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DE69715359T2 - Polarisationsumwandlungselement, polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, anzeige mit einer solchen vorrichtung und projektionsanzeige - Google Patents

Polarisationsumwandlungselement, polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, anzeige mit einer solchen vorrichtung und projektionsanzeige

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Publication number
DE69715359T2
DE69715359T2 DE69715359T DE69715359T DE69715359T2 DE 69715359 T2 DE69715359 T2 DE 69715359T2 DE 69715359 T DE69715359 T DE 69715359T DE 69715359 T DE69715359 T DE 69715359T DE 69715359 T2 DE69715359 T2 DE 69715359T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
polarization
polarized
polarization separation
beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69715359T
Other languages
English (en)
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DE69715359D1 (de
Inventor
Toshiaki Hashizume
Yoshitaka Itoh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of DE69715359D1 publication Critical patent/DE69715359D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69715359T2 publication Critical patent/DE69715359T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung und eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, die aus einfallenden Lichtstrahlen, wie willkürlich polarisierten Strahlen, Beleuchtungsstrahlen erzeugt, die in einem Beleuchtungsbereich eine gleichmäßigere Lichtintensitätsverteilung aufweisen als die einfallenden Strahlen und in nahezu der gleichen Richtung polarisiert sind. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Anzeigevorrichtung und eine Projektionsanzeigevorrichtung, die diese Vorrichtungen verwendet.
  • Stand der Technik
  • Das US-Patent 2748659 beschreibt eine Lichtquelle, die einen Parallelflächenkörper mit mehreren geneigten Polarisationselementen enthält. Die einfallenden Lichtstrahlen werden von den Polarisatoren in durchgelassene und reflektierte Strahlen zerlegt. Die reflektierten Strahlen werden weiter reflektiert und unterliegen einer weiteren Polarisation, um parallel zu den durchgelassenen Strahlen mit einem gemeinsamen Polarisationszustand auszutreten.
  • Eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, die den gleichen Typ von polarisierten Lichtstrahlen effizient erzeugen kann, ist ideal als eine Beleuchtungsvorrichtung für die Verwendung in einer Anzeigevorrichtung, wie z. B. einer Flüssigkristallvorrichtung, die eine Platte zum Modulieren der polarisierten Lichtstrahlen verwendet.
  • JP 5-107505A beschreibt ein Lichtpolarisationselement für einen optischen Projektor. Das Element besitzt die Form einer transparenten planparallelen Platte mit einem Polarisationstrennungsfilm zum Aufteilen des einfallenden Lichts, das in die Platte eintritt, in reflektiertes Licht und durchgelassenes Licht. Das durchgelassene Licht wird anschließend von einer reflektierenden Oberfläche reflektiert und auf einem optischen Pfad im wesentlichen parallel zum optischen Pfad des reflektierten Lichts übertragen. Das Element enthält ferner einen Polarisator, so daß die polarisierten Zustände des Lichts in den im wesentlichen parallelen optischen Pfaden miteinander übereinstimmen.
  • Dementsprechend wurde ein optisches Beleuchtungssystem vorgeschlagen, das willkürlich polarisierte Lichtstrahlen, die aus einer Lichtquelle austreten, in den gleichen Typ von polarisierten Lichtstrahlen umsetzt und eine Flüssigkristallvorrichtung mit den Lichtstrahlen beleuchtet, so daß eine helle Anzeige erreicht wird. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 7-294906 offenbart eine Bildanzeigevorrichtung, die mit einem solchen optischen Beleuchtungssystem ausgerüstet ist.
  • Der Hauptteil des optischen Beleuchtungssystems, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-294906 offenbart ist, wird kurz mit Bezug auf Fig. 15 beschrieben. Dieses optische System umfaßt hauptsächlich eine Linsenplatte 910, mehrere Polarisationsstrahlteiler 920, mehrere reflektierende Prismen 930 und mehrere λ/2-Phasenplatten 940. Die einfallenden Strahlen wie z. B. willkürlich polarisierte Strahlen, werden in zwei Typen von polarisierten Strahlen aufgeteilt (P-polarisierte Strahlen und S- polarisierte Strahlen) durch die Polarisationsstrahlteiler 920, die jeweils mit Polarisationstrennungsebenen 331 versehen sind, und die reflektierenden Prismen 930, die jeweils mit reflektierenden Ebenen 332 versehen sind. Nach der Trennung wird die Polarisationsrichtung der polarisierten Strahlen des einen Typs an diejenige der polarisierten Strahlen des anderen Typs unter Verwendung der λ/2-Phasenplatten 940 angepaßt, wodurch polarisierte Strahlen des gleichen Typs erhalten werden, wobei eine Flüssigkristallvorrichtung 950 mit den Lichtstrahlen beleuchtet wird. Da ein Raum zur Ausbildung der zwei Typen von polarisierten Strahlen im Polarisationsstrahltrennungsprozeß erforderlich ist, wird das optische System im allgemeinen unvermeidbar erweitert. Dementsprechend reduziert dieses optische System den Durchmesser der Strahlen, die auf die jeweiligen Polarisationsstrahlteiler 920 auftreffen, auf weniger als etwa die Hälfte des Durchmessers der Mikrolinsen 911, die in der Linsenplatte 910 mittels der Mikrolinsen 911 ausgebildet sind, und plaziert die reflektierenden Prismen (reflektierende Ebenen) 930 in den Räumen, die durch die Reduktion des Durchmessers der Strahlen erzeugt werden, wodurch der gleiche Typ von polarisierten Strahlen erhalten wird ohne Erweiterung des optischen Systems.
  • Das optische System, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-294906 offenbart worden ist, weist jedoch folgende Probleme auf.
  • Bei der Reduzierung des Durchmessers des Strahls mittels der Linse wird im allgemeinen der minimale Strahldurchmesser nahezu direkt und ausschließlich bestimmt durch die Brechungsleistung der Linse und die Parallelität des in die Linse eintretenden Lichtstrahls. Das heißt, um den Strahldurchmesser auf weniger als die Hälfte des Linsendurchmessers zu reduzieren, wie in den in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-294906 offenbarten optischen System, ist es erforderlich, eine Linse mit einer extrem hohen Brechungsleistung (mit anderen Worten eine Linse mit einer extrem kleinen F-Zahl) und eine Lichtquelle zu verwenden, die einen Lichtstrahl mit extrem hoher Parallelität aussenden kann. Eine reale Lichtquelle hat jedoch einen begrenzten Emissionsbereich. Die Parallelität des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls ist daher nicht immer gut.
  • Andererseits ist die Polarisationstrennungsfähigkeit der Polarisationstrennungsebene, die in Polarisationsstrahlteiler ausgebildet ist, stark abhängig vom Einfallswinkel des Lichts. Mit anderen Worten, wenn das auf die Polarisationstrennungsebene einfallende Licht eine große Winkelkomponente aufweist, kann die Polarisationstrennungsebene keine ideale Polarisationstrennungsfähigkeit aufweisen, wobei der S-polarisierte Strahl sich in den P- polarisierten Strahl mischt, der durch die Polarisationstrennungsebene durchgelassen wird, und der P-polarisierte Strahl sich in den S-polarisierten Strahl mischt, der von der Polarisationstrennungsebene reflektiert wird. Folglich ist es unmöglich, die Brechungsleistung der zum Reduzieren des Durchmessers des Strahls verwendeten Mikrolinse übermäßig zu erhöhen.
  • Aus den oben genannten Gründen ist es schwierig, den Durchmesser des Lichtstrahls, der auf den Polarisationsstrahlteiler fällt, ausreichend zu reduzieren, wobei praktisch eine relativ große Lichtmenge auch direkt in das reflektierende Prisma eintritt, das an den Polarisationsstrahlteiler angefügt ist. Das Licht, das direkt in das reflektierende Prisma einfällt, wird von der reflektierenden Ebene reflektiert, tritt in den benachbarten Polarisationsstrahlteiler ein und wird durch die Polarisationstrennungsebene in zwei Typen von polarisierten Strahlen aufgeteilt, in der gleichen Weise wie der Lichtstrahl, der direkt auf den Polarisationsstrahlteiler fällt. Der Lichtstrahl, der durch das reflektierende Prisma auf den Polarisationsstrahlteiler fällt, und der Lichtstrahl, der direkt auf den Polarisationsstrahlteiler fällt, unterscheiden sich um 90º in der Einfallsrichtung bezüglich des Polarisationsstrahlteilers. Aufgrund des Vorhandenseins des direkt auf das reflektierende Prisma einfallenden Lichtstrahls mischt sich der S-polarisierte Strahl, der direkt auf das reflektierende Prisma fällt und durch den Polarisationsstrahlteiler abgetrennt wird, in den P-polarisierten Strahl, der durch den Polarisationsstrahlteiler durchgelassen wird, ohne seine Laufrichtung zu ändern.
  • In ähnlicher Weise mischt sich der S-polarisierte Strahl in den P-polarisierten Strahl, der direkt in den Polarisationsstrahlteiler eintritt, und tritt durch das reflektierende Prisma und die λ/2-Phasenplatte aus. Da sich der S-polarisierte Strahl in den P-polarisierten Strahl mischt, und da die Existenz des direkt auf das reflektierende Prisma fallenden Lichtstrahls für die Flüssigkristallvorrichtung unnötig ist, wird dieser von einer Polarisationsplatte absorbiert und erzeugt Wärme, die der Hauptfaktor für die Temperaturerhöhung der Polarisationsplatte ist.
  • In dem Prozeß, in welchem das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-294906 offenbarte herkömmliche optische System willkürliche Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle ausgesendet werden, in polarisierte Lichtstrahlen des gleichen Typs umsetzt, vermischen sich daher unvermeidbar eine relativ große Anzahl polarisierter Strahlen eines weiteren Typs. Als Ergebnis müssen die polarisierten Strahlen, die für die Anzeige unnötig sind und in einer anderen Richtung polarisiert sind, durch die Polarisationsplatte absorbiert werden, um ein extrem helles Anzeigebild zu erhalten. Außerdem ist eine große Kühlvorrichtung erforderlich, um die Erhöhung der Temperatur der Polarisationsplatte, die durch die Absorption hervorgerufen wird, zu begrenzen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obenerwähnten Probleme zu lösen durch weitgehendes Begrenzen der Mischung anderer polarisierter Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, in einem Prozeß der Umsetzung willkürlich polarisierter Strahlen, die von einer Lichtquelle ausgesendet werden, in den gleichen Typ von polarisierten Strahlen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Um die obigen Probleme zu lösen, umfaßt eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle; ein erstes optisches Element zum Trennen eines von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls in mehrere Zwischenstrahlen und zum Konvergieren jedes der mehreren Zwischenstrahlen in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse (L) des Systems; und ein zweites optisches Element, das nahe der Position angeordnet ist, an der die Zwischenstrahlen konvergieren, wobei das zweite optische Element enthält:
  • eine Kondensorlinsenanordnung zum Kondensieren der Zwischenstrahlen; ein Polarisationstrennungselement zum räumlichen Trennen der jeweiligen Zwischenstrahlen in einen S-polarisierten Strahl und einen P- polarisierten Strahl; eine selektive Phasenplatte zum Ausrichten der Polarisationsrichtung eines der P- und S-polarisierten Strahlen, die von der Polarisationstrennungseinheit getrennt worden sind, auf eine Polarisationsrichtung des anderen der P- und S-polarisierten Strahlen; und eine Überlagerungslinse zum Überlagern von Bildern, die von den polarisierten Strahlen gebildet werden, in einer zu beleuchtenden Ebene, wobei das Polarisationstrennungselement umfaßt:
  • mehrere Polarisationstrennungsebenen zum Trennen der P- und S- polarisierten Strahlen mittels Durchlassen eines der P- und S-polarisierten Strahlen und Reflektieren des anderen der P- und S-polarisierten Strahlen, und mehrere Reflexionsebenen, die im wesentlichen parallel zu den Polarisationstrennungsebenen angeordnet sind und die den anderen der P- und S- polarisierten Strahlen, der von den Polarisationstrennungsebenen reflektiert worden ist, in die Austrittsrichtung des einen der P- und S-polarisierten Strahlen, der durch die Polarisationstrennungsebenen durchgelassen worden ist, reflektieren, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschattungsmittel und/oder ein optisches Dämpfungsmittel, die die jeweiligen Zwischenstrahlen daran hindern, direkt in die mehreren Reflexionsebenen einzutreten, zwischen dem ersten optischen Element und dem Polarisationstrennungselement angeordnet sind.
