diesem gebildet ist, welches ermöglicht,
dass das sich in Vorwärtsrichtung
bewegende Licht hindurchgeht, und der erste reflektierende Spiegel 4 hat
eine Öffnung 14,
die angenähert
in dem Mittenbereich von diesem gebildet ist und der Eintrittsfläche 5a der
säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 zugewandt ist. Das Licht, das einen
Teil des ersten reflektierenden Spiegels 4, der die Öffnung 14 umgibt,
erreicht hat, wird dort reflektiert und bewegt sich zu dem zweiten
reflektierenden Spiegel 3 hin.
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Die Wirkungsweise des optischen Hohlraums
C1 wird mit Bezug auf die 3a und 3b erläutert. 3a zeigt eine Lichtverteilung um den Konvergenzpunkt
PF herum in einem Fall, in welchem der optische Hohlraum C1 nicht
vorgesehen ist. 3b zeigt
eine Lichtverteilung um den Konvergenzpunkt PF herum in einem Fall,
in welchem der optische Hohlraum C1 vorgesehen ist.
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Wie in 3a gezeigt
ist, treten, wenn der optische Hohlraum C1 nicht vorgesehen ist,
Schatten A1 und A2 vor und hinter dem Konvergenzpunkt PF aufgrund
einer Lampenelektrode (nicht dargestellt) oder dergleichen auf innerhalb
einer Umhüllung
LE des sich in der Vorwärtsrichtung
bewegenden Lichts. In 3a bezeichnen
S1 und S2 Positionen, an denen der zweite reflektierende Spiegel 3 und
der erste reflektierende Spiegel 4 jeweils gesetzt sind,
wenn der optische Hohl raum C1 nicht vorgesehen ist, und S3 bezeichnet
eine Position, die einen Abstand von der Position S2 hat, der gleich
dem Abstand zwischen dem Punkt S1 und dem Punkt S2 ist. Wenn der zweite
reflektierende Spiegel 3 und der erste reflektierende Spiegel 4 an
diesen Positionen gesetzt sind, hat das Licht, das von dem ersten
reflektierenden Spiegel 4 reflektiert wurde und dem zweiten
reflektierenden Spiegel 3 erreicht, eine Ausdehnung (Durchmesser),
die dieselbe ist wie die Ausdehnung des Lichts, das sich in der
Vorwärtsrichtung
bewegt, an der in 3a gezeigten
Position S3. D1 und D3 zeigen Helligkeitsverteilungen in der Richtung
senkrecht zu der optischen Achse an den Positionen S1 bzw. S3.
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In 3b bezeichnet
S3' eine Position
eines Teils des zweiten reflektierenden Spiegels 3, an
der der äußerste Teil
des von dem ersten reflektierenden Spiegel 4 reflektierten
Lichts reflektiert wird. P1 in 3b bezeichnet
einen Brennpunkt des zweiten reflektierenden Spiegels 3,
der ein sphärischer
Spiegel ist. P2 in 3b bezeichnet
einen Punkt, der plansymmetrisch zu dem Brennpunkt P1 mit Bezug
auf eine Ebene ist, die die Position S2 enthält und senkrecht zu der optischen
Achse ist. Die Lampe 1 ist nicht eine ideale Punktlichtquelle,
und die reflektierende Oberfläche
des lampenseitigen reflektierenden Spiegels 2 hat leicht
Wölbungen,
Vertiefungen und Verzerrungen. Demgemäß hat die Umhüllung LE
des Lichts L1 einen gewissen Durchmesser selbst an dem Konvergenzpunkt
PF, und das Licht L1 hat eine glockenförmige Helligkeitsverteilung
D1 selbst an der Position S1 mit einem gewölbten Teil in ihrer Mitte.
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Der Querschnittsbereich des Lichts
L1 nimmt ab, wenn es sich in der Vorwärtsrichtung bewegt und wird
um den Konvergenzpunkt PF herum am kleinsten. Wenn sich das Licht
L1 weiter zu der Position S2 hin bewegt, nimmt seine Querschnittsfläche zu,
und es hat die Helligkeitsverteilung D3 mit einem eingedrückten Teil
in der Mitte. Die Positionen S1, S2 und S3 haben gleiche Abstände. Wenn
ein konkaver Spiegel an der Position S1 gesetzt ist und ein ebener Spiegel
an der Position S2 gesetzt ist, hat das von dem ebenen Spiegel reflektierte
Licht eine Helligkeitsverteilung an dem konkaven Spiegel, die dieselbe
wie die Helligkeitsverteilung D3 an der Position S3 ist.
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Die Verteilung D1 hat einen gewölbten Bereich
in ihrer Mitte, und die Verteilung D3 hat einen eingedrückten Bereich
in ihrer Mitte. Demgemäß kann durch
Ausbilden des kleinen kreisförmigen Fensters 13 in
der Mitte des zweiten reflektierenden Spiegels 3 um das
Licht L1 durchzulassen, der zweite reflektierende Spiegel 3 den
größten Teil
des von dem ersten reflektierenden Spiegel 4 reflektierten Lichts
zu dem ersten reflektierenden Spiegel 4 zurückreflektieren.
Folglich kann der optische Hohlraum C1 das Licht L1 wirksam hereinnehmen.
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Um dem optischen Hohlraum C1 zu ermöglichen,
nicht das hereingenommene Licht zu verlieren, ist es erforderlich,
die Gestalt und die Anordnung des ersten reflektierenden Spiegels 4 und
des zweiten reflektierenden Spiegels 3 ordnungsgemäß zu bestimmen.
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Gemäß dem Stabilitätsdiagramm
des optischen Hohlraums, das in "The
use and hints of lasers",
Seiten 23–27, 2-2, geschrieben von Yuukichi Otake und
veröffentlicht
von Optronics Co., 1. Juni 2000, beschrieben ist, zeigt ein Kreuz
zwischen einer parallel ebenen Anordnung und einer konfokalen Anordnung einen
weiten und stabilen Arbeitsbereich. Wenn demgemäß ein derartiges Kreuz für die Anordnung
des optischen Hohlraums verwendet wird, wird die Stabilität des optischen
Hohlraums nicht sehr beeinträchtigt
durch die Streuung der Form des lampenseitigen reflektierenden Spiegels 2 und die
Divergenz des Lichts L1 entlang der Vorwärtsrichtung.
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Es wird mit Bezug auf die 4a bis 4c erläutert, wie ein derartiger optischer
Hohlraum das sich in Vorwärtsrichtung
bewegende Licht hereinnimmt. 4a zeigt
einen optischen Hohlraum, der ein Kreuz zwischen einem Hohlraum
vom Parallelebenentyp und einem Hohlraum vom konfokalen Typ ist.
