DE69028497T2

DE69028497T2 - Polarisierendes Beleuchtungsgerät

Info

Publication number: DE69028497T2
Application number: DE69028497T
Authority: DE
Inventors: Kazumi Kimura; Katsumi Kurematsu; Nobuo Minoura; Hideaki Mitsutake
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: EP0434041A1; US5446510A; DE69028497D1; EP0434041B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Polarisationsbeleuchtungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und auf eine Bildanzeigevorrichtung sowie einen Projektor, bei welchem diese zur Anwendung gelangt.

Verwandter Stand der Technik

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die den hauptsächlichen Aufbau eines Beispiels einer herkömmlichen Bildanzeigevorrichtung zeigt.
Diese Anzeigevorrichtung ist mit einer Lichtquelle 1, die zum Beispiel aus einer Halogenlampe oder einer Metall-Halogenlampe besteht, einem Spiegel 2, der einen Teil des von der Lichtquelle 1 emittierten Lichts reflektiert, einem Wärmestrahlungs-Sperrfilter 3 zur Absorption oder Reflexion der Wärmestrahlung aus dem Licht, das auf direkte Weise von der Lichtquelle 1 oder auf indirekte Weise von dem Spiegel 2 einfällt, einer Kondensorlinse 4 zur Umwandlung des Lichts nach der Entfernung der Wärmestrahlung in ein paralleles Strahlenbündel bzw. einen parallelen Strahl, einem Polarisator 5 zur Umwandlung des parallelen Lichtstrahls in linear polarisiertes Licht, einem Flüssigkristall-Lichtventil 7 zur Modulation des linear polarisierten Lichts gemäß einem Bildsignal, einem Polarisator 8, um nur einen Bestandteil des modulierten linear polarisierten Lichts parallel zu dessen Transmissionsachse durchzulassen, und einer Projektionslinse 10 zur Projizierung des durch den Polarisator 8 durchgelassenen linear polarisierten Lichts in einem vergrößerten Maßstab auf einen nicht gezeigten Bildschirm versehen.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die den Hauptteil eines anderen Beispiels einer solchen herkömmlichen Projektionsanzeigevorrichtung zeigt.
Diese Vorrichtung ist anstelle der zwei Polarisatoren 5, 8 bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung vor und hinter dem Flüssigkristall-Lichtventil 7 mit zwei Polarisationsstrahlenteilern 6 bzw. 9 ausgestattet.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Projektionsanzeigevorrichtungen sind mit einem Nachteil derart verbunden, daß der Anwendungswirkungsgrad nicht 50 % überschreitet, da von dem durch die Lichtquelle 1 emittierten Licht nur ein durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 durchgelassener linear polarisierter Bestandteil zur Beleuchtung des Flüssigkristall- Lichtventils 7 benutzt wird, während der senkrecht polarisierte Bestandteil verloren geht.
Fig. 3 zeigt eine in der JP-A-61-90584 offenbarte Projektionsanzeigevorrichtung zur Beseitigung des Nachteils.
Bei dieser Projektionsanzeigevorrichtung erreicht der aus der Kondensorlinse 4 austretende parallele Lichtstrahl einen Polarisationsstrahlenteiler 11, und der P-polarisierte Bestandteil LP wird durch die Funktionsfläche (eine auf einer diagonalen Ebene zwischen zwei rechtwinkligen Prismen ausgebildete aufgedampfte Schicht) 11a des Polarisationsstrahlenteilers 11 durchgelassen, während der S-polarisierte Bestandteil Ls senkrecht reflektiert wird, um in ein total reflektierendes Prisma 12 einzutreten. Der in dem Prisma 12 erneut senkrecht reflektierte S-polarisierte Bestandteil Ls tritt in einer Richtung aus dem Prisma 12 aus, die der des P-polarisierten Bestandteils Lp gleicht. Der S-polarisierte Bestandteil Ls wird in einer Richtung parallel zu der Funktionsfläche 11a des Polarisationsstrahlenteilers 11 polarisiert, und der P-polarisierte Bestandteil Lp wird in einer Richtung senkrecht zu der des S- polarisierten Bestandteils polarisiert.
Auf der Austrittsseite des total reflektierenden Prismas 12 ist eine λ/2-Phasenverschiebungsplatte 13 geschaffen, wodurch der S-polarisierte Bestandteil L&sub2; einer Drehung der Polarisationsrichtung um 90º unterzogen wird und in einen P-polarisierten Bestandteil Lp* umgewandelt wird. Gleichfalls auf der Austrittsseite des Polarisationsstrahlenteilers 11 und der λ/2-Phasenverschiebungsplatte 13 sind jeweils keilfömige Linsen 14, 15 zur Lichtwegablenkung vorgesehen, wodurch der durch den Polarisationsstrahlenteiler 11 durchgelassene P-polarisierte Bestandteil Lp und der mittels der λ/2-Phasenverschiebungsplatte 13 umgewandelte P- polarisierte Bestandteil Lp* einer Lichtwegablenkung unterzogen werden und sich in einem Punkt P&sub0; auf der Eintrittsfläche des Flüssigkristall-Lichtventils 7 einander schneiden, wodurch ein synthetisiertes Licht geschaffen wird.
Folglich kann bei einer derartigen Projektionsanzeigevorrichtung das Flüssigkristall-Lichtventil 7 sowohl mit dem S-polarisierten Bestandteil Ls als auch dem P-polarisierten Bestandteil Lp beleuchtet werden, die mittels des Polarisationsstrahlenteilers 11 getrennt werden, und kann somit der Anwendungswirkungsgrad im Vergleich zu der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung verdoppelt werden.