  • Durch die Anwendung der obenerwähnten Struktur kann die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv eine Erscheinung verhindern oder begrenzen, bei der anders polarisierte Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, sich in polarisierte Strahlen des nahezu gleichen Typs mischen, die in der gleichen Richtung polarisiert sind. Somit ist es möglich, als Beleuchtungslicht polarisierte Strahlen mit deutlich höherem Polarisationsgrad zu erhalten.
  • Entsprechend der obenerwähnten Struktur wird ein einfallender Strahl anfänglich in mehrere Zwischenstrahlen aufgeteilt, wobei die Zwischenstrahlen schließlich auf einem Beleuchtungsbereich überlagert werden. Selbst wenn daher die Lichtintensitätsverteilung des einfallenden Strahls in dessen Querschnitt sehr unausgeglichen ist, ist es möglich, als Beleuchtungslicht polarisierte Strahlen zu verwenden, die in Helligkeit und Farbe gleichmäßig sind. Selbst wenn ferner jeder der Zwischenstrahlen nicht in einen P-polarisierten Strahl und einen S-polarisierten Strahl aufgeteilt werden kann, die gleiche Lichtintensitäts- und Spektraleigenschaften aufweisen, und selbst wenn die Lichtintensitäts- und Spektraleigenschaften des einen der polarisierten Strahlen sich in einem Prozeß der Ausrichtung der Polarisationsrichtungen der polarisierten Strahlen ändern, ist es möglich, als Beleuchtungslicht polarisierte Strahlen zu verwenden, die in Helligkeit und Farbe gleichmäßig sind.
  • Außerdem werden mehrere polarisierte Strahlen, die nahezu auf einen Typ von Polarisationszustand gebracht worden sind, insgesamt gesammelt und auf einem Beleuchtungsbereich überlagert, und bilden ein großes Strahlenbündel. Da die polarisierten Strahlen dieses großen Strahlenbündels selbst keine Strahlkomponente aufweisen, die einen großen Divergenzwinkel hat, stellt die Beleuchtung mit diesen Lichtstrahlen eine hohe Beleuchtungseffizienz sicher.
  • Die Lichtquelle kann eine Lichtquellenlampe und einen Reflektor enthalten. Eine Metall-Halid-Lampe, eine Xenon-Lampe, eine Halogen-Lampe und ähnliche Vorrichtungen können als Lichtquellenlampe verwendet werden, während ein Parabolreflektor, eine elliptischer Reflektor, ein sphärischer Reflektor und ähnliche Vorrichtungen als Reflektor verwendet werden können.
  • In der obenerwähnten Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung können die Abschattungsmittel oder die optischen Dämpfungsmittel an irgendeiner Position zwischen dem Polarisationstrennungselement und dem ersten optischen Element plaziert sein. Wenn jedoch die Abschattungsmittel oder die optischen Dämpfungsmittel im Polarisationstrennungselement integriert sind, ist es möglich, den Lichtverlust an der Grenzfläche zu reduzieren und somit eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung mit einem hohen Lichtwirkungsgrad zu schaffen. Ferner kann das zweite optische Element einteilig ausgebildet sein durch Integrieren des Abschattungsmittels oder des optischen Dämpfungsmittels und des Polarisationstrennungselements, wobei in dieser Situation des zweite optische Element sehr kompakt gemacht werden kann.
  • Das Abschattungsmittel oder das optische Dämpfungsmittel können in der Kondensorlinsenanordnung integriert sein. Dies bietet ähnliche Vorteile wie in der Situation, in der das Abschattungsmittel oder das optische Dämpfungsmittel in das Polarisationstrennungselement integriert sind. Wenn ferner in dieser Situation die Kondensorlinsenanordnung, in die das Abschattungsmittel oder das optische Dämpfungsmittel integriert sind, räumlich beabstandet von anderen optischen Elementen plaziert ist, um das zweite optische Element zu bilden (z. B. das Polarisationstrennungselement und die selektive Phasenplatte), ist es selbst dann, wenn das Abschattungsmittel oder das optische Dämpfungsmittel aufgrund der Lichtabsorption Wärme erzeugen, möglich, die anderen optischen Elemente vor einer Beeinflussung durch die Wärmeerzeugung zu bewahren.
  • In der obenbeschriebenen Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung kann das Abschattungsmittel aus einer reflektierenden Platte geformt sein. Wenn das Abschattungsmittel aus einer reflektierenden Platte gebildet ist, absorbiert es nicht sehr viel Licht und erzeugt damit wenig Wärme. Folglich ist es möglich, die peripheren optischen Elemente vor einer Beeinflussung durch die Wärmeerzeugung des Abschattungsmittels zu bewahren. Dies ist insbesondere dann wirksam, wenn die selektive Phasenplatte aus einer organischen Substanz gefertigt ist, die eine geringe Wärmebeständigkeit aufweist. Wenn außerdem das Abschattungsmittel aus einer reflektierenden Platte gebildet ist, wird dem von der reflektierenden Platte reflektierten Licht ermöglicht, zur Lichtquelle zurückzukehren und erneut vom Reflektor an der Lichtquelle reflektiert zu werden und erneut in das Polarisationstrennungselement einzutreten. Somit ist es möglich, das Licht von der Lichtquelle ohne Verschwendung effektiv zu nutzen.
  • Wenn ferner das Abschattungsmittel in der Polarisationsumsetzungsvorrichtung und der Kondensorlinsenanordnung integriert ist, kann das Abschattungsmittel aus einem reflektierenden Film gebildet sein, der auf der Lichtoberfläche des Polarisationstrennungselements oder der Lichtaustrittsoberfläche der Kondensorlinsenanordnung ausgebildet ist. Eine solche Struktur bietet ebenfalls ähnliche Vorteile wie in der Situation, in der das Abschattungsmittel auf einer reflektierenden Platte ausgebildet ist. Der reflektierende Film kann aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm gebildet sein, oder aus einem Dünnfilm eines Metalls mit relativ hoher Reflektivität, wie z. B. Silber oder Aluminium.
  • In der obenerwähnten Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung kann das optische Dämpfungsmittel aus einer Lichtdiffusionsplatte gebildet sein. Wenn das optische Dämpfungsmittel aus einer Lichtdiffusionsplatte gebildet ist, ist es möglich, eine Kostenreduktion der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung zu erreichen.
  • Wenn das optische Dämpfungsmittel in der Polarisationsumsetzungsvorrichtung oder der Kondensorlinsenanordnung integriert ist, kann es aus einer Lichtdiffusionsoberfläche gebildet sein, die auf der Lichteintrittsoberfläche des Polarisationstrennungselements oder der Lichtaustrittsoberfläche der Kondensorlinsenanordnung ausgebildet ist. Eine solche Struktur bietet ebenfalls ähnliche Vorteile wie diejenigen, die in der Situation, in der das optische Dämpfungsmittel aus einer Lichtdiffusionsplatte gebildet ist, und in der Situation erreicht werden, in der die optische Diffusionsplatte in das Polarisationstrennungselement oder die Kondensorlinsenanordnung integriert ist. Die Lichtdiffusionsoberfläche kann ausgebildet werden durch Aufrauhen eines spezifischen Bereiches auf der Lichteintrittsoberfläche des Polarisationstrennungselements oder der Lichtaustrittsoberfläche der Kondensorlinsenanordnung.
  • Eine Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und eine Modulationsvorrichtung zum Modulieren eines von der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung austretenden Lichtstrahls.
  • Durch die Verwendung der obenbeschriebenen Struktur kann die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv eine Erscheinung verhindern, bei der andere polarisierte Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, sich in polarisierte Strahlen des nahezu gleichen Typs zu mischen, die in der gleichen Richtung polarisiert sind. Wenn daher eine Polarisationsplatte verwendet wird, um einen benötigten polarisierten Strahl zu erhalten, der mittels der Modulationsvorrichtung moduliert wird, ist es möglich, die Erhöhung der Temperatur der Polarisationsplatte aufgrund der Absorption eines unnötigen polarisierten Strahls zu verhindern, und somit eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Polarisationsplatte wesentlich zu vereinfachen und zu verkleinern. Als Modulationsvorrichtung kann eine Flüssigkristallvorrichtung verwendet werden.
  • Da gemäß der obigen Struktur ein einfallender Strahl anfangs in mehrere Zwischenstrahlen aufgeteilt wird und die Zwischenstrahlen schließlich auf der Modulationsvorrichtung überlagert werden, ist es selbst dann, wenn die Lichtintensitätsverteilung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts in seinem Querschnitt sehr unausgeglichen ist, möglich, als Beleuchtungslicht polarisierte Strahlen zu erhalten, die in Helligkeit und Farbe gleichmäßig sind. Folglich ist es möglich, eine kompakte Anzeigevorrichtung zu erhalten, die eine Anzeige erzeugen kann, die in Helligkeit und Farbe hell und gleichmäßig ist.
  • Eine Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Modulationsvorrichtung zum Modulieren eines von der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung ausgesendeten Lichtstrahls und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren des von der Modulationsvorrichtung modulierten Lichtstrahls auf eine Projektionsebene.
  • Durch die Verwendung der obigen Struktur kann die Projektionsanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung effektiv eine Erscheinung verhindern, bei der andere polarisierte Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, sich in polarisierte Strahlen nahezu des gleichen Typs mischen, die in der gleichen Richtung polarisiert sind. Wenn daher eine Polarisationsplatte verwendet wird, um einen benötigten polarisierten Strahl zu erhalten, der von der Modulationsvorrichtung moduliert wird, ist es möglich, die Erhöhung der Temperatur der Polarisationsplatte aufgrund der Absorption eines unnötigen polarisierten Strahls zu verhindern, und eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Polarisationsplatte wesentlich zu vereinfachen und zu verkleinern. Als Modulationsvorrichtung kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet werden.
  • Da gemäß der obigen Struktur ein einfallender Lichtstrahl anfangs in mehrere Zwischenstrahlen aufgeteilt wird und die Zwischenstrahlen schließlich auf der Modulationsvorrichtung überlagert werden, ist es selbst dann, wenn die Lichtintensitätsverteilung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts im Querschnitt sehr unausgeglichen ist, möglich, als Beleuchtungslicht polarisierte Strahlen zu erhalten, die in Helligkeit und Farbe gleichmäßig sind. Folglich ist es möglich, eine kompakte Anzeigevorrichtung zu erhalten, die eine Anzeige erzeugen kann, die in Helligkeit und Farbe hell und gleichmäßig ist.