In dieser Figur bezeichnen M1 und M2 sphärische reflektierende Spiegel,
P1 und P2 bezeichnen Brennpunkte der reflektierenden Spiegel M1
und M2, und P3 bezeichnet eine Mitte der Krümmung des reflektierenden Spiegels
M1. Der Brennpunkt P1 ist in der Mitte zwischen dem reflektierenden
Spiegel M1 und dem Punkt P3. Das Licht LC1, das durch den Brennpunkt
P2 gegangen ist, wird durch den reflektierenden Spiegel M2 reflektiert,
bewegt sich entlang einer Richtung parallel zu der optischen Achse
und erreicht den reflektierenden Spiegel M1, um an diesem reflektiert
zu werden. Das von dem reflektierenden Spiegel M1 reflektierte Licht
LC1 geht durch den Brennpunkt P1 hindurch.
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Das Licht LC1 wiederholt eine derartige
Reflexion zwischen den reflektierenden Spiegeln M1 und M2, wobei
es stabil innerhalb des optischen Hohlraums gehalten wird. Das Licht
LC2, das geringfügig über dem
Brennpunkt P2 vorbeigegangen ist, geht geringfügig unterhalb des Brennpunkts
P1 vorbei, nachdem es von den reflektierenden Spiegeln M2 und M1
reflektiert wurde. Demgemäß kann,
indem der Konvergenzpunkt PF des Lichts L1 (3) nahe an den Brennpunkt P2 gebracht
wird, ein konjugiertes Bild des Konvergenzpunktes PF nahe dem Brennpunkt
P1 gebildet werden.
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Der herkömmliche optische Integrator,
der eine säulenartige
optische Vorrichtung und Linsenanordnungen aufweist, erreicht eine
gleichförmige
Beleuchtung eines Lichtventils, indem mehrere Bilder einer Lichtquelle
auf einer Ebene orthogonal zu der optischen Achse gebildet werden.
Andererseits erzielt der als der optische Integrator verwendete
optische Hohlraum eine gleichförmige
Beleuchtung eines Lichtventils, indem mehrere Bilder einer Lichtquelle
auf der optischen Achse gebildet werden.
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Unter Berücksichtigung der Tatsache,
die meisten zu beleuchtenden optischen Vorrichtungen eine flache
Eintrittsfläche
haben, und der Tatsache, dass der optische Hohlraum ein Fenster
haben muss, um das Licht von der Lampe hereinzunehmen, ist es wünschenswert,
dass der reflektierende Spiegel M2 ein ebener Spiegel ist. Durch
Anordnen eines ebenen reflektierenden Spiegels M3 in der Mitte zwischen den
reflektierenden Spiegeln M1 und M2 des in 4a gezeigten optischen Hohlraums, und
durch Ersetzen des reflektierenden Spiegels M1 durch den zweiten
reflektierenden Spiegel 3 mit dem in seiner Mitte ausgebildeten
Fenster kann ein in 4b gezeigter
optischer Hohlraum erhalten werden.
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Durch Ersetzen des reflektierenden
Spiegels M3 des in 4b gezeigten
Hohlraums durch den ersten reflektierenden Spiegel 4 mit
der Öffnung 14 in der
Form einer Kontur eines zu beleuchtenden Gegenstands in seiner Mitte
kann der in 4c gezeigte optische
Hohlraum C1 erhalten werden. In dieser Figur bezeich net D1 eine
Lichteintrittsfläche
eines zu beleuchtenden Gegenstands wie die säulenartige optische Vorrichtung 5 nach 1. In dem in 4c gezeigten optischen Hohlraum
ist es möglich,
dass das Licht LC1 die Eintrittsfläche D1 des zu beleuchtenden
Gegenstands direkt beleuchtet, und dass das Licht L2 die Eintrittsfläche D1 beleuchtet,
nachdem es viermal innerhalb des optischen Hohlraums C1 reflektiert
wurde, wenn das Licht von der Lampe nahe dem Brennpunkt P2 mit einer
angemessenen F-Zahl (Durchmesser) konvergiert ist.
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Wenn der zu beleuchtende Gegenstand
eine lichtbrechende optische Vorrichtung oder eine Vorrichtung,
die das sich in der Rückwärtsrichtung
bewegende Licht einbezieht, ist, leuchtet ein Teil des Lichts LC1,
das von der Eintrittsfläche
D1 des Gegenstands weg reflektiert wurde, wieder die Eintrittsfläche D1, nachdem
es mehrere Male innerhalb des optischen Hohlraums C1 reflektiert
wurde. Bei dem in 1 gezeigten
optischen Beleuchtungssystem 51 entspricht die Eintrittsfläche 5a der
säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 der vorbeschriebenen Eintrittsfläche D1,
und die Ausgangsfläche
der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 ist der Viertelwellenplatte 6 der reflektierenden
Polarisationstrennvorrichtung 7 versehen. Demgemäß bewegt
sich das von der Polarisationstrennvorrichtung 7 reflektierte
Licht L2R in der Rückwärtsrichtung
innerhalb der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5.
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Es wird mit Bezug auf die 5a und 5b erläutert, wie der optische Hohlraum
C1 das sich in der Rückwärtsrichtung
bewegende Licht hereinnimmt und so reflektiert, dass es sich in
der Vorwärtsrichtung
bewegt. 5a zeigt einen
Teil des optischen Beleuch tungssystems 51, bei dem der
optische Hohlraum C1 mit der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 verbunden ist. 5b zeigt diesen Teil von der Lampe 1 aus
betrachtet.
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In 5a bezeichnen
LC3 und LC4 das durch den Brennpunkt P1 hindurchgehende Licht, und
P11 bezeichnet einen Reflexionspunkt auf der Oberfläche des
zweiten reflektierenden Spiegels 3, an dem das Licht LC3
reflektiert wird. In 5b bezeichnet
A3 eine Reflexionszone auf der Oberfläche des zweiten reflektierenden
Spiegels 3, an der das sich in der Rückwärtsrichtung bewegende Licht
reflektiert wird.
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Wie in 5a gezeigt
ist, reflektiert, wenn das Licht LC3, welches den größten Winkel
mit der optischen Achse von allen Lichtstrahlen, die sich in der
Rückwärtsrichtung
bewegen und durch den Brennpunkt P1 hindurchgehen, bildet, durch
den Brennpunkt P1 hindurchgeht, der zweite reflektierende Spiegel 3 das
Licht LC3 an dem Reflexionspunkt P11 zu dem ersten reflektierenden
Spiegel 4 hin, der das Licht LC3 nahezu senkrecht reflektiert.