Bei der in der vorhergehend erwähnten JP-A-61-90584 offenbarten Projektionsanzeigevorrichtung ist es, da der P-polarisierte Bestandteil Lp und der mittels der λ/2- Phasenverschiebungsplatte 13 umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp* jeweils das Flüssigkristall-Lichtventil 7 mit einem Winkel θ erreichen, wie in Fig. 3 gezeigt ist, jedoch notwendig, einen beträchtlich großen Abstand von den keilförmigen Linsen 14, 15 zu dem Flüssigkristall-Lichtventil 7 zu wählen, um diesen Einfallswinkel θ zu reduzieren, wenn das Lichtventil 7 eine signifikante Verschlechterung der Charakteristiken in Abhängigkeit von dem Einfaliswinkel zeigt.
Um einen derartigen Nachteil zu vermeiden, ist ein Parallelbeleuchtungsverfahren vorstellbar, bei welchem die in Fig. 3 gezeigten keilförmigen Linsen 14, 15 weggelassen sind, wodurch der P-polarisierte Bestandteil Lp und der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp* das Flüssigkristall-Lichtventil 7 in einem zueinander parallelen Zustand erreichen. Ein derartiges Parallelbeleuchtungsverfahren kann jedoch, wenn es bei der in der JP-A-61-90584 offenbarten Projektionsanzeigevorrichtung angewandt wird, nicht das erwartete Ergebnis zeigen, da der P-polarisierte Bestandteil Lp und der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp* nicht vollständig sind, es sei denn, daß die Lichtquelle 1 ein vollständiger Punkt oder eine lineare Quelle ist, die völlig parallele Strahlen aus der Kondensorlinse 4 erzeugt. Dies wird mit Bezug auf Fig. 4 weiter erklärt.
Für den Fall, daß das Licht aus einer Lichtquelle 1 mit einem begrenzten Durchmesser φ mittels einer Kondensorlinse 4 in einem Abstand l konzentriert wird, ist das aus dieser austretende Licht nicht völlig parallel, sondern wird innerhalb eines Winkelbereichs 2 ω ( ω=tan&supmin;¹ ((φ/2)/l) gestreut. Ein in dem folglich erzielten nicht parallelen Strahlenbündel enthaltener Strahl α erreicht die λ/2-Phasenverschiebungsplatte 13 ohne die Wirkung des Polarisationsstrahlenteilers 11 und tritt mit den P- und S-polarisierten Bestandteilen aus der Phasenverschiebungsplatte 13 aus. Außerdem wird ein Strahl β mittels des Polarisationsstrahlenteilers 11 in den S-polarisierten Bestandteil Ls umgewandelt, welcher dann mittels des total reflektierenden Prismas 12 reflektiert wird und erneut mittels des Polarisationsstrahlenteilers 11 reflektiert wird. Er tritt folglich als ein P-polarisierter Bestandteil Lp* in einer anderen Position aus der λ/2-Phasenverschiebungsplatte 13 aus, wie durch einen Strahl β&sub1; bezeichnet ist, oder geht durch Absorption oder Transmission an der Oberfläche der Phasenverschiebungsplatte 13 verloren, wie durch einen Strahl β&sub2; gezeigt ist.
Ferner offenbart das Dokument OPTIK, Bd. 13, Nr. 4, 1956, Seiten 158-168; H. Schroeder: "Optische Eigenschaften der Lichtteilung durch Interferenzpolarisatoren", das den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, die einen Polarisationsstrahlenteiler zur Teilung eines von einer Strahlungsquelle emittierten Strahls in einen ersten (reflektierten) Strahl und einen zweiten (durchgelassenen) Strahl an zueinander orthogonalen Polarisationsebenen. Diese Vorrichtung weist ferner eine Anordnung aus einer 1/4-Wellenlängenplatte und einem Spiegel zum Drehen der Polarisationsebene des ersten Strahls auf, um einen dritten Strahl einer Polarisationsebene zu erzeugen, welche die gleiche wie die des zweiten Strahls ist, und ist zur Lenkung des zweiten und dritten Strahls in eine vorbestimmte Richtung geeignet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der vorhergehenden Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines verbesserten polarisationsbeleuchtungsgeräts, das zur Reduzierung des Verlusts der Lichtmenge geeignet ist, während es zur Unterdrückung der Ungleichheit in der Intensität oder der spektralen Verteilung des Beleuchtungslichts geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale gelöst.
Vorteilhaft weiterentwickelte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines Beispiels der herkömmlichen Projektionsanzeigevorrichtung zeigt,
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines anderen Beispiels der herkömmlichen Projektionsanzeigevorrichtung zeigt,
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer in der JP-A-61-90584 offenbarten Projektionsanzeigevorrichtung zeigt,
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die einen Nachteil zeigt, der auftritt, wenn das Parallelbeleuchtungsverfahren bei der in Fig. 3 gezeigten Projektionsanzeigevorrichtung angewandt wird,
Fig. 5 ist eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, das nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die den optischen Weg des in Fig. 5 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgeräts zeigt,
Fig. 7 ist eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, welches nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 8 ist eine Ansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, welches nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 9 ist eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, welches nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 10 ist eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels einer Bildanzeigevorrichtung, die mit dem in Fig. 9 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgerät versehen ist,
Fig. 11A und 11b sind jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer mit dem in Fig. 5 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgerät versehenen Bildanzeigevorrichtung,
Fig. 12 ist eine Ansicht des Basisaufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels des Polarisationsbeleuchtungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht des optischen Wegs des in Fig. 12 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgeräts,
Fig. 14 bis 17 sind Ansichten, welche die Details des zweiten bis fünften Ausführungsbeispiels des Polarisationsbeleuchtungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 18 und 19A bis 19C sind eine Ansicht bzw. Diagramme, die ein sechstes Ausführungsbeispiel des Polarisationsbeleuchtungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 20, 21, 22, 23A und 23B sind Ansichten, die noch andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nun wird die vorliegende Erfindung mit Hilfe ihrer in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele ausführlicher im Detail erläutert.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, das nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und Fig. 6 ist eine Ansicht, die dessen optischen Weg zeigt.