  • Die Projektionsanzeigevorrichtung umfaßt ferner ein Farblichttrennungsmittel zum Trennen des vom zweiten optischen Element austretenden Lichtstrahls in mehrere farbige Lichtstrahlen, mehrere Modulationsvorrichtungen zum jeweiligen Modulieren der farbigen Lichtstrahlen, und ein Farblichtsynthetisierungsmittel zum Synthetisieren der von den Modulationsvorrichtungen modulierten farbigen Lichtstrahlen, wobei ein synthetisierter Strahl, der vom Farblichtsynthetisierungsmittel synthetisiert worden ist, durch das optische Projektionssystem auf die Projektionsebene projiziert wird. Da exklusive Modulationsvorrichtungen jeweils für mehr als zwei separate farbige Lichtstrahlen plaziert werden können, ist es möglich, eine kompakte Projektionsanzeigevorrichtung zu erhalten, die ein Farbbild projizieren und anzeigen kann, das hell ist und eine hohe Farbreproduzierbarkeit und eine hohe Auflösung aufweist.
  • In der obenerwähnten Projektionsanzeigevorrichtung kann die Modulationsvorrichtung aus einer Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtung gebildet sein. Im allgemeinen bietet die Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtung den Vorteil, daß leicht ein relativ hohes Apertur-Verhältnis erreicht wird, selbst wenn die Pixeldichte erhöht wird. Die Verwendung der obigen Struktur ermöglicht somit, eine kompakte Projektionsanzeigevorrichtung zu erreichen, die ein Farbbild projizieren und anzeigen kann, das hell ist und eine hohe Farbreproduzierbarkeit und eine hohe Auflösung aufweist.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine schematische Strukturansicht eines optischen Systems in einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten optischen Elements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Abschattungsplatte gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Polarisationstrennungseinheit- Anordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 5 ist eine Ansicht, die die Operation einer Polarisationstrennungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Abschattungsplatte gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Abschattungsplatte gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Polarisationstrennungseinheit- Anordnung gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht einer Kondensorlinsenanordnung gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Abschattungsplatte gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 11 ist eine schematische Strukturansicht, die den Hauptabschnitt eines optischen Systems in einer Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der die in Fig. 1 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung eingebaut ist.
  • Fig. 12 ist eine schematische Strukturansicht, die den Hauptabschnitt eines optischen Systems in einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der die in Fig. 1 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung eingebaut ist.
  • Fig. 13 ist eine schematische Strukturansicht, die den Hauptabschnitt eines optischen Systems in einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der die in Fig. 1 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung eingebaut ist.
  • Fig. 14 ist eine schematische Strukturansicht, die den Hauptabschnitt eines optischen Systems in einer Modifikation der Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der die in Fig. 1 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung eingebaut ist.
  • Fig. 15 ist eine schematische Strukturansicht eines optischen Polarisationssystems, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-294906 offenbart ist.
  • Beste Ausführungsformen der Erfindung
  • Im folgenden werden Möglichkeiten zur Ausführung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen werden drei zueinander orthogonale Richtungen der Bequemlichkeit halber als X-Richtung (Lateralrichtung), Y-Richtung (Longitudinalrichtung) und Z-Richtung angenommen, sofern nichts anderes angegeben ist. Obwohl S-polarisierte Strahlen als gleicher Typ von polarisierten Strahlen aus willkürlich polarisierten Strahlen in jeder der Ausführungsformen erhalten werden, können selbstverständlich P-polarisierte Strahlen erhalten werden. Außerdem sind in den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen Abschnitte, die im wesentlichen die gleichen Funktionen und die gleiche Struktur aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Beschreibung derselben weggelassen wird.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Fig. 1 ist eine schematische Strukturdraufsicht des Hauptabschnitts einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Fig. 1 ist eine Draufsicht in der XZ-Ebene, die durch die Mitte eines ersten optischen Elements 200 verläuft, das später beschrieben wird. Die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform umfaßt im wesentlichen einen Lichtquellenabschnitt 10 und eine Polarisationslicht-Erzeugungsvorrichtung 20, die längs einer optischen Systemachse L angeordnet sind. Die Lichtstrahlen, die aus dem Lichtquellenabschnitt 10 austreten und in willkürlichen Richtungen polarisiert sind (im folgenden als willkürlich polarisierte Strahlen bezeichnet), werden von der Polarisationslicht-Erzeugungsvorrichtung 20 in den gleichen Typ von polarisierten Strahlen umgewandelt, die in nahezu der gleichen Richtung polarisiert sind, und auf einen Beleuchtungsbereich 90 gerichtet.
  • Der Lichtquellenabschnitt 10 umfaßt im wesentlichen eine Lichtquellenlampe 101 und einen Parabolreflektor 102. Das von der Lichtquellenlampe abgestrahlte Licht wird vom Parabolreflektor 102 in eine Richtung reflektiert und fällt auf die Polarisationslicht-Erzeugungsvorrichtung 20 in Form von nahezu parallelen Lichtstrahlen. Der Lichtquellenabschnitt 10 ist so angeordnet, daß eine optische Lichtquellenachse R desselben parallel zur optischen Systemachse L um einen erforderlichen Abstand D in X-Richtung verschoben ist.
  • Die Polarisationslicht-Erzeugungsvorrichtung 20 umfaßt ein erstes optisches Element 200 und ein zweites optisches Element 300.
  • Das erste optische Element 200, wie in Fig. 2 außen gezeigt, enthält eine Matrix aus mehreren Strahlteilungslinsen 201, die jeweils einen rechtwinkligen Umriß in der XY-Ebene aufweisen. Die Positionsbeziehung zwischen dem Lichtquellenabschnitt 10 und dem ersten optischen Element 200 ist so eingestellt, daß die optische Lichtquellenachse R auf die Mitte des ersten optischen Elements 200 ausgerichtet ist. Das Licht, das auf das erste optische Element 200 fällt, wird mittels der jeweiligen Strahlteilungslinsen 201 in mehrere Zwischenstrahlen 202 aufgeteilt, wobei gleichzeitig eine Anzahl von kondensierten Bildern 203 entsprechend der Anzahl der Strahlteilungslinsen gebildet wird durch eine Sammelwirkung der Strahlteilungslinsen an den Positionen in einer Ebene (der XY-Ebene in Fig. 1) senkrecht zur optischen Systemachse L, wo die Zwischenstrahlen konvergieren. Der Umriß jeder Strahlteilungslinse 201 in der XY-Ebene ist so festgelegt, daß er denjenigen des Beleuchtungsbereiches 90 ähnlich ist. Da angenommen wird, daß der Beleuchtungsbereich in dieser Ausführungsform sich in X-Richtung in der XY-Ebene lateral erstreckt, erstreckt sich auch der Umriß der Strahlteilungslinse 201 in der XY-Ebene lateral.
  • Das zweite optische Element 300 ist ein Komplex, der im wesentlichen eine Kondensorlinsenanordnung 310, eine Abschattungsplatte 370, eine Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320, eine selektive Phasenplatte 380 und eine Überlagerungslinse 390 enthält, und ist in einer Ebene (der XY-Ebene in Fig. 1) senkrecht zur optischen Systemachse L nahe den Positionen plaziert, wo die kondensierten Bilder 203 vom ersten optischen Element 200 ausgebildet werden. In einem Beispiel, das nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt, muß die Kondensorlinsenanordnung 310 nicht im zweiten optischen Element enthalten sein, wenn die auf das erste optische Element 200 fallenden Lichtstrahlen außerordentlich parallel sind. Das zweite optische Element 300 funktioniert so, daß es jeden Zwischenstrahl 202 räumlich trennt in einem P-polarisierten Strahl und einen S-polarisierten Strahl, die Polarisationsrichtung des einen polarisierten Strahls und diejenige des anderen polarisierten Strahls aufeinander ausrichtet, und die Strahlen, die im wesentlichen in der gleichen Richtung polarisiert sind, auf einen Punkt im Beleuchtungsbereich 90 richtet.
  • Die Kondensorlinsenanordnung 310 weist nahezu die gleiche Struktur auf wie das erste optische Element 200, d. h. sie umfaßt eine Matrix aus einer Anzahl von Kondensorlinsen 311, die derjenigen der Strahlteilungslinsen 201 des ersten optischen Elements 200 entspricht. Die Kondensorlinsenanordnung 310 funktioniert so, daß sie jeden Zwischenstrahl auf eine spezifische Position in der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 kondensiert und richtet. Daher werden vorzugsweise die Linseneigenschaften der Kondensorlinsen gemäß den Eigenschaften der vom ersten optischen Element 200 gebildeten Zwischenstrahlen 202 optimiert, wobei berücksichtigt wird, daß die ideale Anordnung des Hauptstrahls des auf die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 fallenden Lichts parallel zur optischen Systemachse L ist. Im allgemeinen kann bei Berücksichtigung der Kostenreduktion und einer einfachen Konfiguration des optischen Systems eine Kondensorlinsenanordnung 310 verwendet werden, die vollkommen identisch zum ersten optischen Element 200 ist, oder eine Kondensorlinsenanordnung, die Kondensorlinsen enthält, die in der Form den Strahlteilungslinsen 201 in der XY-Ebene ähnlich sind. In dieser Ausführungsform wird daher das erste optische Element 200 als Kondensorlinsenanordnung 310 verwendet. Die Kondensorlinsenanordnung 310 kann beabstandet von der Abschattungsplatte 370 und der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 angeordnet sein (an einer Seite näher am ersten optischen Element 200).
  • Die Abschattungsplatte 370, wie in Fig. 3 außen gezeigt, enthält eine Anordnung von mehreren Abschattungsflächen 370 und mehreren offenen Flächen 372. Die Abschattungsflächen 371 und die offenen Flächen 372 sind in einer Weise angeordnet, die der Anordnung der Polarisationstrennungseinheiten 330 entspricht, die später beschrieben werden. In Fig. 3 sind vier gestrichelte Linien parallel zur X-Achse der Abschattungsplatte 370 gezeichnet, um die Entsprechung der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung zu erläutern, die später beschrieben wird. Dies trifft auch auf eine in Fig. 6 gezeigte Reflexionsplatte 373 und eine in Fig. 7 gezeigte Lichtdiffusionsplatte 376 zu. Die Lichtstrahlen, die auf die Abschattungsflächen 371 der Abschattungsplatte 370 fallen, werden abgeblockt, wobei die Lichtstrahlen, die auf die offenen Flächen 372 fallen, unverändert durch die Abschattungsplatte 370 laufen. Die Abschattungsplatte 370 funktioniert daher so, daß sie die Lichtstrahlen steuert entsprechend den darauf befindlichen Positionen, an denen die Lichtstrahlen durchgelassen werden, wobei die Abschattungsflächen 371 und die offenen Flächen 372 so angeordnet sind, daß die gesammelten Bilder 203 jeweils vom ersten optischen Element 200 nur auf den Polarisationstrennungsebenen 331 der Polarisationstrennungseinheiten 330 ausgebildet werden, die später beschrieben werden. Ein flaches transparentes Element, wie z. B. eine Glasplatte, die teilweise mit undurchlässigen Filmen, die in dieser Ausführungsform aus Chrom, Aluminium oder ähnlichen Materialien hergestellt sind, einer undurchlässigen flachen Platte, wie z. B. einer Aluminiumplatte, die mit offenen Abschnitten versehen ist, und ähnlichen Strukturen versehen ist, kann als Abschattungsplatte 370 verwendet werden. Genauer, wenn undurchlässige Filme verwendet werden, ist es selbst dann, wenn sie direkt auf der Kondensorlinsenanordnung 310 oder der später beschriebenen Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 ausgebildet sind, möglich, ähnliche Funktionen zu erreichen.