Folglich wird das Licht LC3 wieder von dem Reflexionspunkt P11 weg
reflektiert, um ein Licht zu erzeugen, das durch den Brennpunkt
P1 hindurchgeht und sich in der Vorwärtsrichtung bewegt. Das Licht
LC4, das einen kleineren Winkel mit der optischen Achse als das Licht
LC3 bildet, erzeugt auch ein Licht, das durch Brennpunkt P1 hindurchgeht
und sich in der Vorwärtsrichtung
wie das Licht LC3 bewegt.
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Da die säulenartig optische Vorrichtung 5 als ein
optischer Integrator dient, das sich in der Rückwärtsrichtung innerhalb der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 bewegende Licht eine gleichförmige Hellig keitsverteilung
an der Öffnung 14.
Da die Reflexionszone A3 des zweiten reflektierenden Spiegels 3 das
sich in der Rückwärtsrichtung
bewegende Licht reflektiert, wenn das Verhältnis der Fläche des
Fensters 13 zu der Fläche
der Zone A3 als R definiert ist, kann die Intensität des zu
der Lampe zurückkehrenden
Lichts auf R × 100%
reduziert werden, indem der Wert von R reduziert wird. Um das Licht
von der Lampe 1 ohne Verlust hereinzunehmen, ist es wünschenswert,
das Fenster 13 in enger Nähe zu dem Konvergenzpunkt PF
anzuordnen, an dem das Licht der Lampe 1 konvergiert, und
die Abmessungen des Fensters geringfügig größer als die Abmessungen des
Lichtpunktes an dem Konvergenzpunkt PF zu machen.
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Wie vorstehend erläutert ist,
nimmt der optische Hohlraum C1 das von der Lampe 1 emittierte Licht
herein, vergleichmäßigt dieses
Licht, indem es mehrere Male darin reflektiert wird, und beleuchtet dann
die Eintrittsfläche 5a der
säulenartigen
optischen Vorrichtung 5, die ein mit dem vergleichmäßigten Licht
zu beleuchtender Gegenstand ist. Die säulenartige optische Vorrichtung 5 wandelt
das sich in der Vorwärtsrichtung
bewegende Licht L2 F, das an der Eintrittsfläche 5a eingetreten
ist, in das Licht um, das in der Intensität gleichförmiger ist und einen rechteckigen
Querschnitt hat, indem es mehrere Male reflektiert wird. Die Anzahl
der Male, die das Licht L2F innerhalb der säulenartigen optischen Vorrichtung 5 reflektiert
wird, kann so klein wie 3 oder weniger sein aufgrund der
Wirkung der Vergleichmäßigung durch
den optischen Hohlraum C1. Demgemäß kann die Länge der
säulenartigen
optischen Vorrichtung 5 kürzer sein als es vorher möglich war.
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Das Licht L2F geht durch die Viertelwellenplatte 6 hindurch.
Die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7, die
auf der Rückseite
der Viertelwellenplatte 6 angeordnet ist, ermöglicht bei
Empfang des Lichts L2 F, dass ein polarisiertes Licht mit einer
ersten Polarisationsrichtung hindurchgeht, und reflektiert ein polarisiertes
Licht mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die senkrecht zu
der ersten Polarisationsrichtung ist, als Licht L2R. Das von der
Polarisationstrennvorrichtung 7 reflektierte Licht L2R
geht durch die Viertelwellenplatte 6 hindurch und bewegt sich
in der Rückwärtsrichtung
oder der durch den Pfeil C gezeigten Richtung innerhalb der säulenartigen
optischen Vorrichtung 5. Angenähert (1-R) × 100 des Lichts L2R wird reflektiert,
um ein polarisiertes Licht L2Fp zu bilden, sich in der Vorwärtsrichtung oder
der durch den Pfeil B angezeigten Richtung bewegt. Das Licht L2Fp
geht durch die Viertelwellenplatte 6 hindurch. Somit geht
das von der Polarisationstrennvorrichtung 7 reflektierte
polarisierte Licht zweimal durch Viertelwellenplatte 6 hindurch.
Demgemäß wird die
Polarisationsrichtung des Lichts L2Fp gegenüber der des Lichts L2R um 90° verschoben,
so dass das Licht L2Fp durch die Polarisationstrennvorrichtung 7 hindurchgehen
kann.
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Das Licht, das durch die Polarisationstrennvorrichtung 7 hindurchgegangen
ist, erreicht ein Farbrad 8, das durch einen Motor 12 mit
einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit gedreht wird. Das Farbrad 8 hat
Sektorsegmente, von denen jeder ein dichroitisches Filter bildet,
das jeweils eines von rotem, grünem
und blauem Licht durchlässt.
Ein optisches Übertragungssystem 9 führt das
aus dem Farbrad 8 austretende Licht, das in der Farbe zwischen
rot, grün
und blau wechselt, in einer vorbestimmten Folge zu dem Lichtventil 10.
Somit wird das Lichtventil 10 mit einem polarisierten Licht
L3, das aus dem optischen Übertragungssystem 9 austritt und
sich in der durch den Pfeil D in 1 angezeigten
Richtung bewegt, bestrahlt.
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Das Lichtventil 10 ist eine
reflektierende Flüssigkristallvorrichtung
mit einer Anzahl von Zellen, von denen jede einen entsprechenden
Teil des polarisierten Lichts L3 reflektiert, dessen Polarisationsrichtung
um einen Wert entsprechend einem Wert eines zugeführten Signals
verschoben wird. Das von dem Lichtventil 10 reflektierte
Licht tritt in eine Analysevorrichtung (nicht gezeigt) oder ein
Polarisationstrennprisma (nicht gezeigt) ein, um zu bewirken, dass ein
Licht L4 sich in der durch den Pfeil E angezeigten Richtung bewegt.
Das Licht L4, das ein Bild als helle und dunkle Muster darstellt,
tritt in die Projektionslinse 11 ein, um einen Schirm (nicht
gezeigt) als ein Projektionslicht L5 geworfen zu werden. Wie vorstehend
erläutert
ist, ist es möglich,
ein vollständig
farbiges Bild zu projizieren auf der Farbumschaltbasis durch Verwendung
von einem Lichtventil 10.
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Das Farbsegment des Farbrades 8 muss nicht
notwendigerweise sektormäßig sein.
Die Segment können
spiralförmig
so angeordnet sein, dass dasselbe Lichtventil gleichzeitig mit Licht
von zwei oder drei unterschiedlichen Farben bestrahlt werden kann.