Dieses Polarisationsbeleuchtungsgerät ist aus einem Polarisationsstrahlenteiler 26, der eine Funktionsebene (eine aufgedampfte Schicht, die auf einer diagonalen Ebene ausgebildet ist, an welcher zwei rechtwinklige Prismen aneinander geklebt sind) hat, die den P-polarisierten Bestandteil Lp eines parallelen Lichtstrahl durchläßt, der aus einer Kondensorlinse 4 austritt, während der S-polarisierte Be standteil Ls rechtwinklig reflektiert wird, einem total reflektierenden Prisma 29, das mit einer total reflektierenden Ebene 29a versehen ist, die an ihrem einen Endabschnitt im rechten Winkel mit einem Endabschnitt der Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 in Kontakt ist und dazu dient, den durchgelassenen P-polarisierten Bestandteil Lp im rechten Winkel zu reflektieren, einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27, die an ihrem einen Endabschnitt in einem Winkel von 45º mit einem Endabschnitt der Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers und mit einem Endabschnitt der total reflektierenden Ebene 29a des total reflektierenden Prismas 29 in Kontakt ist und dazu angepaßt ist, den reflektierten S-polarisierten Bestandteil Ls zu empfangen, und einer reflektierenden Platte 28 aufgebaut, die eine reflektierende Ebene hat, die aus einer aufgedampften Aluminiumschicht oder einer optischen mehrlagigen Schicht aufgebaut ist, die auf die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 aufgebracht ist.
Bei dem Polarisationsbeleuchtungsgerat wird der aus der Kondensorlinse 4 austretende parallele Lichtstrahl jeweils durch Transmission und Reflexion im rechten Winkel mittels der Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 in den P-polarisierten Bestandteil Lp und den S-polarisierten Bestandteil Ls geteilt. Dieser reflektierte S-polarisierte Bestandteil Ls erreicht die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27, wird dann durch die reflektierende Ebene der reflektierenden Platte 28 reflektiert, und wird dann erneut durch die Phasenverschiebungsplatte 27 durchgelassen, wodurch er einer Drehung der Polarisationsebene um 90º unterzogen wird und dadurch in einen P-polarisierten Bestandteil Lp* umgewandelt wird, welcher durch die Funktionsebene 26a durchgelassen wird und aus dem Polarisationsstrahlenteiler 26 austritt. Andererseits wird der P-polarisierte Bestandteil Lp mittels der total reflektierenden Ebene 29a des total reflektierenden Prismas 29 im rechten Winkel reflektiert, und tritt parallel zu dem umgewandelten P-polarisierten Bestandteil Lp* aus dieser aus.
Bei diesem Polarisationsbeleuchtungsgerät wird das gesamte Licht, das den Polarisationsstrahlenteiler 26 erreicht, wie durch die Strahlen α&sub1;, α&sub2;, α&sub3; gezeigt ist, durch dessen Funktionsebene 26a empfangen, und wird in den P-polarisierten Bestandteil Lp und den S-polarisierten Bestandteil Ls geteilt. Auch alle S-polarisierten Bestandteile Ls erreichen die Phasenverschiebungsplatte 27, wobei sie folglich der Drehung der Polarisationsebene unterzogen werden. Andererseits erreicht der P-polarisierte Bestandteil Lp kaum die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27. Der P-polarisierte Bestandteil Lp, der aus dem total reflektierenden Prisma 29 austritt, und der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp*, der aus dem Polarisationsstrahlenteiler 26 austritt, sind auch bezüglich eines arbiträren Strahls in der vertikalen Richtung zueinander symmetrisch. Selbst wenn der in den Polarisationsstrahlenteiler 26 eintretende Lichtstrahl zum Beispiel aufgrund einer Positionsverschiebung der Lichtquelle 1 unsymmetrisch wird, wird folglich an dem Schnittpunkt des P-polarisierten Bestandteus Lp und des umgewandelten P-polarisierten Bestandteus Lp* keine plötzliche Änderung in der Beleuchtungsintensität resultieren. Da der P-polarisierte Bestandteil Lp und der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp* außerdem die gleiche optische. Weglänge haben, kann ein aus nicht parallel gerichtetem Licht resultierendes Ungleichgewicht in der Beleuchtungsintensität verhindert werden. Dies wird durch einen Aufbau ermöglicht, bei welchem die Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26, die λ/4--Phasenverschiebungsplatte 27 und die total reflektierende Ebene 29a des total reflektierenden Prismas 29 unter festgelegten Winkeln in gegenseitigem Kontakt gehalten sind, und ist bei dem herkömmlichen Aufbau, bei welchem die in Fig. 3 gezeigte λ/2-Phasenverschiebungsplatte 13 angewandt wird, nicht erreichbar, da die Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers 11 parallel zu der total reflektierenden Ebene des Prismas 12 ist.