  • Die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 302, wie in Fig. 4 außen gezeigt, enthält eine Anordnung von mehreren Polarisationstrennungseinheiten 330. Die Polarisationstrennungseinheiten 330 sind entsprechend den Linseneigenschaften und der Anordnung der Strahlteilungslinsen 201 angeordnet, die das erste optische Element 200 bilden. Da das erste optische Element 200 die konzentrischen Strahlteilungslinsen 201 enthält, die alle die gleichen Linseneigenschaften aufweisen und in dieser Ausführungsform in einer rechtwinkligen Matrix angeordnet sind, enthält die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 ebenfalls lauter gleiche Polarisationstrennungseinheiten 320, die in der gleichen Richtung und in einer kreuzförmigen Matrix angeordnet sind. Wenn die Polarisationstrennungseinheiten, die in der Y-Richtung-Spalte ausgerichtet sind, alle den gleichen Typ aufweisen, enthält die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 vorzugsweise Polarisationstrennungseinheiten, die in Y-Richtung langgestreckt und in X- Richtung angeordnet sind, was vorteilhaft ist bei der Reduzierung der Lichtverluste an den Grenzflächen zwischen den Polarisationstrennungseinheiten und bei der Reduzierung der Herstellungskosten der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung.
  • Jede Polarisationstrennungseinheit 330 ist, wie in Fig. 5 außen gezeigt, ein Element, das ähnlich einem quadratischen Prisma geformt ist, und ist mit einer Polarisationstrennungsebene 330 und einer Reflexionsebene 332 versehen, und funktioniert so, daß es jeden Zwischenlichtstrahl, der in die Polarisationstrennungseinheit eintritt, in einen P-polarisierten Strahl und einem S-polarisierten Strahl räumlich trennt. Der Umriß der Polarisationstrennungseinheit 330 in XY-Ebene ist ähnlich demjenigen der Strahlteilungslinsen 201 in der XY-Ebene, d. h. er ist wie ein Rechteck geformt, das sich lateral erstreckt. Die Polarisationstrennungsebene 331 und die Reflexionsebene 332 sind daher so angeordnet, daß sie in Lateralrichtung (X-Richtung) angeordnet sind. Die Polarisationstrennungsebene 331 und die Reflexionsebene 332 sind so plaziert, daß die Polarisationstrennungsebene 331 mit etwa 45º bezüglich der optischen Systemachse L geneigt ist, wobei die Reflexionsebene 332 zur Polarisationstrennungsebene 331 parallel ist. Die Projektionsfläche der Polarisationstrennungsebene 331 in der XY-Ebene (die gleich der Fläche einer später beschriebenen P-Austrittsoberfläche 333 ist) und die projizierte Fläche der Reflexionsebene 332 in XY-Ebene (die gleich der Fläche einer später beschriebenen S-Austrittsoberfläche 334 ist) sind gleich. In dieser Ausführungsform sind daher eine breite Wp eines Bereiches in der XY-Ebene, wo die Polarisationstrennungsebene 331 vorhanden ist, und eine Breite Wm eines Bereiches in der XY-Ebene, wo die Reflexionsebene 332 vorhanden ist, gleichgesetzt, so daß sie jeweils die halbe Breite W der Polarisationstrennungseinheit in der XY-Ebene sind. Im allgemeinen kann die Polarisationstrennungsebene 331 aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm gefertigt sein, während die Reflexionsebene 332 aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm oder einem Aluminiumfilm gefertigt sein kann.
  • Das auf die Polarisationstrennungseinheit 330 fallende Licht wird von der Polarisationstrennungsebene 331 zerlegt in einen P-polarisierten Strahl 335, der durch die Polarisationstrennungsebene 331 durchgelassen wird, ohne seine Laufrichtung zu ändern, und einen S-polarisierten Strahl 336, der von der Polarisationstrennungsebene 331 reflektiert wird und seine Laufrichtung in Richtung zur benachbarten Reflexionsebene 332 ändert. Der P-polarisierte Strahl 335 tritt aus der Polarisationstrennungseinheit durch die P-Austrittsoberfläche 333 unverändert aus, während der S-polarisierte Strahl 336 seine Laufrichtung an der Reflexionsebene 332 erneut ändert und aus der Polarisationstrennungseinheit durch die S-Austrittsoberfläche 334 im wesentlichen parallel zum P-polarisierten Strahl 335 austritt. Somit werden willkürlich polarisierte Strahlen, die auf die Polarisationstrennungseinheit 330 fallen, in zwei Typen von polarisierten Strahlen aufgeteilt, die in unterschiedlichen Richtungen polarisiert sind, nämlich dem P-polarisierten Strahl 335 und den S-polarisierten Strahl 336, und im wesentlichen in der gleichen Richtung aus unterschiedlichen Abschnitten der Polarisationstrennungseinheit (der P- Austrittsoberfläche 333 und der S-Austrittsoberfläche 334) austreten. Da die Polarisationstrennungseinheit die obenerwähnten Funktionen aufweist, ist es notwendig, jeden Zwischenstrahl 202 zu dem Bereich der Polarisationstrennungseinheit 330 zu führen, wo die Polarisationstrennungsebene 331 vorhanden ist. Dementsprechend sind die Positionsbeziehung zwischen jeder Polarisationstrennungseinheit 330 und jeder Kondensorlinse 311 und die Linseneigenschaften der Kondensorlinse 311 so gesetzt, daß der Zwischenstrahl in die Mitte der Polarisationstrennungsebene in der Polarisationstrennungseinheit eintritt. Genauer ist in dieser Ausführungsform die Kondensorlinsenanordnung 310 um einen Abstand D von der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 abgesetzt plaziert, der 1/4 der Breite W der Polarisationstrennungseinheit in X-Richtung entspricht, so daß die Zentralachse jeder Kondensorlinse auf die Mitte der Polarisationstrennungsebene 331 in jeder Polarisationstrennungseinheit 330 ausgerichtet ist.
  • Es kann eine beliebige Polarisationstrennungseinheit-Anordnung verwendet werden, solange die obenerwähnten Polarisationstrennungsebenen und Reflexionsebenen darin regelmäßig ausgebildet sind, wobei es nicht immer notwendig ist, die obenerwähnten Polarisationstrennungseinheiten als Grundbestandteile zu verwenden. Hier werden die Polarisationstrennungseinheiten nur als Bestandteile beschrieben, um die Funktion der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung zu erläutern.
  • In der folgenden Beschreibung wird erneut auf Fig. 1 Bezug genommen.
  • Die Abschattungsplatte 370 ist zwischen die Polarisationstrennungseinheit- Anordnung 320 und die Kondensorlinsenanordnung 310 eingesetzt, so daß die Mitte jeder offenen Oberfläche 372 der Abschattungsplatte 370 im wesentlichen auf die Mitte der Polarisierungstrennungsebene 331 der jeweiligen Polarisierungstrennungseinheit 330 ausgerichtet ist. Die Öffnungsweite der offenen Oberfläche 372 (die Öffnungsweite in X-Richtung) ist etwa auf die halbe Breite W der Polarisationstrennungseinheit 330 gesetzt. Da die Zwischenstrahlen im voraus von der Abschattungsoberfläche 371 der Abschattungsplatte 370 blockiert werden, gibt es folglich wenige Strahlen, die direkt in die Reflexionsebene 332 eintreten, ohne durch die Polarisationstrennungsebene 331 zu laufen, wobei ein Großteil der durch die offene Oberfläche 372 der Abschattungsplatte 370 laufenden Lichtstrahlen nur in die Polarisationstrennungsebene 331 eintritt. Aufgrund einer solchen Plazierung der Abschattungsplatte 370 treten folglich wenige Lichtstrahlen direkt in die Reflexionsebenen 332 ein und treten in die benachbarten Polarisationstrennungsebenen 331 durch die Reflexionsebenen 332 in der Polarisationstrennungseinheit ein.
  • Die selektive Phasenplatte 380, in der die λ/2-Phasenplatten 381 regelmäßig angeordnet sind, ist auf der Austrittsseite der Polarisationstrennungseinheit- Anordnung 320 plaziert. Das heißt, die λ/2-Phasenplatten 381 sind jeweils nur an den P-Austrittsoberflächen 333 der Polarisationstrennungseinheiten 330 plaziert, die die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 bilden, wobei keine λ/2-Phasenplatten 381 an den S-Austrittsoberflächen 334 plaziert sind (siehe Fig. 5). Gemäß einer solchen Anordnung der λ/2-Phasenplatten 381 werden die von den Polarisationstrennungseinheiten 330 ausgesendeten P-polarisierten Strahlen, wenn sie jeweils durch die λ/2- Phasenplatten 381 laufen, durch eine Polarisationsrichtungs-Drehwirkung in S-polarisierte Strahlen umgewandelt. Da andererseits S-polarisierte Strahlen, die aus den S-Austrittsoberflächen 334 austreten, nicht durch die λ/2- Phasenplatten 381 laufen, ändern sie nicht ihre Polarisationsrichtung und laufen unverändert durch die selektive Phasenplatte 380. Zusammengefaßt, es werden die in beliebigen Richtungen polarisierten Zwischenstrahlen in polarisierte Strahlen des gleichen Typs (in diesem Fall S-polarisierte Strahlen) umgesetzt mittels der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 und der selektiven Phasenplatte 380.
  • Die Überlagerungslinse 390 ist an der Austrittsseite des selektiven Phasenplatte 380 plaziert. Die Lichtstrahlen, die mittels der selektiven Phasenplatte 380 in S-polarisierte Strahlen umgewandelt worden sind, werden auf den Beleuchtungsbereich 90 mittels der Überlagerungslinse 390 gerichtet und auf dem Beleuchtungsbereich überlagert. Die Überlagerungslinse 390 ist nicht auf ein einzelnes Linsenelement beschränkt und kann eine Anordnung mehrerer Linsen sein, ähnlich dem ersten optischen Element 200.
  • Um die Operation des zweiten optischen Elements 300 zusammenzufassen, werden die Zwischenstrahlen 202, die vom ersten optischen Element 200 getrennt worden sind (d. h. die Bildebenen, die von den Strahlteilungslinsen 201 ausgeschnitten worden sind) auf den Beleuchtungsbereich 90 mittels des zweiten optischen Elements 300 überlagert. Gleichzeitig werden die Zwischenstrahlen, die willkürlich polarisierte Strahlen sind, in zwei Typen von polarisierten Strahlen räumlich getrennt, die in unterschiedlichen Richtungen polarisiert sind, mittels der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320, die im Pfad plaziert ist, und in im wesentlichen einen Typ von polarisierten Strahlen umgesetzt, wenn sie durch die selektive Phasenplatte 380 laufen. Da die Abschattungsplatte 370 auf der Eintrittsseite der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 plaziert ist und die Zwischenstrahlen somit nur in die Polarisationstrennungsebenen 331 in den Polarisationstrennungseinheiten 330 eintreten können, treten wenige Zwischenstrahlen durch die Reflektionsebenen 332 in die Polarisationstrennungsebenen 331 ein, weshalb die von der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 austretenden polarisierten Strahlen auf im wesentlichen einen Typ beschränkt sind. Folglich wird der Beleuchtungsbereich 90 im wesentlichen gleichmäßig mit im wesentlichen einem Typ von polarisierten Strahlen beleuchtet.