Weiterhin ist es möglich,
ein Farbrad 8 mit Dichtesegmenten zusätzlich zu den Farbsegmenten zu
versehen. Wenn durchlässige,
halbdurchlässige oder
total reflektierende Segmente vorgesehen sind, wird es möglich, ein
helleres Bild zu projizieren, die Anzahl der Gradationspegel zu
erhöhen
oder ein Bild während
einer bestimmten Periode für
jedes Videovollbild heller zu machen, wodurch das Verschwimmen eines
Bildes eines sich bewegenden Gegenstands verringert werden kann.
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Weiterhin muss das Lichtventil nicht
notwendigerweise eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung sein.
Beispielsweise kann sie eine Mikrospiegelvorrichtung sein. In diesem
Fall können
die Viertelwellenplatte 6 und die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7 eliminiert
werden, da das Beleuchtungslicht L3 ein natürliches Licht sein kann.
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Es wurde durch Computersimulation über die
Wirkung des optischen Hohlraums gefunden, dass der Lichtkondensations-Wirkungsgrad
um 10% oder mehr verbessert wird, wenn die F-Zahl größer als
1 ist, und ein zu beleuchtender Gegenstand kann gleichförmig mit
geringem Lichtverlust in einem optischen Beleuchtungssystem beleuchtet
werden, wenn das von einer Philips-Lampe vom UHP-Typ emittierte Licht mit
einer Bogenlänge
von 1,3 mm gesammelt und in eine säulenartige optische Vorrichtung
eingegeben wird, dessen Eintrittsfläche eine Größe von 6 mm × 3 mm hat,
wenn der optische Hohlraum mit der vorstehend beschriebenen Struktur verwendet
wird. Weiterhin kann aufgrund der Wirkung des optischen Hohlraums
die säulenartige
optische Vorrichtung 5 kürzer gemacht werden als dies vorher
möglich
war, wodurch die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp kleiner gemacht
werden kann.
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Ausführungsbeispiel 2
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6 zeigt
die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 52 gemäß dem Ausführungsbeispiel
2 der vorliegenden Erfindung.
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Das optische Beleuchtungssystem 52 gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel
2 unterscheidet sich von dem optischen Beleuchtungssystem 51 nach dem
Ausführungsbeispiel
1 dadurch, dass die säulenartige
optische Vorrichtung 5 entfernt ist, und die Viertelwellenplatte 6 und
die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 7 sind
ersetzt durch eine Viertelwellenplatte 62 und eine reflektierende
Polarisationstrennvorrichtung 72. In 6 haben die Vorrichtungen, die dieselben
wie oder äquivalent
den in 1 gezeigten sind
dieselben Bezugszeichen, und ihre Erläuterung wird hier weggelassen.
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Wie in 6 gezeigt
ist, erzeugt das in einer Richtung polarisierte Licht, das durch
Anordnen der Viertelwellenplatte 62 und der reflektierenden
Polarisationstrennvorrichtung 72 in der Mitte des ersten
reflektierenden Spiegels 4 erhalten wird, ein Licht mit einem
rechteckigen Querschnitt und einer spezifischen Farbe zum Beleuchten
des Lichtventils, nachdem es durch Farbrad 8 hindurchgegangen
ist und durch die optische Übertragungsvorrichtung 9 geführt wurde.
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Es können mehr als eine Lampe 1 vorgesehen
sein, wenn es erforderlich ist, hellere Bilder zu projizieren. In
diesem Fall braucht das Fenster 13 des zweiten reflektierenden
Spiegels 3 nicht kreisförmig
zu sein, soweit wie der optische Hohlraum C1 das Licht mit geringen
Verlusten hereinnehmen kann. Z.B. kann das Fenster oval sein. Weiterhin
kann der zweite reflektierende Spiegel 3 mehr als ein Fenster haben.
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Der erste reflektierende Spiegel 4 braucht keine
reflektierende Oberfläche
haben, die flach ist, sondern sie kann leicht konvex oder konkav
sein, und der zweite reflektierende Spiegel 3 braucht kein sphärischer
Spiegel zu sein, sondern kann ein parabolischer Spiegel sein in
Abhängigkeit
von der Richtfähigkeit
der Lampe, soweit wie der optische Hohlraum C1 als ein optischer
Integrator arbeiten kann.
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Weiterhin kann jeder des ersten reflektierenden
Spiegels 4 und des zweiten reflektierenden Spiegels 3 aus
mehr als einem Spiegel bestehen. Es gibt einige Fälle, in
denen das optische Beleuchtungssystem mit geringen Kosten hergestellt
werden kann, indem ein derartiger reflektierender Spiegel durch mehrere
Spiegel gebildet wird, die leicht herzustellen sind in Abhängigkeit
von der Form des Fensters, das dem Licht von der Lampe ermöglicht,
hindurchzugehen, und der Anzahl solcher Fenster.
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Wie vorstehend erläutert ist,
hat das optische Beleuchtungssystem 52 nach dem Ausführungsbeispiel
2 den Vorteil, dass die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp sogar
kleiner als das optische Beleuchtungssystem 51 nach dem
Ausführungsbeispiel 1
gemacht werden kann, da das optische Beleuchtungssystem 52 nicht
die säulenartig
optische Vorrichtung enthält.
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Ausführungsbeispiel 3
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7 zeigt
die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 53 nach
dem Ausführungsbeispiel
3 der vorliegenden Erfindung.
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Das optische Beleuchtungssystem 53 hat eine
Lampe 1 als ein Lichtquelle und einen lampenseitigen reflektierenden
Spiegel 2, der nahe der Lampe 1 angeordnet ist.
Eine Linse 15, ein Polarisationswandler 16, ein
zweiter reflektierender Spiegel 32, eine reflektierende
Polarisationstrennvorrichtung 17, ein erster reflektierender
Spiegel 42, ein Farbrad 82, ein re flektierendes
Flüssigkristall-Lichtventil 102, eine
Analysevorrichtung 18 und eine Projektionslinse 112 befinden
sich in dieser Reihenfolge von der Lampe 1 aus entlang
eines optischen Pfades des von dem lampenseitigen reflektierenden
Spiegel 2 reflektierten Lichts.
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Die Gesamtarbeitsweise des optischen
Beleuchtungssystems 53 mit der vorbeschriebenen Struktur
wird nachfolgend erläutert.
Der Pfeil A bezeichnet eine Richtung der Bewegung des von dem lampenseitigen
reflektierenden Spiegel 2 reflektierten Lichts L1. Die
Linse 15 empfängt
das Licht L1 und emittiert es als ein Licht L12, das sich in der
durch den Pfeil H angezeigten Richtung zu dem Polarisationswandler 16 bewegt.