Auch bei dem vorliegenden Polarisationsbeleuchtungsgerät kann am Eingang in den Polarisationsstrahlenteiler 26 ein Strahl, wie zum Beispiel γ in Fig. 6, der schräg in die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 eintritt, durch Transmission oder Reflexion mittels der Phasenverschiebungsplatte verloren gehen, aber ein derartiger Verlust kann durch die Ausbildung einer optischen mehrlagigen Schicht auf der Verbindungsebene zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 26 und der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 verhindert werden, welche einen Strahl mit einem großen Einfallswinkel wie zum Beispiel γ reflektiert und den normalen Strahl mit einem kleinen Einfallswinkel durchläßt.
Außerdem kann ein einfallender Strahl wie zum Beispiel δ, der in Fig. 6 gezeigt ist, welcher die total reflektierende Ebene 29a des Prismas 29 mit einem Einfallswinkel erreicht, der kleiner als der Totalreflexionswinkel ist, in dem P-polarisierten Bestandteil Lp aufgrund von partieller Transmission teilweise verloren gehen, aber ein derartiger Verlust kann auch durch die Ausbildung einer mehrlagigen reflektierenden Schicht oder einer reflektierenden Metallschicht auf der total reflektierenden Ebene 29a verhindert werden.
Wie im vorhergehenden erklärt ist, kann bei dem Polarisationsbeleuchtungsgerät der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad verbessert werden, wenn sowohl der P-polarisierte Bestandteil als auch der S-polarisierte Bestandteil Ls, die mittels des Polarisationsstrahlenteilers 26 abgeteilt werden, zur Beleuchtung des Lichtventils (nicht gezeigt) benutzt werden können. Uberdies kann in der Symmetrie der Beleuchtungsintensität, welche bei der parallelen Beleuchtung des Flüssigkristall-Lichtventils (nicht gezeigt) mit dem P-polarisierten Bestandteil Lp und dem umgewandelten P-polarisierten Bestandteil Lp* ein Problem dargestellte, eine beachtliche Verbesserung erzielt werden, und außerdem wird eine Reduzierung in dem Abstand zwischen dem Polarisationsbeleuchtungsgerät und dem Lichtventil erzielt, was bei dem in Fig. 3 gezeigten Beleuchtungssystem mit synthetisiertem Licht schwierig war. Folglich wird eine Verdichtung bzw. erhöhte Kompaktheit der Bildanzeigevorrichtung ermöglicht.
Das total reflektierende Prisma 29 kann mit einem neben dem total reflektierenden Prisma 29 positionierten rechtwinkligen Prisma des Polarisationsstrahlenteilers 26 auf einstükkige Weise ausgebildet sein.
Fig. 7 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, das nicht gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 5 gezeigten darin, daß der durch die Funktionsebene 36a eines Polarisationsstrahlenteilers 36 durchgelassene P-polarisierte Bestandteil Lp unmittelbar durch diese austritt, während der mittels der Funktionsebene 36a reflektierte S-polarisierte Bestandteil Ls mittels einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte 37 und einer reflektierenden Platte 38 in einen P-polarisierten Bestandteil Lp* umgewandelt wird, dann von der total reflektierenden Ebene 39a eines total reflektierenden Prismas 39 im rechten Winkel reflektiert wird und parallel zu dem P-polarisierten Bestandteil Lp aus diesem austritt.
Bei diesem Polarisationsbeleuchtungsgerät kann die Richtung des austretenden Lichts der des einfallenden Lichts angeglichen werden, ohne daß andere Optikteile hinzugefügt werden. Der P-polarisierte Bestandteil und der umgewandelte Ppolarisierte Bestandteil Lp* haben voneinander verschiedene optische Weglängen, aber es können die gleichen Vorteile wie bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung geschaffen werden.
Das total reflektierende Prisma 39 kann mit einem neben dem total reflektierenden Prisma 39 positionierten rechtwinkligen Prisma des Polarisationsstrahlenteilers 36 auf einstükkiqe Weise ausgebildet sein.
Fig. 8 veranschaulicht noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, das nicht gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die reflektierende Platte 28 gemäß Fig. 5 durch ein rechtwinkliges Prisma 40 ersetzt, um den durch die Funktionsfläche 46a eines Polarisationsstrahlenteilers 46 reflektierten S-polarisierten Bestandteil Ls zu reflektieren, ohne einen nicht notwendigen polarisierten Bestandteil zu erzeugen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der S-polarisierte Bestandteil Ls bezüglich seiner mittleren Achse seitenverkehrt ausgebildet, erreicht dann eine λ/4-Phasenverschiebungsplatte 47 von dem rechtwinkligen Prisma 40 und wird in den P-polarisierten Bestandteil Lp* umgewandelt. Infolgedessen fehlt dem umgewandelten P-polarisierten Bestandteil Lp* und dem P-polarisierten Bestandteil Lp, die aus einem total reflektierenden Prisma 49 austreten, die bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung erklärte Symmetrie, so daß, wenn der in den Polarisationsstrahlenteiler 46 eintretende Lichtstrahl unsymmetrisch ist, die Beleuchtungsintensitätsverteilung zur Unsymmetrie neigt. Außerdem haben der aus dem total reflektierenden Prisma 49 austretende P- polarisierte Bestandteil Lp und der aus dem Polarisationsstrahlenteiler 46 austretende umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp* sich voneinander unterscheidende optische Weglängen, so daß der Gebrauch von nicht parallel gerichteten Licht ein Problem darstellen kann. Das vorliegende Ausführungsbeispiel schafft jedoch andere Vorteile, die gleich den bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung sind.
Das total reflektierende Prisma 49 kann mit einem neben dem total reflektierenden Prisma 49 positionierten rechtwinkligen Prisma des Polarisationsstrahlenteilers 46 auf einstükkige Weise ausgebildet sein.