  • Wie oben beschrieben worden ist, ist die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform insofern vorteilhaft, als willkürlich polarisierte Strahlen, die aus dem Lichtquellenabschnitt 10 austreten, in im wesentlichen einen Typ von polarisierten Strahlen umgewandelt werden mittels der Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 20, die das erste optische Element 200 und das zweite optische Element 300 enthält, wobei der Beleuchtungsbereich 90 gleichmäßig mit Lichtstrahlen beleuchtet werden kann, die in der gleichen Richtung polarisiert sind. Da außerdem der Vorgang der Erzeugung der polarisierten Strahlen von wenig Lichtverlust begleitet wird, kann nahezu das gesamte Licht, das aus dem Lichtquellenabschnitt austritt auf den Beleuchtungsbereich 90 gerichtet werden, was eine extrem hohe Lichtnutzungseffizienz ergibt. Da ferner die Abschattungsplatte 370 im zweiten optischen Element 300 plaziert ist, mischen sich andere Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, kaum in die polarisierten Strahlen des gleichen Typs für die Beleuchtung des Beleuchtungsbereiches 90. Wenn daher die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Vorrichtung zum Beleuchten einer Modulationsvorrichtung verwendet wird, die eine Anzeige unter Verwendung von polarisierten Strahlen erzeugt, wie z. B. eine Flüssigkristallvorrichtung, ist es möglich, eine Polarisationsplatte wegzulassen, die herkömmlicherweise an der Seite der Modulationsvorrichtung plaziert ist, wo das Beleuchtungslicht eintritt. Selbst wenn die Polarisationsplatte wie herkömmlich plaziert wird, ist es möglich, da die von der Polarisationsplatte absorbierte Lichtmenge sehr klein ist, die Größe einer Kühlvorrichtung wesentlich zu reduzieren, die erforderlich ist, um die Wärmeerzeugung der Polarisationsplatte und der Modulationsvorrichtung zu minimieren. Wie oben erwähnt worden ist, wird die Größe der gesammelten Bilder 203, die vom ersten optischen Element 200 gebildet werden, beeinflußt durch die Parallelität der Lichtstrahlen, die in das erste optische Element eintreten (die aus der Lichtquelle in der Beleuchtungsvorrichtung austretenden Lichtstrahlen). Wenn die Parallelität gering ist, tritt eine große Anzahl von Zwischenstrahlen, da nur ein großes gesammeltes Bild ausgebildet werden kann, direkt in die Reflexionsebenen ein, ohne durch die Polarisationstrennungsebenen in den Polarisationstrennungseinheiten zu laufen, weshalb eine Erscheinung, bei der andere Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, sich in die Beleuchtungsstrahlen mischen, unvermeidbar ist. Dementsprechend hat die Struktur der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine große Auswirkung insbesondere bei der Auswahl einer Lichtquelle in der Vorrichtung für die austretenden Lichtstrahlen, die eine geringe Parallelität aufweisen.
  • In dieser Ausführungsform sind die Kondensorlinsenanordnung 310, die Abschattungsplatte 370, die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320, die selektive Phasenplatte 380 und die austrittsseitige Linse 390, die das zweite optische Element 300 bildet, optisch integriert, so daß Lichtverluste, die an den Grenzflächen zwischen diesen erzeugt werden, reduziert sind und die Lichtnutzungseffizienz weiter verbessert ist. Obwohl es nicht immer notwendig ist, diese optischen Elemente optisch zu integrieren, wird vorgezogen, die Abschattungsplatte 370 auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 optisch zu integrieren oder zu fixieren, um andere Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, effektiv daran zu hindern, sich in das Beleuchtungslicht zu mischen. Als ein Verfahren der optischen Integration der Abschattungsplatte 370 mit der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 ist es möglich, die Abschattungsplatte 370 auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 mit einer Klebstoffschicht anzuheften, oder die Abschattungsoberflächen 371 direkt auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 auszubilden, wie später beschrieben wird. Andererseits ist es als ein Verfahren der Fixierung der Abschattungsplatte 370 auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 möglich, den Randabschnitt der Abschattungsplatte 370 auf dem Randabschnitt der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 anzuheften unter Verwendung eines doppelseitigen Klebebandes oder einer ähnlichen Vorrichtung. In diese Situation ist es unnötig, den gesamten Randabschnitt der Abschattungsplatte 370 anzuheften, wobei der Randabschnitt nur an wenigstens zwei Punkten angeheftet werden muß. Um die Abschattungsplatte 370 parallel zur Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 zu fixieren, werden die Anheftungspunkte vorzugsweise so gesetzt, daß sie nahezu symmetrisch bezüglich des Mittelpunkts der Abschattungsplatte 370 liegen.
  • Ferner sind die Strahlteilungslinsen 201, die das erste optische Element 200 bilden, jeweils lateral erweitert entsprechend der Form des Beleuchtungsbereichs 90, ähnlich einem lateral erweiterten Rechteck, wobei gleichzeitig zwei Typen von polarisierten Strahlen, die von der Polarisationstrennungseinheit- Anordnung 320 austreten, in Lateralrichtung (X-Richtung) getrennt werden. Dies ermöglicht, die Beleuchtungseffizienz (Lichtnutzungseffizienz) zu steigern ohne Verschwendung des Lichts, selbst bei Beleuchtung eines Beleuchtungsbereiches 90, der wie ein lateral erweitertes Rechteck geformt ist.
  • Wenn im allgemeinen Lichtstrahlen, die in willkürlichen Richtungen polarisiert sind, lediglich in P-polarisierte Strahlen und S-polarisierte Strahlen getrennt werden, verdoppelt sich die Gesamtbreite der getrennten Strahlen, was die Größe des optischen Systems erhöht. Die Polarisierungsbeleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet jedoch mehrere kleine kondensierte Bilder 203 durch das erste optische Element 200 aus, nutzt effektiv die im Ausbildungsprozeß erzeugten Räume, wo kein Licht existiert, und plaziert entsprechend die Reflexionsebenen 332 der Polarisationstrennungseinheiten 330 in diesen Räumen, wodurch die laterale Erweiterung der Strahlen, die durch die Trennung in zwei Typen von polarisierten Strahlen hervorgerufen wird, absorbiert wird. Als Ergebnis nimmt die Gesamtbreite der Strahlen nicht zu, wobei ein kompaktes optisches System erreicht werden kann.
  • [Erste Modifikation der ersten Ausführungsform]
  • In der ersten Ausführungsform können die Abschattungsflächen 371, die die Abschattungsplatte 370 bilden, Reflexionsebenen zum Reflektieren von Licht in nahezu die entgegengesetzte Richtung sein. Das heißt, eine Reflexionsplatte 73, die mehrere Reflexionsflächen 374 und mehrere offene Flächen 375 enthält, wie in Fig. 6 gezeigt, kann anstelle der Abschattungsplatte 370 in der ersten Ausführungsform verwendet werden. Die Reflexionsoberflächen 374 können jeweils leicht aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm, einem Dünnfilm, der aus Metall mit hoher Reflektivität gefertigt ist, wie z. B. Silber oder Aluminium, oder aus einer Kombination hieraus gebildet werden, wobei in Abhängigkeit vom Typ des Films eine extrem hohe Reflektivität von mehr als 90% erhalten werden kann. Selbst wenn die Reflexionsflächen 374 direkt auf der Kondensorlinsenanordnung 310 oder der in Fig. 1 gezeigten Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 ausgebildet sind, werden ähnliche Funktionen geschaffen.
  • Im Gegensatz zu den Abschattungsflächen 371 absorbieren die Reflexionsflächen 374 kaum Licht. Daher kann die Verwendung der Reflexionsplatte 373 verhindern, daß die peripheren optischen Elemente durch deren Wärmeerzeugung thermisch beeinflußt werden. Außerdem kann das Licht, das von den Reflexionsflächen 374 reflektiert wird und von dem im Lichtquellenabschnitt 10 angeordneten Parabolreflektor 102 reflektiert wird, erneut in die Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 20 eintreten und in die offenen Abschnitte 375 der Reflexionsplatte 373 gelangen. Somit ist es möglich, das Licht von der Lichtquelle ohne Verschwendung effizient zu nutzen.
  • [Zweite Modifikation der ersten Ausführungsform]
  • Selbst wenn in der ersten Ausführungsform die Abschattungsflächen zur Ausbildung der Abschattungsplatte durch Lichtdiffusionsflächen zum Diffundieren von Licht ersetzt werden, werden nahezu die gleichen Vorteile erreicht wie mit den Abschattungsflächen. Das heißt, in der ersten Ausführungsform kann eine Lichtdiffusionsplatte 376, die eine Anordnung von mehreren Lichtdiffusionsflächen 377 und mehreren offenen Flächen 378 enthält, wie in Fig. 7 gezeigt, anstelle der Abschattungsplatte 370 verwendet werden. Da das auf die Lichtdiffusionsfläche 377 fallende Licht diffundiert wird, ist es möglich, die Intensität des Lichts wesentlich zu reduzieren, das direkt in die Reflexionsebene eintritt, ohne durch die Polarisationstrennungsebene der Polarisationstrennungseinheit zu laufen, und eine Erscheinung effektiv zu verhindern, bei der andere Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind, sich in die Beleuchtungsstrahlen mischen, die im wesentlichen den gleichen Typ von polarisierten Strahlen enthalten, die in der gleichen Richtung polarisiert sind. Jede Lichtdiffusionsfläche 377 kann leicht verwirklicht werden durch Ausbilden eines Lichtdiffusionselements auf oder innerhalb eines flachen transparenten Substrats, Uneben-Machen der Oberfläche des transparenten Substrats oder lediglich Aufrauhen seiner Oberfläche. Selbst wenn die Lichtdiffusionsflächen 377 direkt auf der Kondensorlinsenanordnung 310 oder der Polarisationseinheitsanordnung 320, wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet werden, können ähnliche Funktionen geschaffen werden.
  • Das Verwenden der Lichtdiffusionsplatte 376 ermöglicht, im Vergleich zur Verwendung der Abschattungsplatte 370 und der Reflexionsplatte 373, die dielektrische Mehrschichtfilme, metallische Dünnschichtfilme oder ähnliche Materialien verwenden, die Kosten zu reduzieren.
  • [Dritte Modifikation der ersten Ausführungsform]
  • Obwohl die Abschattungsplatte 370, die Reflexionsplatte 373 und die Lichtdiffusionsplatte 376 in der ersten Ausführungsform und den obenerwähnten ersten und zweiten Modifikationen jeweils ein optisches Element sind, das physikalisch unabhängig ist von der Kondensorlinsenanordnung 310 und der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320, die vor und hinter denselben angeordnet sind, selbst wenn die Abschattungsflächen 371 für die Ausbildung der Abschattungsplatte 370, die Reflexionsflächen 374 zum Ausbilden der Reflexionsplatte 373 oder die Lichtdiffusionsflächen 377 zum Ausbilden der Lichtdiffusionsplatte 376 direkt auf den Lichteintrittsoberflächen der Polarisationstrennungseinheiten 330 ausgebildet werden, um die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 auszubilden, werden die gleichen Vorteile erhalten wie bei der Verwendung dieser optischen Element.
  • Diese Modifikation wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 8 genauer beschrieben. In einer Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320A, deren äußere Erscheinung in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Abschattungsflächen 321 direkt auf den Lichteintrittsoberflächen der Polarisationstrennungseinheiten 330A ausgebildet, die die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320A bilden, wobei Regionen 322, in denen keine Abschattungsflächen ausgebildet sind, den offenen Flächen 372 der obenerwähnten Abschattungsplatte 370 zum Hindurchlassen von Licht entsprechen. Wenn die Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320A mit dem direkt darauf ausgebildeten Abschattungsflächen 321 wie in dieser Modifikation verwendet wird, ist es möglich, die Größe und die Kosten des zweiten optischen Elements zu reduzieren, da keine Notwendigkeit besteht, die Abschattungsplatte 370 als ein physikalisch unabhängiges optisches Element zu verwenden. Selbstverständlich können die Reflexionsflächen oder die Lichtdiffusionsflächen direkt auf den Polarisationstrennungseinheiten 330A ausgebildet sein anstelle der Abschattungsflächen 321, wobei diese Situation die gleichen Vorteile bietet wie bei dieser Modifikation.