Der Polarisationswandler 16, der eine Ausgabevorrichtung
für in
einer Richtung polarisiertes Licht bildet, empfängt das Licht L1, das ein natürliches
Licht ist, und gibt zwei Lichtstrahlen L1A und L1B, die dieselbe
Polarisationsrichtung haben, zu einem Fenster 132 des zweiten
reflektierenden Spiegels 32 aus.
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8 ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht, die
die Struktur des Polarisationswandlers 16 und der optischen
Pfade in seiner Nähe
zeigt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, befindet sich eine
reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 161 auf der
Vorderseite eines optischen Pfades innerhalb des Polarisationswandlers 16.
Ein durch eine Kondensorlinse 164 gehender Pfad, ein durch
eine Halbwellenplatte 162 gehender Pfad, ein Spiegel 163 und
eine Kondensorlinse 165 sind auf der Rückseite der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 161 vorgesehen.
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132 bezeichnet ein in der
Mitte des zweiten reflek tierenden Spiegels 32 ausgebildetes
Fenster, PF2 bezeichnet einen Konvergenzpunkt, an dem der Lichtstrahl
L1A und der Lichtstrahl L1B konvergieren, PA bezeichnet einen Punkt
auf der Eintrittsfläche
des reflektierenden Flüssigkristallventils 102,
an dem die Mitte des Lichtstrahls L1A eintritt, PB bezeichnet einen
Punkt auf der Oberfläche
des reflektierenden Flüssigkristallventils 102,
an dem die Mitte des Lichtstrahls L1B eintritt, und C2 bezeichnet
einen optischen Hohlraum, der durch den ersten reflektierenden Spiegel 42 und
den zweiten reflektierenden Spiegel 32 gebildet ist.
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Das Licht L12, das die reflektierende
Polarisationstrennvorrichtung 161 erreicht hat, wird in
ein linear polarisiertes Licht L13, das durch diese Vorrichtung
hindurchgeht, und ein linear polarisiertes Licht L14, das von dieser
Vorrichtung reflektiert wird, geteilt. Das Licht L13, das durch
die Polarisationstrennvorrichtung 161 hindurchgegangen
ist, wird die durch die Kondensorlinse 164 kondensiert,
geht durch das Fenster 132 und den Konvergenzpunkt PF2
hindurch und erreicht das reflektierende Flüssigkristallventil 102,
wobei seine Mitte mit dem Punkt PA als Lichtstrahl L1A übereinstimmt.
Andererseits verschiebt das Licht L14 seine Polarisationsrichtung
um 90°, wenn
es durch die Halbwellenplatte 162 hindurchgeht, und ändert die
Richtung, wenn es durch den Spiegel 163 reflektiert wird.
Dann wird es durch die Kondensorlinse 165 kondensiert,
geht durch das Fenster 132 und den Konvergenzpunkt PF2
hindurch und erreicht das reflektierende Flüssigkristallventil 102,
wobei seine Mitte mit dem Punkt PB übereinstimmt, als der Lichtstrahl
L1B.
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Der Teil von jedem der Lichtstrahlen
L1A und L1B, der durch den ersten reflektierenden Spiegel 42 nach
dem Eintritt in den optischen Hohlraum C2 reflektiert wird, wird
mehrere Male innerhalb des optischen Hohlraums C2 reflektiert, bis
er in das reflektierende Flüssigkristallventil 102 eintritt.
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9 zeigt
den zweiten reflektierenden Spiegel 32 von der Lampenseite
aus betrachtet.
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Wie in dieser Figur gezeigt ist,
befindet sich die Eintrittsfläche
oder Lichtempfangsfläche
des reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventils 102 auf
der Rückseite
des ovalen Fensters 132.
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Die Lichtempfangsfläche des
reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventils 102 ist
recheckig und hat ein Seitenverhältnis
von 16 : 9 oder 4 : 3. Durch Anordnen der Punkt A und B, die Mittelpunkte
der Lichtstrahlen L1A und L1B sind, auf einer Linie parallel zu den
langen Seiten der Lichtempfangsfläche des reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventils 102 wird
es möglich,
die Helligkeitsdifferenz eines projizierten Bildes in seiner horizontalen
Richtung zu verringern.
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Das Farbrad 82, das spiralförmig angeordnete
Segmente enthält,
die jeweils ein eine Grundfarbe hindurchlassendes dichroitisches
Filter bilden, befindet sich vor dem reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventil 102 in
einem Abstand von mehreren Millimetern von diesen. Das Farbrad 82 wird
drehbar durch einen Motor 12 mit einer Drehgeschwindigkeit
angetrieben, die von einer Periode eines zu projizierenden Vollbildes
abhängt.
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10a ist
eine teilweise vergrößerte Ansicht,
die das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102,
das Farbrad 82, den ersten reflektierenden Spiegel 42 und
die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 zusammen
mit den optischen Pfaden in ihrer Nähe zeigt.
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In dieser Figur bezeichnet 82R, 82G und 82B Segmente,
die dichroitische Filter bilden und jeweils rotes, grünes oder
blaues Licht durchlassen. LCW bezeichnet weißes Licht, das sich innerhalb
des optischen Hohlraums C2 bewegt, LCR bezeichnet rotes Licht, das
sich innerhalb des optischen Hohlraums C2 bewegt, LCR2 bezeichnet
rotes Licht, das durch das rote Segment 82R hindurchgegangen
ist, LCR3 bezeichnet rotes Licht, das von der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 17 reflektiert
wurde, und LCR4 und LCR5 bezeichnen rotes Licht, das durch die reflektierende
Polarisationstrennvorrichtung 17 hindurchgegangen ist.
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Der optische Hohlraum C2 (8) empfängt die Lichtstrahlen L1A,
L1B als das weiße
Licht LCW. Die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 ist
so eingestellt, dass sie ein Licht durchlässt, das dieselbe Polarisationsrichtung
wie das Licht LCW hat und einen Winkel von etwa 45° mit der
optischen Achse hat. Das in dem weißen Licht LCW enthaltene rote
Licht LCR geht in alle Segmente 82R, 82G, 82B ein.
Das rote Licht LCR geht nur durch das Segment 82R als das
Licht LCR2 hindurch, das in das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 eintritt.