Fig. 9 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel eines Polarisationsbeleuchtungsgeräts, das nicht gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
Das Polarisationsbeleuchtungsgerät der vorliegenden Erfindung ist aus einem Polarisationsstrahlenteiler 56, der eine erste Funktionsebene 56a (eine aufgedampfte Schicht, die auf einer von zwei diagonalen Ebenen zum Zusammenfügen drei rechtwinkliger Prismen ausgebildet ist) zum Durchlassen des P-polarisierten Bestandteils Lp des einfallenden Licht strahls und zur senkrechten Reflexion von dessen S-polarisierten Bestandteil und eine zweite Funktionsebene 56b (eine aufgedampfte Schicht, die auf der anderen der zwei diagonalen Ebenen ausgebildet ist) hat, die an ihrem einen Endabschnitt im rechten Winkel mit der ersten Funktionsebene 56a in Kontakt ist, einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte 57, die an ihrem einen Endabschnitt in einem Winkel von 45º mit dem anderen Endabschnitt der zweiten Funktionsebene in Kontakt ist und auf eine Fläche des Polarisationsstrahlenteilers 56 gegenüber von dessen Eintrittsfläche geklebt ist, und einer reflektierenden Platte 58 zusammengesetzt, die eine reflektierende Ebene hat, die auf die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 57 geklebt ist.
Aus einem von einer Kondensorlinse (nicht gezeigt) parallel einfallenden Strahl wird der S-polarisierte Bestandteil Ls mittels der ersten Funktionsebene 56a des Polarisationsstrahlenteilers 56 reflektiert und tritt aus dieser sofort aus. Der P-polarisierte Bestandteil Lp wird durch die erste und zweite Funktionsebene 56a, 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 durchgelassen und erreicht die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 57. Dieser Bestandteil wird durch eine Drehung der Polarisationsebene um 90º in der Phasenverschiebungsplatte 57 und der reflektierenden Platte 58 in den S-polarisierten Bestandteil Ls* umgewandelt, wird dann mittels der zweiten Funktionsebene 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 senkrecht reflektiert, und tritt in die gleiche Richtung wie der vorhergehend erwähnte S-polarisierte Bestandteil Ls aus diesem aus.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist nicht für nicht parallel gerichtetes Licht geeignet, da der S-polarisierte Bestandteil Ls und der umgewandelte S-polarisierte Bestandteil Ls* voneinander verschiedene optische Weglängen haben, aber es werden andere Vorteile als die bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung geschaffen. Außerdem kann die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wegen dem Fehlen der Phasenverschiebungsplatte 57 und der reflektierenden Platte 58 auf der Seite gegenüber der Eintrittsseite als eine Analyseeinrichtung in einer Bildanzeigevorrichtung benutzt werden, bei der ein Flüssigkristall-Lichtventil (das später erklärt wird) angewandt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Bildanzeigevorrichtung erklärt, das durch Kombination des Polarisationsbeleuchtungsgeräts mit anderen optischen Komponenten erzielt wird.
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht, die den Hauptteil eines Ausführungsbeispiels der Bildanzeigevorrichtung zeigt, bei welcher das in Fig. 9 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsgerät angewandt wird.
Wie in Fig. 10 zu sehen ist, ist die Bildanzeigevorrichtung mit einer Lichtquelleneinheit 100, die eine Lichtquelle 1 aufweist, einem Reflexionsspiegel 2, einem Wärmestrahlungs- Sperrfilter 3 und einer Kondensorlinse 4, einem in Fig. 9 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgerät 101 und einem dichroitischen Kreuzprisma 102 versehen, das mit einer seiner Flächen auf die Austrittsfläche des Polarisationsbeleuchtungsgeräts 101 geklebt ist und an den anderen drei Flächen reflektierende Flüssigkristall-Lichtventile 65R, 65G, 65B für rote, grüne bzw. blaue Farbe trägt, und bildet zusammen mit der Projektionslinse 10, die gegenüber der Austrittsfläche des Polarisationsbeleuchtungsgeräts 101 positioniert ist, einen Projektor.
Aus einem aus der Lichtquelleneinheit 100 austretenden parallelen weißen Lichtstrahl wird der S-polarisierte Bestandteil Ls mittels einer ersten Funktionsebene 56a des Polarisationsstrahlenteilers 56, welcher das Polarisationsbeleuchtungsgerät 101 (siehe Fig. 9) senkrecht reflektiert und tritt in das dichroitische Kreuzprisma 102 ein. Außerdem wird der P-polarisierte Bestandteil Lp mittels der λ/4- Phasenverschiebungsplatte 57 und der reflektierenden Platte 58, wie im vorhergehenden erklärt ist, in einen S-polarisierten Bestandteil Ls* umgewandelt, wird dann mittels der zweiten Funktionsebene 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 (siehe Fig. 9) senkrecht reflektiert und erreicht das dichroitische Kreuzprisma 102. Folglich wird der weiße parallele Lichtstrahl nach der Umwandlung in dem Polarisationsbeleuchtungsgerät 101 in einen linear polarisierten Strahl, der aus den S-polarisierten Bestandteilen Ls, Ls* besteht, auf das dichroitische Kreuzprisma 102 gerichtet.