  • [Vierte Modifikation der ersten Ausführungsform]
  • Obwohl die Abschattungsplatte 370, die Reflexionsplatte 373 und die Lichtdiffusionsplatte 376 in der ersten Ausführungsform und den obenerwähnten ersten und zweiten Modifikationen jeweils ein optisches Element sind, das physikalisch unabhängig ist von der Kondensorlinsenanordnung 310 und der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320, die vor und hinter denselben angeordnet sind, selbst wenn die Abschattungsflächen 371 zum Ausbilden der Abschattungsplatte 370, die Reflexionsflächen 373 zum Ausbilden der Reflexionsplatte 373 oder die Lichtdiffusionsflächen 374 zum Ausbilden der Lichtdiffusionsplatte 376 direkt auf den Kondensorlinsen 311 zum Ausbilden der Kondensorlinsenanordnung 310 ausgebildet sind, können die gleichen Vorteile erreicht werden wie bei Verwendung dieser optischen Elemente.
  • Diese Modifikation wird mit Bezug auf Fig. 9 genauer beschrieben. In einer Kondensorlinsenanordnung 310A, deren äußere Erscheinung in Fig. 9 gezeigt ist, sind die Abschattungsflächen 312 direkt auf den Oberflächen der Kondensorlinsen 311A zur Ausbildung der Kondensorlinsenanordnung 310 ausgebildet, aus der Licht austritt, wobei die Bereiche 313, wo keine Abschattungsflächen ausgebildet sind, den offenen Flächen 372 der obenerwähnten Abschattungsplatte 370 zum Hindurchlassen von Licht entsprechen. Wenn die Kondensorlinsenanordnung 310A mit den direkt darauf ausgebildeten Abschattungsflächen 312 verwendet wird, wie in dieser Modifikation, ist es möglich, die Größe und die Kosten des zweiten optischen Elements zu reduzieren, da keine Notwendigkeit besteht, die Abschattungsplatte 370 als physikalisch unabhängiges optisches Element zu verwenden. Selbstverständlich können die Reflexionsflächen oder Lichtdiffusionsflächen direkt auf den Kondensorlinsen 311A ausgebildet sein anstelle der Abschattungsflächen 312 dieser Modifikation, wobei dieser Fall die gleichen Vorteile bietet wie diese Modifikation. Wenn in dieser Modifikation die Kondensorlinsenanordnung 310A räumlich beabstandet von der Polarisationstrennungseinheit- Anordnung und der selektiven Phasenplatte, die andere optische Elemente zur Ausbildung des zweiten optischen Elements sind, plaziert ist, ist es möglich, zu verhindern, daß die optischen Elemente durch die Wärmeerzeugung beeinflußt werden, die aus der Lichtabsorption durch die Abschattungsflächen, die Reflexionsflächen und die Lichtdiffusionsflächen resultiert.
  • [Fünfte Modifikation der ersten Ausführungsform]
  • Obwohl in der Abschattungsplatte 370 der ersten Ausführungsform ein flaches transparentes Element ähnlich einer Glasplatte teilweise mit undurchsichtigen Filmen versehen ist, die aus Chrom, Aluminium oder ähnlichen Materialien gefertigt sind, kann eine undurchsichtige flache Platte, wie z. B. eine Aluminiumplatte, mit offenen Abschnitten vorgesehen sein.
  • Diese Modifikation wird mit Bezug auf Fig. 10 genauer beschrieben. In einer Abschattungsplatte 370A, deren äußere Erscheinung in Fig. 10 gezeigt ist, ist eine undurchlässige flache Platte 371A mit offenen Abschnitten 372A vorgesehen. Wenn die Abschattungsplatte 370A auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 fixiert ist, um andere Strahlen, die in anderen Richtungen polarisiert sind, effektiv an einem Mischen in das Beleuchtungslicht zu hindern, sind zwei Anheftungspunkte 379a und 379b am Umfangsabschnitt der Abschattungsplatte 371A auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 mit doppelseitigen Klebebändern fixiert. Da die Anheftungspunkte 379a und 379b so positioniert sind, daß sie nahezu symmetrisch bezüglich des Schwerpunkts der Abschattungsplatte 370A sind, kann die Abschattungsplatte 370A parallel zur Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 fixiert werden.
  • Wenn die Abschattungsplatte 370A mit der undurchlässigen flachen Platte 371A, wie z. B. einer Aluminiumplatte, die mit den offenen Abschnitten 372A versehen ist, wie in dieser Modifikation verwendet wird, ist es möglich, im Vergleich zu der Abschattungsplatte 370, in der ein flaches transparentes Element, wie z. B. eine Glasplatte, teilweise mit undurchlässigen Filmen versehen ist, die aus Chrom, Aluminium oder einem ähnlichen Material gefertigt sind, die Kosten zu reduzieren.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Es folgt eine Beschreibung einer Direktsicht-Anzeigevorrichtung, in der die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform eingebaut ist. In dieser Ausführungsform wird eine Transmissionstyp-Flüssigkristallvorrichtung als eine Modulationsvorrichtung zum Modulieren der aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung austretenden Lichtstrahlen gemäß den Anzeigeinformationen verwendet.
  • Fig. 11 ist eine schematische Strukturansicht, die den Hauptteil eines optischen Systems einer Anzeigevorrichtung 2 gemäß dieser Ausführungsform zeigt, und zeigt die Schnittstruktur in der XZ-Ebene. Die Anzeigevorrichtung 2 dieser Ausführungsform umfaßt grob die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1, die in der ersten Ausführungsform gezeigt und beschrieben ist, einen Reflexionsspiegel 510 und eine Flüssigkristallvorrichtung 520.
  • Die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 besitzt einen Lichtquellenabschnitt 10 zum Aussenden von willkürlich polarisierten Strahlen in einer Richtung, wobei die willkürlich polarisierten Strahlen, die aus dem Lichtquellenabschnitt 10 austreten, in im wesentlichen den gleichen Typ von polarisierten Strahlen umgesetzt werden mittels einer Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 20. Der Reflexionsspiegel 510 ändert die Lichtausbreitungsrichtung der polarisierten Strahlen, die aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austreten, um etwa 90º. Die Flüssigkristallvorrichtung 520 wird mit im wesentlichen dem gleichen Typ von polarisierten Strahlen beleuchtet. Vor und hinter der Flüssigkristallvorrichtung 520 sind Polarisationsplatten 521 plaziert. Eine (nicht gezeigte) Lichtdiffusionsplatte kann vor der Flüssigkristallvorrichtung 520 (auf der Seite des Reflexionsspiegels 510) plaziert sein, um den Betrachtungswinkel zu verbessern.
  • Die Anzeigevorrichtung 2 mit einer solchen Struktur verwendet eine Flüssigkristallvorrichtung zum Modellieren des gleichen Typs von polarisierten Strahlen. Wenn daher willkürlich polarisierte Strahlen auf die Flüssigkristallvorrichtung gerichtet werden unter Verwendung einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, wird etwa die Hälfte der willkürlich polarisierten Strahlen von den Polarisationsplatten 521 absorbiert und in Wärme umgesetzt, wodurch die Lichtnutzungseffizienz gering ist. Die Anzeigevorrichtung 2 dieser Ausführungsform verbessert dieses Problem jedoch wesentlich.
  • In der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 der Anzeigevorrichtung 2 gemäß dieser Ausführungsform wird nur ein Typ von polarisierten Strahlen, z. B. P-polarisierte Strahlen, einer Polarisationsdrehwirkung der λ/2-Phasenplatte unterworfen, wobei deren Polarisationsrichtung mit derjenigen des anderen Typs von polarisierten Strahlen, z. B. S-polarisierten Strahlen, identisch gemacht wird. Da im wesentlichen der gleiche Typ von polarisierten Strahlen, die in der gleichen Richtung polarisiert sind, auf die Flüssigkristallvorrichtung 520 gerichtet wird, ist die Lichtmenge, die von den Polarisationsplatten 521 absorbiert wird, extrem klein, wodurch ermöglicht wird, die Nutzungseffizienz der Lichtquelle zu verbessern und einen hellen Anzeigezustand zu erhalten.
  • Genauer, da in der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1, die als eine Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, die Abschattungsplatte 370 innerhalb des zweiten optischen Elements 300 plaziert ist, mischen sich andere polarisierte Strahlen, die für die Anzeige auf der Flüssigkristallvorrichtung unnötig sind, kaum in das Beleuchtungslicht, das aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austritt. Als Ergebnis ist eine Lichtmenge, die von der auf der Lichteintrittseite der Flüssigkristallvorrichtung 520 angeordneten Polarisationsplatte 521 absorbiert wird, extrem klein, weshalb die bei der Lichtabsorption erzeugte Wärmemenge sehr klein ist. Folglich ist es möglich, eine Kühlvorrichtung zum Minimieren des Temperaturanstiegs der Polarisationsplatte 521 und der Flüssigkristallvorrichtung 520 wegzulassen, oder die Größe der Kühlvorrichtung wesentlich zu reduzieren, selbst wenn ein solches Weglassen unmöglich ist.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Es folgt eine Beschreibung eines ersten Beispiels einer Projektionsanzeigevorrichtung, in der die in der ersten Ausführungsform beschriebene Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 eingebaut ist. In dieser Ausführungsform wird die Transmissionstyp-Flüssigkristallvorrichtung als eine Modulationsvorrichtung verwendet, um Lichtstrahlen, die aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung austreten, gemäß den Anzeigeinformationen zu modulieren.
  • Fig. 12 ist eine schematische Strukturansicht, die den Hauptteil eines optischen Systems einer Projektionsanzeigevorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform zeigt, und zeigt die Schnittstruktur in der XZ-Ebene. Die Projektionsanzeigevorrichtung 3 dieser Ausführungsform umfaßt im allgemeinen die in der ersten Ausführungsform beschriebene Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1, ein Farblichttrennungsmittel zum Trennen eines weißen Lichtstrahls in drei farbige Lichtstrahlen, drei Transmissionstyp- Flüssigkristallvorrichtungen zum Modulieren der farbigen Lichtstrahlen entsprechend den Anzeigeinformationen und somit zum Ausbilden von Anzeigebildern, ein Farblichtsynthetisierungsmittel zum Ausbilden eines Farbbildes durch Synthetisieren der drei farbigen Lichtstrahlen, und ein optisches Projektionssystem zum Projizieren und Anzeigen des Farbbildes.
  • Die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform besitzt einen Lichtquellenabschnitt 10 zum Aussenden von willkürlich polarisierten Strahlen in einer Richtung, wobei die willkürlich polarisierten Strahlen, die aus dem Lichtquellenabschnitt 10 austreten, im wesentlichen in den gleichen Typ von polarisierten Strahlen umgesetzt werden mittels einer Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 20.
  • Zuerst läuft das rote Licht des von der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austretenden Lichts durch den blaugrünen reflektierenden dichroitischen Spiegel 401, der als Farblichttrennungsmittel dient, wobei das blaue Licht und das grüne Licht reflektiert werden. Das rote Licht wird von einem Reflexionsspiegel 403 reflektiert und erreicht eine Flüssigkristallvorrichtung 411 für rotes Licht. Andererseits wird das grüne Licht des blaugrünen Lichts mittels eines grünen reflektierenden dichroitischen Spiegels 402, der auch als Farblichttrennungsmittel dient, reflektiert und erreicht eine Flüssigkristallvorrichtung 412 für grünes Licht.