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Das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 verschiebt
die Polarisationsrichtung des Lichts LCR2 auf einer Pixel-für-Pixel-Basis,
um ein rotes Licht zu bilden, wenn das Licht LCR2 reflektiert wird. Das
reflektierte rote Licht erreicht die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17,
an der es reflek tiert wird und die Richtung ändert, um das Licht LCR3 zu bilden,
wenn seine Polarisationsrichtung durch das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 verschoben
wurde. Andererseits geht es durch die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 hindurch
und bewegt sich rückwärts und
vorwärts
innerhalb des optischen Hohlraums C2, wenn seine Polarisationsrichtung
nicht durch das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 verschoben
wurde.
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Dasselbe gilt für das grüne Licht und das blaue Licht.
Somit wird die Richtung des zu werfenden Lichts an der reflektierenden
Polarisationstrennvorrichtung 17 zu dem Schirm hin geändert, während das
nicht zu werfende Licht wiederholt innerhalb des optischen Hohlraums
C2 so reflektiert wird, dass es als ein Beleuchtungslicht verwendet
wird. Als eine Folge kann der Verlust des Lichts verringert werden.
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10b und 10c zeigten Strukturen von
Varianten des Farbrads 82.
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Bei der in 10b gezeigten Struktur bezeichnet 82W ein
transparentes Segment, und 82S bezeichnet ein Segment,
das einen reflektierenden Strahlenteiler als eine Helligkeitsmodulationsvorrichtung
einer Durchlässigkeit,
die 1/16 (6,7%) von der des transparenten Segments beträgt, bildet.
Durch Projizieren von Pixeln mit einem niedrigen Grad von Farbsättigung
und hohen Helligkeitspegeln mit dem weißen Licht, das durch das transparente
Segment 82W hindurchgeht, ist es möglich, die Farbverschiebung
und das Verschwimmen eines Bildes eines sich bewegenden Gegenstands
zu verringern.
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Durch Vorsehen des Segments 82S mit
niedriger Durch lässigkeit
angrenzend an das transparente Segment 82W wird es möglich, das
Beleuchtungslicht zu verwenden, das aus dem Segment 82S austritt
und eine Intensität
hat, die 1/16 von der des aus dem transparenten Segment 82W austretenden Lichts
beträgt.
Demgemäß wird es
möglich,
die Anzahl von Gradationspegeln zu erhöhen, da vier Extrabits für die Darstellung
des dunklen Teils eines Bildes verwendet werden können. Die
in 10b gezeigte Struktur
ist geeignet für
eine Anzeigevorrichtung, die eine reflektierende Flüssigkristallvorrichtung
als Lichtventil verwendet.
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Bei der in 10c gezeigten Struktur ist das Segment 82S mit
einer Durchlässigkeit,
die 1/16 (6,7%) von der des transparenten Segments beträgt, über einer
Glasplatte (nicht gezeigt) von den Segmenten 82R, 82G, 82B vorgesehen.
Demgemäß wird das
Beleuchtungslicht mit einer Intensität, die um einen Faktor 16 reduziert
ist, für
jede Farbe erzeugt, so dass die Tonwiedergabe für einen dunklen Bereich eines
zu projizierenden Bildes verbessert werden kann.
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Gemäß den menschlichen Seheigenschaften
ist es wünschenswert,
dass die Anzahl von Projektionen eines Bildes pro Fernseh-Vollbild
zwischen 1 und 3 für
jede Grundfarbe ist, jedoch in dem Fall des Projizierens eines stehenden
Bildes oder von Computergrafiken ist dies nicht auf derartige Werte begrenzt.
So sollte die Drehgeschwindigkeit des Farbrades bestimmt werden
in Abhängigkeit
von der Ansprechgeschwindigkeit des Lichtventils und des Typs eines
zu projizierenden Bildes.
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Das optische Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 ist geeignet für
eine Anzeigevorrichtung, die eine reflektierende Flüssigkristallvorrich tung
als ein Lichtventil verwendet, da die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 unter
einem Winkel zu der optischen Achse innerhalb des optischen Hohlraums
C2 eingestellt ist. Bei dem optischen Beleuchtungssystem 53 ist
es möglich, eine
Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp vorzusehen, die klein ist,
da das zu werfende Licht und das nicht zu werfende Licht innerhalb
des optischen Hohlraums getrennt werden können.
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Weiterhin ist das optische Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 geeignet zum Beleuchten eines Lichtventils großer Breite, mit einem Seitenverhältnis von
beispielsweise 16 : 9, da das Lichtventil von zwei Lichtstrahlen
bestrahlt wird, dessen Mitten gegeneinander in der Richtung parallel
zu den Längsseiten
der Eintrittsfläche
des Lichtventils versetzt sind, wodurch die Helligkeitsdifferenz eines
projizierten Bildes in seiner horizontalen Richtung verringert wird.
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Ausführungsbeispiel 4
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11 zeigt
eine Struktur eines Polarisationswandlers 160, der in einem
optischen Beleuchtungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel
4 der Erfindung enthalten ist.
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Dieser Polarisationswandler 160,
der eine Ausgabevorrichtung für
in einer Richtung polarisiertes Licht bildet, kann in dem optischen
Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 anstelle des
Polarisationswandlers 16 verwendet werden. Da die Teile
vor und hinter dem Polarisationswandler 160 des optischen
Beleuchtungssystems nach dem Ausführungsbeispiel 4 dieselben
wie diejenigen des optischen Beleuchtungs system 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 sind, wird das Ausführungsbeispiel
4 mit Bezug auf 7 erläutert.
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Da jedoch der von dem Polarisationswandler 160 ausgegebene
Lichtstrahl sich in der Richtung senkrecht zu der Ebene nach 7 bewegt, wird angenommen,
dass der zweite reflektierende Spiegel 32 und die nachfolgenden
Vorrichtungen, die sich hinter dem Polarisationswandler 160 befinden,
entlang dieser Richtung angeordnet sind und ihre körperliche
Beziehung beibehalten.
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11a zeigt
den Polarisationswandler 160 betrachtet von oben wie in 7, 11b zeigt den Polarisationswandler 160 entlang
der durch den Pfeil M angezeigten Richtung betrachtet, und 11c zeigt den Polarisationswandler 160 von
der Lampe 1 aus betrachtet.
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Wie in 11a und 11b gezeigt ist, sind ein durch
einen Spiegel 167 gehender Pfad und ein durch einen Spiegel 168 gehender
Pfad Seite an Seite hinter der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 166 angeordnet,
welche durch feine Metalldrähte
(Drahtgitter) innerhalb des Polarisationswandlers 160 gebildet
ist.
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PT, PT1 und PT2 bezeichnen Punkte,
an denen die optische Achse die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166,
den Spiegel 167 bzw. den Spiegel 168 schneidet.