Der linear polarisierte Strahl wird mit Hilfe des dichroitischen Kreuzprismas 102 in rote, grüne und blaue Lichtstrahlen R, G, B geteilt, welche jeweils in Richtung auf die reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 65R, 65G, 65B für rote, grüne und blaue Farbe projiziert werden. Die für die Lichtventile verwendeten Flüssigkristalle sind vom ECB-Typ (elektrisch gesteuerte Doppelbrechung) oder vom 45º TN- (verdrehten nematischen ) Typ, und haben eine Eigenschaft der Drehung der Polarisationsebene des einfallenden Lichts in Abhängigkeit von der gemäß den Bildsignalen angelegten Spannung. Folglich ist das auf die reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 65R, 65G, 65B einfallende Licht ein linear polarisiertes Licht, das aus S-polarisierten Bestandteilen zusammengesetzt ist, aber das reflektierte Licht enthält einen P-polarisierten Bestandteil gemäß dem Bildsignal in jedem Bildelement. Die reflektierten Lichtstrahlen werden in dem dichroitischen Kreuzprisma 102 synthetisiert und kehren in das Polarisationsbeleuchtungsgerät 101 zurück. Bei diesem Gerät 101 dienen ein Paar von Funktionsebenen des Polarisationsstrahlenteilers 56 (Fig. 9) als eine Analyseeinrichtung, wobei der P-polarisierte Bestandteil Lpo in dem synthetisierten reflektierten Licht durchgelassen und durch die Projektionslinse 10 hindurch auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert wird. Ein Teil des S-polarisierten Bestandteils Lso in dem synthetisierten reflektierten Licht, das die erste Funktionsebene 56a des Polarisationsstrahlenteilers 56 erreicht, wird mittels der Funktionsebene 56a senkrecht reflektiert und kehrt zu der Lichtquelleneinheit 100 zurück. Außerdem wird ein anderer Teil des S-polarisierten Bestandteus Lso, das die zweite Funktionsebene 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 erreicht, mittels der Funktionsebene senkrecht reflektiert, wird dann mit Hilfe der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 57 und der reflektierenden Platte 58 in einem P- polarisierten Bestandteil umgewandelt, wird dann durch die erste und zweite Funktionsebene 56b, 56a durchgelassen und kehrt zu der Lichtquelleneinheit 100 zurück. Infolgedessen dient der Polarisationsstrahlenteiler 56 bei dem vorliegenden Polarisationsbeleuchtungsgerät als eine vollständige Analyseeinrichtung.
Die vorhergehend erklärte Bildanzeigevorrichtung schafft den Vorteil der Verbesserung der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrades, da das weiße parallele Licht aus der Lichtquelleneinheit 100 mittels des Polarisationsbeleuchtungsgeräts ohne Verluste in einen linear polarisierten Strahl umgewandelt werden kann, und der signifikanten Reduzierung der hintere Brennweite der Projektionslinse in Vergleich mit der bei der herkömmlichen Bildanzeigevorrichtung infolge der Teilung und Synthese der Strahlen verschiedener Farben mittels des dichroitischen Kreuzprisrnas 102, wodurch die Gestaltungsfreiheit für die Projektionslinse 10 und die Kompaktheit des gesamten Projektors vergrößert wird. Es wird auch ein anderer Vorteil derart geschaffen, daß das Polarisationsbeleuchtungsgerät 101 als eine Analyseeinrichtung angewandt werden kann.
Fig. 11A und 11B sind jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Bildanzeigevorrichtung, bei welcher das in Fig. 5 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsgerät angewandt wird.
Diese Bildanzeigevorrichtung ist mit einer Lichtquelleneinheit 100, einem in Fig. 5 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgerät 111, einem Spiegel 77, um den Lichtstrahl aus dem Polarisationsbeleuchtungsgerät 111 senkrecht nach unten zu reflektieren, einem Polarisationsstrahlenteiler 78, um den S-polarisierten Bestandteil des mittels des Spiegels 77 reflektierten Strahls senkrecht in Richtung auf das Polarisationsbeleuchtungsgerät 111 zu reflektieren, während der P-polarisierte Bestandteil durchgelassen wird, und einem dichroitischen Kreuzprisma 102 versehen, das mit einer Seitenfläche auf die Austrittsfläche des S-polarisierten Bestandteils des Polarisationsstrahlenteilers 78 geklebt ist, und an den anderen drei Seitenflächen reflektierende Flüssigkristall-Lichtventile 65R, 65G, 65B für rote, grüne und blaue Farbe hat, und bildet zusammen mit einer Projektionslinse 10, die bezüglich des Polarisationsstrahlenteilers 78 gegenüber der Seite des dichroitischen Kreuzprismas 112 positioniert ist, einen Projektor.
Ein von der Lichtquelleneinheit 100 emittierter paralleler weißer Lichtstrahl erreicht das Polarisationsbeleuchtungsgerät 111, und der P-polarisierte Bestandteil des weißen parallelen Lichtstrahls und der durch die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 und die reflektierende Platte 28 erzielte umgewandelte P-polarisierte Bestandteil (beide P- polarisierte Bestandteile werden im folgenden insgesamt P- polarisierter Strahl genannt) erreichen den Spiegel 77. Der P-polarisierte Strahl wird durch den Spiegel 77 total reflektiert und tritt in den Polarisationsstrahlenteiler 78 ein. Wenn die Polarisationsebene des P-polarisierten Strahls eine S-polarisierte Ebene zu der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers 78 ist, wird dieser Strahl durch die Ebene reflektiert und erreicht das dichroitische Kreuzprisma 102. Der P-polarisierte Strahl verhält sich in dem Prisma auf die gleiche Weise wie in dem in Fig. 10 gezeigten dichroitischen Kreuzprisma, und die gemäß einem Bildsignal mittels der reflektierenden Flüssigkristall- Lichtventile 65R, 65G, 65B modulierten reflektierten Licht strahlen treten in den Polarisationsstrahlenteiler 78 ein, welcher wie bei dem in Fig. 10 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgerät 10 als eine Analyseeinrichtung dient.