  • Da das blaue Licht den längsten optischen Pfad der Farblichtstrahlen aufweist, ist für das blaue Licht ein Lichtführungsmittel 430 vorgesehen, das aus einen Relais-Linsensystem gebildet ist, das eine Eintrittslinse 431, eine Relaislinse 432 und eine Austrittslinse 433 umfaßt. Das heißt, nach Durchlaufen des grünen reflektierenden dichroitischen Spiegels 402 und der Eintrittslinse 431 wird das blaue Licht zuerst von einem Reflexionsspiegel 435 reflektiert und auf die Relaislinse 432 gerichtet und fokussiert. Nach dem Fokussieren auf die Relaislinse wird das blaue Licht auf die Austrittslinse 433 mittels eines Reflexionsspiegels 436 gerichtet und erreicht anschließend eine Flüssigkristallvorrichtung 413 für blaues Licht. Die Flüssigkristallvorrichtungen 411, 412 und 413, die an drei Positionen angeordnet sind, modulieren jeweils die farbigen Lichtstrahlen, so daß die farbigen Lichtstrahlen entsprechende Bildinformationen enthalten, und lassen die modulierten farbigen Lichtstrahlen in ein gekreuztes dichroitisches Prisma 450 eintreten, das als Farblichtsynthetisierungsmittel dient. Das gekreuzte dichroitische Prisma 450 enthält einen dielektrischen Mehrschichtfilm zum Reflektieren des roten Lichts und einen dielektrischen Mehrschichtfilm zum Reflektieren des blauen Lichts, die in Form eines X gekreuzt sind, und synthetisiert die modulierten Lichtstrahlen, um somit ein Farbbild auszubilden. Das darin ausgebildete Farbbild wird vergrößert und auf einen Bildschirm 470 projiziert mittels einer Projektionslinse 460, die als optisches Projektionssystem dient, so daß ein Projektionsbild ausgebildet wird.
  • Die Projektionsanzeigevorrichtung 3 mit einer solchen Struktur verwendet die Flüssigkristallvorrichtungen jeweils für die Modulation eines Typs von polarisiertem Strahl. Wenn daher willkürlich polarisierte Strahlen auf die Flüssigkristallvorrichtung gerichtet werden unter Verwendung einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, wird etwa die Hälfte von diesen von einer (nicht gezeigten) Polarisationsplatte absorbiert und in Wärme umgesetzt. Die Lichtnutzungseffizienz ist somit gering, wobei eine Notwendigkeit für eine große und geräuschvolle Kühlvorrichtung zum Minimieren der Wärmeerzeugung der Polarisationsplatte besteht. Die Projektionsanzeigevorrichtung 3 dieser Ausführungsform verbessert jedoch diese Probleme wesentlich.
  • In der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 der Projektionsanzeigevorrichtung 3 gemäß dieser Ausführungsform wird nur ein Typ von polarisiertem Strahl, z. B. ein P-polarisierter Strahl, der Polarisationsdrehwirkung einer λ/2- Phasenplatte unterworfen, wobei seine Polarisationsrichtung mit derjenigen eines anderen Typs von polarisiertem Strahl, z. B. eines S-polarisierten Strahls, identisch gemacht wird. Da im wesentlichen der gleiche Typ von polarisierten Strahlen, die in der gleichen Richtung polarisiert sind, auf die Flüssigkristallvorrichtungen 411, 412 und 413 gerichtet werden, die an drei Positionen angeordnet sind, ist die Lichtmenge, die von der Polarisationsplatte zu absorbieren ist, sehr klein, wodurch ermöglicht wird, die Lichtnutzungseffizienz zu verbessern und somit ein helles Projektionsbild zu erhalten.
  • Da genauer in der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1, die als Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, die Abschattungsplatte 370 innerhalb des zweiten optischen Elements 300 plaziert ist, mischen sich andere polarisierte Strahlen, die für die Anzeige auf der Flüssigkristallvorrichtung unnötig sind, kaum in das Beleuchtungslicht, das aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austritt. Als Ergebnis ist die Lichtmenge, die von (nicht gezeigten) Polarisationsplatten absorbiert wird, die jeweils auf den Lichteintrittsseiten der Flüssigkristallvorrichtungen 411, 412 und 413 an drei Positionen angeordnet sind, sehr klein, weshalb die bei der Lichtabsorption erzeugte Wärmemenge sehr klein ist. Folglich ist es möglich, die Größe einer Kühlvorrichtung zum Minimieren des Temperaturanstiegs der Polarisationsplatten und der Flüssigkristallvorrichtungen wesentlich zu reduzieren. Wie oben erwähnt worden ist, ist eine kleine Kühlvorrichtung ausreichend für eine Projektionsanzeigevorrichtung, die mit einer Lichtquellenlampe mit beträchtlicher Leistung ein beachtlich helles Projektionsbild anzeigen kann, wodurch es möglich wird, das Geräusch der Kühlvorrichtung zu reduzieren und somit eine leise Hochleistungs-Projektionsanzeigevorrichtung zu erhalten.
  • Ferner trennt die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 zwei Typen von polarisierten Strahlen räumlich in Lateralrichtung (X-Richtung) mittels des zweiten optischen Elements 300. Daher verschwendet die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 kein Licht und ist bequem für die Beleuchtung einer Flüssigkristallvorrichtung, die ähnlich einem lateral erweiterten Rechteck geformt ist.
  • Wie in Verbindung mit der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die Erweiterung der Lichtstrahlen, die aus der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 austreten, beschränkt, obwohl die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform die optischen Polarisationsumsetzungselemente enthält. Dies bedeutet, daß bei der Beleuchtung der Flüssigkristallvorrichtung ein minimales Licht in einem großen Winkel in die Flüssigkristallvorrichtung eintritt. Dementsprechend ist es möglich, ein helles Projektionsbild zu erreichen ohne Verwendung eines Projektionslinsensystems mit einer kleinen F-Zahl und einer extrem großen Apertur, und somit eine kompakte Projektionsanzeigevorrichtung zu erreichen.
  • Da in dieser Ausführungsform das gekreuzte dichroitische Prisma 450 als Farblichtsynthetisierungsmittel verwendet wird, ist es möglich, die Größe der Vorrichtung zu reduzieren. Da ferner die optischen Pfade zwischen dem Flüssigkristallvorrichtungen 411, 412 und 413 und dem Projektionslinsensystem kurz sind, selbst wenn das Projektionslinsensystem eine relativ kleine Apertur aufweist, ist es möglich, ein helles Projektionsbild zu erreichen. Obwohl ferner nur einer der drei optischen Pfade der Farblichtstrahlen sich in der Länge von den anderen unterscheidet, da das Lichtführungsmittel 430, das aus einem Relaislinsensystem mit der Eintrittslinse 431, der Relaislinse 432 und der Austrittslinse 433 gebildet ist, für das blaue Licht mit dem längsten optischen Pfad vorgesehen ist, entsteht keine Farbinkonsistenz.
  • Die Projektionsanzeigevorrichtung kann ein optisches Spiegelsystem umfassen, das zwei dichroitische Spiegel als Farblichtsynthetisierungsmittel verwendet. Selbstverständlich ist es in diesem Fall auch möglich, die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform einzubauen und ein hochqualitatives helles Projektionsbild mit einer hohen Lichtnutzungseffizienz zu bilden, ähnlich dieser Ausführungsform.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Eine weitere Ausführungsform einer Projektionsanzeigevorrichtung, in der die in der ersten Ausführungsform beschriebene Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 eingebaut ist, wird im folgenden beschrieben. In dieser Ausführungsform werden Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtungen als Modulationsvorrichtungen verwende, um die Lichtstrahlen, die aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung austreten, entsprechend den Anzeigeinformationen zu modulieren.
  • Fig. 13 ist eine schematische Strukturdraufsicht des Hauptteils eines optischen Systems in einer Projektionsanzeigevorrichtung 4 dieser Ausführungsform. Die Projektionsanzeigevorrichtung 4 dieser Ausführungsform umfaßt im allgemeinen eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, einen Polarisationsstrahlteiler 480, ein gekreuztes dichroitisches Prisma 450, das als Farblichttrennungsmittel und auch als Farblichtsynthetisierungsmittel dient, drei Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtungen 414, 415 und 416, die als Modulationsvorrichtungen dienen, und eine Projektionslinse 460, die als optisches Projektionssystem dient.
  • Die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 besitzt einen Lichtquellenabschnitt 10 zum Aussenden von willkürlich polarisierten Strahlen in einer Richtung, wobei die vom Lichtquellenabschnitt 10 austretenden willkürlich polarisierten Strahlen in im wesentlichen den gleichen Typ von polarisierten Strahlen (in dieser Ausführungsform S-polarisierte Strahlen) umgesetzt werden mittels einer Polarisationslichterzeugungsvorrichtung 20.
  • Die aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austretenden Lichtstrahlen treten in den Polarisationsstrahlteiler 480 ein und werden von einer Polarisationstrennungsplatte 481 reflektiert. Anschließend wird die Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen etwa um 90º geändert. Anschließend treten die Lichtstrahlen in das benachbarte gekreuzte dichroitische Prisma 450 ein. Obwohl ein Großteil der aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austretenden Lichtstrahlen S-polarisierte Strahlen sind, mischen sich manchmal einige polarisierte Strahlen, die in einer anderen Richtung polarisiert sind als die S-polarisierten Strahlen (in dieser Ausführungsform P- polarisierte Strahlen), wobei die in der anderen Richtung polarisierten Lichtstrahlen (die P-polarisierten Strahlen) unverändert durch die Polarisationstrennungsebene 481 laufen und aus dem Polarisationsstrahlteiler 480 austreten (diese P-polarisierten Strahlen dienen nicht als Beleuchtungslicht für die Beleuchtung der Flüssigkristallvorrichtungen).
  • Die S-polarisierten Strahlen, die auf das gekreuzte dichroitische Prisma 450 treffen, werden entsprechend der Wellenlänge in drei Lichtstrahlen der Farben Rot, Grün und Blau zerlegt mittels des gekreuzten dichroitischen Prismas 450, wobei die Lichtstrahlen jeweils die Reflexions-Flüssigkristallvorrichtung 414 für rotes Licht, die Reflexions-Flüssigkristallvorrichtung 415 für grünes Licht und die Reflexions-Flüssigkristallvorrichtung 416 für blaues Licht erreichen, um somit die Flüssigkristallvorrichtungen zu beleuchten. Das heißt, das gekreuzte dichroitische Prisma 450 wirkt als Farblichttrennungsmittel für das Beleuchtungslicht zum Beleuchten der Flüssigkristallvorrichtungen.
  • Die Flüssigkristallvorrichtungen 414, 415 und 416, die in dieser Ausführungsform verwendet werden, entsprechen dem Reflexionstyp. Sie modulieren die jeweiligen farbigen Lichtstrahlen und versehen die farbigen Lichtstrahlen mit entsprechenden externen Anzeigeinformationen. Gleichzeitig ändern sie entsprechend die Polarisationsrichtungen der Lichtstrahlen, die aus den Flüssigkristallvorrichtungen austreten, und kehren die Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen nahezu um. Somit werden die Lichtstrahlen, die jeweils von den Flüssigkristallvorrichtungen reflektiert werden, entsprechend der Anzeigeinformation teilweise in einen P-polarisierten Zustand versetzt und treten anschließend aus. Die modulierten Lichtstrahlen, die aus den Flüssigkristallvorrichtungen 414, 415 und 416 austreten (hauptsächlich P- polarisierte Strahlen), treten erneut in das gekreuzte dichroitische Prisma 450 ein, werden zu einem optischen Bild synthetisiert und treten erneut in den benachbarten Polarisationsstrahlteiler 480 ein. Das heißt, das gekreuzte dichroitische Prisma 450 wirkt als Farblichtsynthetisierungsmittel für die modulierten Lichtstrahlen, die aus den Flüssigkristallvorrichtungen austreten.