L1C bezeichnet einen ersten Lichtstrahl, der dem Lichtstrahl L1A
in 7 äquivalent
ist, und L1D bezeichnet einen zweiten Lichtstrahl, der dem Lichtstrahl
L1B in 7 äquivalent ist.
Jedes der Liniensegmenten auf der optischen Achse zeigt an, dass
die Richtung der Vibration eines betroffenen Lichtstrahls parallel
zu der Ebene der 11a, 11b oder 11c ist, und jeder der weißen Kreise
auf der optischen Achse zeigt an, dass die Richtung der Vibration
eines betroffenen Lichtstrahls senkrecht zu der Ebene der 11a, 11b oder 11c ist.
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Wie in 11a gezeigt
ist, geht nahezu parallel gerichtetes natürliches Licht, das in den Polarisationswandler 160 als
das Licht L12 eintritt, in die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166,
wobei seine Mitte mit dem Punkt PT übereinstimmt. Eine Komponente
des Lichts L12 mit einer Polarisationsrichtung (Richtung der Vibration
des elektrischen Feldes) parallel zu der Ebene von 11a an dem Punkt PT geht durch die reflektierende
Polarisationstrennvorrichtung 166 hindurch und erreicht
den Spiegel 168. Andererseits wird die andere Komponente mit
der Polarisationsrichtung senkrecht zu der Ebene von 11a an dem Punkt PT durch
die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 166 reflektiert
und macht angenähert
eine Drehung im rechten Winkel, um den Spiegel 167 zu erreichen.
An jedem der Punkte PT1 und PT2 ändert
das hierin eingegebene Licht die Richtung, um sich senkrecht zu
der Ebene von 11a zu
bewegen.
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Wie in 11b gezeigt
ist, sind die Polarisationsrichtungen des von dem Spiegel 167 bzw.
dem Spiegel 168 reflektierten Lichts dieselben und senkrecht zu
der Ebene von 11b. Dieses
Licht geht durch die Linse 169 hindurch, um Lichtstrahlen
L1C und L1D zu erzeugen, die sich zu dem Fenster 132 des optischen
Hohlraums C2 hin bewegen.
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Die Richtung der Bewegung der Lichtstrahlen
L1C und L1D unterscheidet sich von denjenigen der Lichtstrah len
L1A und L1D. Demgemäß sollte
die Anordnung der Lampe 1, des lampenseitigen reflektierenden
Spiegels 2 und des Polarisationswandlers 160 und
die Einstellung der Vorrichtungen, die sich hinter dem Polarisationswandler 160 befinden,
unterschiedlich gemacht werden, so dass die beiden Lichtstrahlen
in den optischen Hohlraum C2 eintreten. In gleicher Weise sollten
die reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 und
das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 102 in
eine zweckmäßige Orientierung
gebracht werden, um den zu werfenden Lichtstrahl von dem nicht zu
werfenden Lichtstrahl innerhalb des optischen Hohlraums C2 unter
Berücksichtigung
der Richtung der Bewegung der Lichtstrahlen L1C und L1D zu trennen.
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Wie vorstehend erläutert ist,
kann das optische Beleuchtungssystem 53 nach dem Ausführungsbeispiel
4 die Polarisationsumwandlung mit hoher Stabilität ungeachtet seiner einfachen
Struktur durchführen,
da der Polarisationswandler 160 von diesem kein Glasprisma
und keine Viertelwellen- oder Halbwellenplatte verwendet.
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Ausführungsbeispiel 5
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12 zeigt
die Struktur eines optischen Beleuchtungssystems 55 gemäß dem Ausführungsbeispiel
5 der Erfindung.
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Das optische Beleuchtungssystem 55 hat eine
Lampe 1 als Lichtquelle und einen lampenseitigen reflektierenden
Spiegel 2, der sich nahe der Lampe 1 befindet.
Eine Linse 15, eine Lichtblende 201, ein Polarisationswandler 16,
ein zweiter reflektierender Spiegel 33, eine reflektierende
Polarisationstrennvorrichtung 17, ein Kreuzprisma 20,
erste reflektierende Spiegel
43R, 43G, 43B,
reflektierende Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G, 103B zum Bilden
von jeweils roten, grünen
und blauen Lichtbildern, eine Analysevorrichtung 18 und
eine Projektionslinse 113 sind in dieser Reihenfolge von
der Lampe 1 aus entlang eines optischen Pfades des von dem
lampenseitigen reflektierenden Spiegel 2 reflektierten
Lichts angeordnet.
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Eine Lichtblenden-Treiberschaltung 202 zum Treiben
der Lichtblende 201, die als eine Lichtintensitäts-Änderungsvorrichtung dient,
wird durch eine Steuerschaltung 207 gesteuert. Ein Lichtsensor 203 erfasst
die Lichtintensität
und gibt Lichtinformationen zu der Steuerschaltung 207 aus.
Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G, 204B zum
Treiben der reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G, 103B empfangen
Bildinformationen von einer Signalverarbeitungsschaltung 205,
die ein zu einem Bildempfangsabschnitt 206 eingegebenes
Bildsignal unter der Steuerung der Steuerschaltung 207 verarbeitet.
Die Signalverarbeitungsschaltung 205 und die Steuerschaltung 207 bilden
eine Lichtmodulationsvorrichtung. Die Lichtblenden-Treiberschaltung 202 und
die Steuerschaltung 207 bilden eine Lichtintensitäts-Steuervorrichtung.
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Ein Brennpunkt (nicht gezeigt) des
zweiten reflektierenden Spiegels 33 der ein sphärischer
reflektierender Spiegel ist, existiert virtuell auf der Rückseite
der reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G, 103B.
Der zweite reflektierende Spiegel 33 hat ein Fenster, das
in dessen Mitte gebildet ist, um ein weißes, in einer Richtung polarisiertes Licht
hindurchzulassen.
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Das Kreuzprisma 20 hat ein
dichroitisches Filter als eine Schnittstelle, an der das rote Licht
und das blaue Licht eine Drehung im rechten Winkel machen, und durch
die das grüne
Licht hindurchgeht. Hinsichtlich des grünen Lichts bilden der erste
reflektierende Spiegel 43G und der zweite reflektierende Spiegel 33 einen
optischen Hohlrau, um das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 103 zu
beleuchten. Das durch das reflektierende Flüssigkristall-Lichtventil 103 modulierte
Licht geht durch das Kreuzprisma 20 hindurch, ändert die
Richtung an der reflektierenden Polarisationstrennvorrichtung 17,
geht durch die Analysevorrichtung 18 hindurch und tritt
in die Projektionslinse 113 ein.