Folglich werden die Bestandteile des reflektierten Lichtstrahls, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 78 durchgelassen werden, mittels der Projektionsimse 10 auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert, um auf diesem ein Bild auszubilden.
Wie vorhergehend erklärt, schafft die Bildanzeigevorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie bei der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung die Vorteile der Verbesserung des Wirkungsgrads der Lichtausnutzung, der Ausweitung der Gestaltungsfreiheit der Projektionslinse 10 und der Kompaktheit des gesamten Aufbaus.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das in Fig. 5 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsgerät angewandt, aber die in Fig. 7 oder 8 gezeigte Vorrichtung kann natürlich gleichfalls angewandt werden.
Außerdem kann die Bildanzeigevorrichtung, bei der ein Transsmissions-Flüssigkristall-Lichtventil angewandt wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, durch Kombination des in Fig. 5, 7, 8 oder 9 gezeigten Polarisationsbeleuchtungsgeräts mit den in Fig. 3 gezeigten keilförmigen Linsen 14, 15 erzielt werden. Außerdem kann bei der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Bildanzeigevorrichtung das Polarisationsbeleuchtungsgerät zwischen der Kondensorlinse 4 und der polarisierenden Platte 5 oder zwischen der Kondensorlinse 4 und dem Polarisationsstrahlenteiler positioniert sein.
Das im vorhergehenden erklärte Polarisationsbeleuchtungsgerät hat durch die Emittierung eines der Bestandteile, des P- oder des S-polarisierten Bestandteils des einfallenden Lichtstrahls, die mittels eines Polarisationsstrahlenteilers geteilt werden, und auch des anderen Bestandteils nach der Drehung der Polarisationsebene um 90º mittels einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte und eines reflektierenden Elements den Vorteil der Verbesserung des Wirkungsgrads der Lichtausnutzung. Folglich wird die Schaffung einer Bildanzeigevorrichtung ermöglicht, die für eine hellere Anzeige geeignet ist.
Der Polarisationsstrahlenteiler ist normalerweise so gestaltet, daß das reflektierte S-polarisierte Licht und das durchgelassene P-polarisierte Licht am besten bei einem Einfallswinkel von 45º zur Funktionsebene geteilt werden. Ein hoher Lichtdurchlaßgrad für den P-polarisierten Bestandteil wird durch Auswahl des Brechungskoeffizienten der die Funktionsebene bildenden mehrlagigen Schicht derart erzielt, daß das Brewstersche Gesetz (Winkel) erfüllt wird, aber eine Verringerung des Lichtdurchlaßgrads ist für jeden Strahl unvermeidlich, der mit einem Einfallswinkel eintritt, der nicht dem Brewsterschen Gesetz entspricht. Wenn ein gestreuter Lichtstrahl die Funktionsebene erreicht, enthält das reflektierte Licht folglich den P-polarisierten Bestandteil, und der aus der optischen Phasenverschiebungsplatte austretende Lichtstrahl enthält den S-polarisierten Bestandteil, so daß die Intensität des aus dem Polarisationsstrahlenteiler austretenden Lichtstrahls auf unvermeidliche Weise verringert wird.
Außerdem ist die optische Phasenverschiebungsplatte wegen ihrer Wellenlängenabhängigkeit (Dispersion) nicht geeignet, in dem gesamten Wellenlängenbereich eine Phasendifferenz von λ/2 oder λ/4 zu schaffen, so daß das austretende Licht unvermeidlicherweise den S-polarisierten Bestandteil enthält.
Folglich kann bei dem Polarisationsbeleuchtungsgerät, bei welchem ein solcher Polarisationsstrahlenteiler und eine optische Phasenverschiebungsplatte benutzt werden, sich ein Paar aus dem Gerät austretende Lichtstrahlen mit der gleichen Polarisationsrichtung zueinander in den Intensitäten ungleich verhalten, was eine ungleiche Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts verursacht. Überdies können sich die Lichtstrahlen in der Spektralverteilung voneinander unterscheiden, so daß die Farbe des Beleuchtungslichts in Abhängigkeit von der Position der Beleuchtung variieren kann.
Im folgenden wird ein Polarisationsbeleuchtungsgerät, das zur Unterdrückung der Ungleichmäßigkeit in der Intensitätsverteilung oder der Spektralverteilung des Beleuchtungslichts geeignet ist, und eine Bildanzeigevorrichtung erklärt, bei welcher ein derartiges Polarisationsbeleuchtungsgerät zur Anwendung gelangt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Filter zur Korrektur der Ungleichmäßigkeit in der Intensität der paarweise auftretenden Lichtstrahlen angewandt. Dieses optische Filter wird in einen der oder beide Lichtwege der P- und S-polarisierten Bestandteile eingefügt und dient zur Dämpfung der Intensität des einfallenden Lichts.
Das optische Filter kann in unterschiedlichen Ausführungen wie zum Beispiel als ein reflektierendes Filter zur Reflexion des einfallenden Lichts mit gleichzeitiger Dämpfung der Intensität, ein durchlässiges Filter zum Durchlassen des einfallenden Lichts mit gleichzeitiger Dämpfung der Intensität oder ein Filter zur Absorption des einfallenden Lichts benutzt werden.
Außerdem können den paarweise auftretenden Lichtstrahlen im wesentlichen gleiche spektrale Verteilungen gegeben werden, indem die Wellenlängencharakteristiken des optischen Filters in geeigneter Weise reguliert werden.