  • Da die Lichtstrahlen, die durch die Flüssigkristallvorrichtungen 414, 415 und 416 der Lichtstrahlen, die auf den Polarisationsstrahlteiler 480 auftreffen, moduliert worden sind, P-polarisierte Strahlen sind, werden sie durch die Polarisationstrennungsebene 481 des Polarisationsstrahlteilers 480 unverändert durchgelassen und bilden auf dem Bildschirm 470 durch die Projektionslinse 460 ein Bild aus.
  • Die Projektionsanzeigevorrichtung 4 mit einer solchen Struktur verwendet ferner Flüssigkristallvorrichtungen, die jeweils einen Typ von polarisiertem Strahl modulieren, ähnlich der obenbeschriebenen Projektionsanzeigevorrichtung 3. Wenn daher eine herkömmliche Beleuchtungsvorrichtung, die willkürlich polarisierte Strahlen verwendet, als Beleuchtungslicht verwendet wird, werden die Lichtstrahlen, die vom Polarisationsstrahlteiler 480 getrennt und auf die Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtungen gerichtet werden, auf etwa die Hälfte der Anzahl der willkürlich polarisierten Strahlen reduziert, wobei die Lichtnutzungseffizienz gering ist und kaum ein helles Projektionsbild zu erhalten ist. In der Projektionsanzeigevorrichtung 4 dieser Ausführungsform wird jedoch ein solches Problem wesentlich verbessert.
  • Das heißt, die Projektionsanzeigevorrichtung 4 dieser Ausführungsform kann effizient im wesentlichen den gleichen Typ von polarisierten Strahlen erzeugen, die in der gleichen Richtung polarisiert sind, unter Verwendung der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung anstelle der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung, weshalb nahezu alle Lichtstrahlen, die auf dem Polarisationsstrahlteiler 480 treffen, als Beleuchtungslichtstrahlen auf die Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtungen 414, 415 und 416 gerichtet werden, die an drei Positionen angeordnet sind. Folglich ist es möglich, ein helles Projektionsbild zu erhalten, das in Helligkeit und Farbe gleichmäßig ist.
  • Genauer, da in der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1, die als Beleuchtungsvorrichtung verwendet wird, die Abschattungsplatte 370 innerhalb des zweiten optischen Elements 300 plaziert ist, mischen sich anders polarisierte Strahlen, die für die Anzeige auf den Flüssigkristallvorrichtungen unnötig sind, kaum in das Beleuchtungslicht, das aus der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 austritt. Somit ist es möglich, hochqualitative Beleuchtungslichtstrahlen zu erhalten, die in der gleichen Richtung polarisiert sind, wodurch ein hochqualitatives helles Projektionsbild erhalten werden kann.
  • Außerdem trennt das zweite optische Element 300 in der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 zwei Typen von polarisierten Strahlen räumlich in Lateralrichtung (X-Richtung). Daher verschwendet die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 kein Licht und ist bequem für die Beleuchtung einer Flüssigkristallvorrichtung, die ähnlich einem lateral erweiterten Rechteck geformt ist.
  • Wie in Verbindung mit der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die Erweiterung der Lichtstrahlen, die aus der Polarisationstrennungseinheit-Anordnung 320 austreten, beschränkt, obwohl die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform die optische Polarisationsumsetzungselemente enthält. Dies bedeutet, daß bei der Beleuchtung der Flüssigkristallvorrichtung minimales Licht mit einem großen Winkel in die Flüssigkristallvorrichtung eintritt. Dementsprechend ist es möglich, ein helles Projektionsbild zu erreichen ohne Verwendung eines Projektionslinsensystems mit einer kleinen F-Zahl und einer extrem großen Apertur, und somit eine kompakte Projektionsanzeigevorrichtung zu erreichen.
  • Die Kondensorlinsen 417 können jeweils zwischen das gekreuzte dichroitische Prisma 450 und die Flüssigkristallvorrichtungen 414, 415 und 416 eingesetzt sein, die an drei Positionen in der Projektionsanzeigevorrichtung 4 dieser Ausführungsform angeordnet sind. Fig. 14 zeigt eine schematische Struktur eines optischen Systems in dieser Situation. Da eine solche Plazierung dieser Kondensorlinsen erlaubt, daß die Beleuchtungslichtstrahlen von der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 auf die Flüssigkristallvorrichtungen gerichtet werden, während die Erweiterung der Lichtstrahlen beschränkt ist, ist es möglich, die Effizienz bei der Beleuchtung der Flüssigkristallvorrichtungen weiter zu verbessern, wobei die Eintrittseffizienz bewirkt, daß die von den Flüssigkristallvorrichtungen reflektierten Lichtstrahlen in die Projektionslinse 460 eintreten. Hinsichtlich der Reduktion des Lichtverlustes an den Linsengrenzflächen ist vorzugsweise jede Kondensorlinse integriert in der Flüssigkristallvorrichtung, wie in Fig. 14 gezeigt ist, oder im gekreuzten dichroitischen Prisma angeordnet.
  • Obwohl in der Projektionsanzeigevorrichtung 4 dieser Ausführungsform S- polarisierte Strahlen als Beleuchtungslicht verwendet werden, können auch P-polarisierte Strahlen als Beleuchtungslicht verwendet werden. In diesem Fall sind die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung 1 und das gekreuzte dichroitische Prisma 450 bezüglich des Polarisationsstrahlteilers 480 einander gegenüberliegend plaziert.
  • Obwohl ferner in dieser Ausführungsform das gekreuzte dichroitische Prisma als Farblichttrennungsmittel und Farblichtsynthetisierungsmittel verwendet wird, kann die Projektionsanzeigevorrichtung statt dessen zwei dichroitische Spiegel umfassen. Selbstverständlich ist es in diesem Fall auch möglich, die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung dieser Ausführungsform einzubauen und ein hochqualitatives helles Projektionsbild mit einer hohen Lichtnutzungseffizienz auszubilden, ähnlich dieser Ausführungsform.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung und eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung zu erhalten, die fähig sind, mit hoher Effizienz nur den gleichen Typ von polarisierten Strahlen zu erzeugen, die eine gleichmäßigere Lichtintensitätsverteilung in einem Beleuchtungsbereich aufweisen als die einfallenden Lichtstrahlen, und die gleichzeitig in der gleichen Richtung polarisiert sind. Ferner ist es möglich, leicht eine Anzeigevorrichtung und eine Projektionsanzeigevorrichtung zu erhalten, die ein qualitativ hochwertiges helles Bild anzeigen können durch Verwendung der Polarisationsumsetzungsvorrichtung und der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Claims (13)

1. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, die umfaßt:
eine Lichtquelle (101);
ein erstes optisches Element (200) zum Trennen eines von der Lichtquelle (10) ausgesendeten Lichtstrahls in mehrere Zwischenstrahlen (202) und zum Konvergieren jedes der mehreren Zwischenstrahlen in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse (L) des Systems; und
ein zweites optisches Element (300), das nahe der Position angeordnet ist, an der die Zwischenstrahlen (202) konvergieren,
wobei das zweite optische Element (300) enthält:
eine Kondensorlinsenanordnung (310) zum weiteren Kondensieren der Zwischenstrahlen und zum Leiten jedes Zwischenstrahls zu einer spezifischen Position in einer Polarisationstrennungseinheit (320);
eine Polarisationstrennungseinheit (320) zum räumlichen Trennen der jeweiligen Zwischenstrahlen (202) in einen S-polarisierten Strahl und einen P-polarisierten Strahl;
eine selektive Phasenplatte (381) zum Ausrichten der Polarisationsrichtung eines der P- und S-polarisierten Strahlen, die von der Polarisationstrennungseinheit (320) getrennt worden sind, auf eine Polarisationsrichtung des anderen der P- und S-polarisierten Strahlen; und
eine Überlagerungslinse (390) zum Überlagern der polarisierten Strahlen auf einem Beleuchtungsbereich (90),
wobei die Polarisationstrennungseinheit (320) umfaßt:
mehrere Polarisationstrennungsebenen (331) zum Trennen der P- und S-polarisierten Strahlen mittels Durchlassen eines der P- und S-polarisierten Strahlen durch diese und Reflektieren des anderen der P- und S- polarisierten Strahlen; und
mehrere Reflexionsebenen (332), die im wesentlichen parallel zu den Polarisationstrennungsebenen angeordnet sind und die den anderen der P- und S-polarisierten Strahlen, der von den Polarisationstrennungsebenen (331) reflektiert worden ist, in die Austrittsrichtung des einen der P- und S- polarisierten Strahlen, der durch die Polarisationstrennungsebenen (331) durchgelassen worden ist, reflektieren,
und wobei die Vorrichtung ferner wenigstens ein Abschattungsmittel (370) und/oder ein optisches Dämpfungsmittel umfaßt, die die jeweiligen Zwischenstrahlen (202) daran hindern, direkt in die mehreren Reflexionsebenen (332) einzutreten, und die zwischen dem ersten optischen Element (200) und der Polarisationstrennungseinheit (320) angeordnet sind.
2. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschattungsmittel (370) oder das optische Dämpfungsmittel in der Polarisationstrennungseinheit (320) integriert ist.
3. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Abschattungsmittel (370) oder das optische Dämpfungsmittel in der Kondensorlinsenanordnung (310) integriert ist.
4. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Abschattungsmittel (370) eine Reflexionsplatte (373) ist.
5. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Abschattungsmittel (370) ein Reflexionsfilm ist, wobei der Reflexionsfilm auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit (320) ausgebildet ist.
6. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Abschattungsmittel (370) ein Reflexionsfilm ist, wobei der Reflexionsfilm auf der Lichtaustrittsoberfläche der Kondensorlinsenanordnung (310) ausgebildet ist.
7. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das optische Dämpfungsmittel eine Lichtdiffusionsplatte (376) ist.
8. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das optische Dämpfungsmittel eine Lichtdiffusionsoberfläche ist, die auf der Lichteintrittsoberfläche der Polarisationstrennungseinheit (320) ausgebildet ist.
9. Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der das optische Dämpfungsmittel eine Lichtdiffusionsoberfläche ist, die auf der Lichtaustrittsoberfläche der Kondensorlinsenanordnung (310) ausgebildet ist.
10. Anzeigevorrichtung, die eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfaßt, sowie eine Modulationsvorrichtung (411, 412, 413) zum Modulieren eines von der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung ausgesendeten Lichtstrahls.
11. Projektionsanzeigevorrichtung, die eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfaßt, sowie
eine Modulationsvorrichtung (411, 412, 413) zum Modulieren eines von der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung ausgesendeten Lichtstrahls entsprechend einer Anzeigeinformation; und
ein optisches Projektionssystem (460) zum Projizieren des von der Modulationsvorrichtung (411, 412, 413) modulierten Lichtstrahls auf eine Projektionsebene (470).
12. Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 11, die ferner umfaßt:
ein Farblichttrennungsmittel (401, 402) zum Trennen des vom zweiten optischen Element (300) ausgesendeten Lichtstrahls in mehrere farbige Lichtstrahlen;
mehrere Modulationsvorrichtungen (411, 412, 413) zum jeweiligen Modulieren der farbigen Lichtstrahlen; und
ein Farblichtsynthetisierungsmittel (450) zum Synthetisieren der von den Modulationsvorrichtungen (411, 412, 413) modulierten farbigen Lichtstrahlen,
wobei ein vom Farblichtsynthetisierungsmittel (450) synthetisierter Strahl durch das optische Projektionssystem (460) auf die Projektionsebene (470) projiziert wird.
13. Projektionsanzeigevorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Modulationsvorrichtung (411, 412, 413) eine Reflexionstyp-Flüssigkristallvorrichtung ist.
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