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Das blaue Licht und das rote Licht
werden ebenfalls gemäß einem
zu projizierenden Bild wie das grüne Licht moduliert, obgleich
ihre Richtungen nicht durch das Kreuzprisma 20 geändert werden. Somit
wird ein vollständiges
Farbbild projiziert durch Kombinieren der drei unterschiedlichen
Farbbilder.
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In 12 stellen
die Bezugszeichen, die identisch mit denjenigen in 7 sind, das das optische Beleuchtungssystem 53 gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 zeigt, dieselben Elemente dar.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der optische
Hohlraum durch eine Kombination des zweiten reflektierenden Spiegels 33 und
des ersten reflektierenden Spiegels 43R für rotes
Licht, durch eine Kombination des zweiten reflektierenden Spiegels 33 und des
ersten reflektierenden Spiegels 43G für grünes Licht, und durch eine Kombination
des zweiten reflektierenden Spiegels 33 und des ersten
reflektierenden Spiegels 43B für blaues Licht gebildet.
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Die Arbeitsweise der Anzeigevorrichtung
55 vom Projektionstyp mit der vorbeschriebenen Struktur wird nachfolgend
im Einzelnen erläutert.
Ein Bildsignal wie ein Fernsehsignal wird über den Signalempfangsabschnitt 206 in
die Signalverarbeitungsschaltung 205 eingegeben. Die Signalverarbeitungsschaltung 205 führt eine
Helligkeitskorrektur, Farbtonkorrektur usw. an dem Bildsignal durch,
wandelt das korrigierte Bildsignal in ein Vollbild-Schaltsignal um,
das geeignet für
die Verwendung in dem Lichtventil für jede Farbe ist, und gibt
es dann zu den Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G und 204B aus.
Die Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G und 204B reiben
die reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 103R, 103G und 103B,
die jeweils das empfangende rote, grüne und blaue Licht modulieren.
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Die Volumen des roten, grünen und
blauen Lichts können
voneinander differieren in Abhängigkeit
von dem zu projizierenden Bild. Folglich können die Intensitäten des
roten, grünen
und blauen Lichts, die die roten, grünen und blauen Lichtventile
beleuchten, voneinander differieren, wenn das nicht zu werfende
Licht wieder verwendet wird. Demgemäß erfasst der innerhalb des
optischen Hohlraums angeordnete Lichtsensor 203 die Intensitäten des
roten, grünen
und blauen Lichts und gibt die erfassten Intensitäten anzeigende
Signale zu der Steuerschaltung 207 aus. Wenn z.B. erfasst
wird, dass die Intensität
des blauen Lichts größer als
die der anderen Farben ist, weist die Steuerschaltung 207 die
Signalverarbeitungsschaltung 205 an, den Intensitätspegel des
blauen Lichts zu reduzieren, indem sie ein Steuersignal zu der Signalverarbeitungsschaltung 205 ausgibt.
Die Signalverarbeitungsschaltung 205 gibt korrigierte Signale
zu den Lichtventil-Treiberschaltungen 204R, 204G und 204B aus,
wodurch das Lichtventil 103B weniger Licht als die anderen
Lichtventile reflektiert.
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Wenn ein zu projizierendes Bild insgesamt dunkel
ist, wird das Volumen des innerhalb des optischen Hohlraums wiedergefangenen
Lichts für
jede Farbe groß.
Wenn das Volumen des innerhalb des optischen Hohlraums wiedergefangenen
Lichts groß wird
und die Intensität
des das Lichtventil beleuchtenden Lichts daher zunimmt, kann ein
Schwarzpegel eines Bildes unerwünscht
ansteigen, da das Lichtventil das Licht nicht vollständig blockieren
kann.
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Bei Empfang eines Signal von dem
Sensor 23, das anzeigt, dass die Intensität des Lichts
innerhalb des optischen Hohlraums höher als ein vorbestimmter Pegel
für jede
der Grundfarben ist, weist die Steuerschaltung 207 die
Blendentreiberschaltung 202 an, die Intensität des Lichts
zu verringern, indem ein Steuersignal zu der Blendentreiberschaltung 202 ausgegeben
wird, wodurch die Blende 201 ihren Öffnungsgrad verringert. Die
Blende 201 kann eine mechanische Blende oder eine elektronische
Blende sein, die eine Flüssigkristallvorrichtung
oder dergleichen verwendet.
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Die Struktur der Anzeigevorrichtung
vom Projektionstyp nach der Erfindung ist nicht auf die Struktur
des Ausführungsbeispiels 5 beschränkt. Z.B. kann
die Blende 201 an einer anderen Position angeordnet sein.
Es ist zulässig,
die Blende 201 zwischen der Lampe 1 und der Linse 15,
zwischen dem Polarisationswandler 16 und dem optischen
Hohlraum oder innerhalb des optischen Hohlraums anzuordnen.
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Obgleich der Sensor 203 sich
bei dem Ausführungsbeispiel
5 innerhalb des optischen Hohlraums befindet, ist es zulässig, den
Sensor 203 in der Nähe
von jedem der Lichtventile 103R, 103G und 103B anzuordnen.
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Obgleich bei dem Ausführungsbeispiel
5 eine Anordnung verwendet wird, bei der eine reflektierende Polarisationstrennvorrichtung 17 und
ein Kreuzprisma zwischen drei ersten reflektierenden Spiegeln 43R, 43G und 43B und
einem zweiten reflektierenden Spiegel 33 angeordnet sind,
ist es selbstverständlich,
dass eine unterschiedliche Anordnung möglich ist. Z.B. ist es möglich, drei
optische Hohlräume
hinter einem Kreuzprisma anzuordnen, wobei die Polarisationstrennvorrichtung
sich zwischen dem Kreuzprisma und den optischen Hohlräumen befindet.
Weiterhin braucht das Lichtventil nicht notwendigerweise ein Flüssigkristallventil
zu sein. Z.B. kann es eine Mikrospiegelvorrichtung sein. In diesem
Fall wird der Polarisationswandler 16 entfernt und die
Polarisationstrennvorrichtung 17 wird durch ein Prisma
mit totaler innerer Reflexion ersetzt.
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Wie vorstehend erläutert ist,
können
bei der Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach dem Ausführungsbeispiel
5 der Farbausgleich und die Tonkontinuität in einem dunklen Teil eines
projizierten Bildes in gutem Zustand gehalten werden. Weiterhin kann
die Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach dem Ausführungsbeispiel
5 verhindern, dass der Schwarzpegel ansteigt, selbst wenn ein dunkles Bild
projiziert wird, so dass ein Bild hoher Qualität ohne Künstlichkeit erhalten werden
kann.