Das bei der vorliegenden Erfindung anzuwendende optische Filter ist zum Beispiel aus einer mehrlagigen optischen Schicht oder einem normalen farbabsorbierenden Filter aufgebaut. In erster Linie können die gewünschten Charakteristiken durch die Auswahl des Materials und die Regulierung der Dicke der mehrlagigen optischen Schicht erzielt werden.
Außerdem kann der vorhergehend erwähnte Polarisationsstrahlenteiler in geeigneter Weise aufgebaut sein, um die Ungleichmäßigkeit in der Intensität zwischen den paarweise auftretenden Lichtstrahlen zu korrigieren. Da das Intensitätsverhältnis der P- und S-polarisierten Bestandteile durch die Einstellung der die Funktionsebene (Lichtteilungsebene) des Polarisationsstrahlenteilers bildenden dünnen optischen Schicht variiert werden kann, kann die Ungleichmäßigkeit in der Intensität der paarweise auftretenden Lichtstrahlen, die aus der Dispersion der Phasenverschiebungsplatte resultiert, mit Hilfe eines solchen Verfahrens korrigiert werden.
Außerdem kann den optischen Bauteilen wie zum Beispiel den Spiegeln und Prismen zur Ausbildung der optischen Wege der P- und S-polarisierten Bestandteile die Funktion des vorhergehend erwähnten optischen Filters gegeben werden, um die Ungleichmäßigkeit in der Intensität der paarweise auftretenden Lichtstrahlen zu korrigieren. Um einem Spiegel die Funktion eines optischen Filters zu geben, ist der Spiegel aus einem reflektierenden Filter mit einer mehrlagigen optischen dünnen Schicht aufgebaut. Um überdies die Funktion eines optischen Filter einem transparenten Bauteil wie zum Beispiel einem Prisma zu geben, wird bei dessen Herstellung ein Licht-absorbierendes Material in das Material für das Bauteil gemischt.
Bei einem im folgenden erklärten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das mit
einem Polarisationsstrahlenteiler zur Teilung des einfallenden Lichts in einen ersten P-polarisierten Bestandteil und einen ersten S-polarisierten Bestandteil, einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte, die in Kontakt mit einem Endabschnitt der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers positioniert ist und dazu angepaßt ist, den ersten P-polarisierten Bestandteil und den ersten S-polarisierten Bestandteil zu empfangen, und
einem reflektierenden Element zur Reflexion des durch die λ/4-Phasenverschiebungsplatte in Richtung auf die Phasenverschiebungsplatte durchgelassenen ersten P-polarisierten Bestandteils oder ersten S-polarisierten Bestandteils versehene Polarisationsbeleuchtungsgerät, wobei der erste P- polarisierte Bestandteil oder der erste S-polarisierte Bestandteil jeweils mittels der λ/4-Phasenverschiebungsplatte und des reflektierenden Elements in einen zweiten S-polarisierten Bestandteil oder einen zweiten P-polarisierten Bestandteil umgewandelt werden und der erste und der zweite P-polarisierte Bestandteil oder der erste und der zweite S- polarisierte Bestandteil von dem Gerät emittiert werden, mindestens ein einzelnes optisches Filter auf, das in Kontakt mit einem Endabschnitt der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers positioniert ist und dazu angepaßt ist, im Verlauf der Abtrennung des ersten P-polarisierten Bestandteils und des ersten S-polarisierten Bestandteils mittels des Polarisationsstrahlenteilers bis zu der Emission der ersten und zweiten P-polarisierten Bestandteile und der ersten und zweiten S-polarisierten Bestandteile eine Transmission, Reflexion oder Absorption von einem von zwei unterschiedlich polarisierten Bestandteilen auszuführen.
Bei einem später zu erläuternden anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das mit
einem Polarisationsstrahlenteiler mit einer Funktionsebene zum Durchlassen des P-polarisierten Bestandteils des einfallenden Lichtstrahls und zur senkrechten Reflexion von dessen S-polarisierten Bestandteil,
einem reflektierenden Element, das mit seinem einem Endabschnitt senkrecht mit einem Endabschnitt der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers in Kontakt positioniert ist und den durchgelassenen P-polarisierten Bestandteil senkrecht reflektiert,
einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte, die an einem Endabschnitt in einem Winkel von 45º mit einem Endabschnitt der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers in Kontakt positioniert ist und mit einem Endabschnitt der reflektierenden Fläche des reflektierenden Elements in Kontakt ist, und den S-polarisierten Bestandteil empfängt, und
einer reflektierenden Platte versehene Polarisationsbeleuchtungsgerät, deren Position der reflektierenden Ebene nahe der λ/4-Phasenverschiebungsplatte ist, wobei der reflektierte S-polarisierte Bestandteil mittels der λ/4-Phasenverschiebungsplatte und der reflektierenden Platte in einen P-polarisierten Bestandteil umgewandelt wird, und wobei der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil und der durchgelassene P-polarisierte Bestandteil von dem Gerät emittiert werden,
mindestens ein optisches Filter auf, das in Kontakt mit einem Endabschnitt ist, an welchem die Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers und die λ/4-Phasenverschiebungsplatte miteinander in Kontakt sind, wobei das optische Filter
mindestens ein erstes optisches Filter, welches entweder außerdem als das reflektierende Element dient oder in Kontakt damit positioniert ist oder in dessen Nähe positioniert ist,
ein zweites optisches Filter, das auf der Eintrittsseite der λ/4-Phasenverschiebungsplatte positioniert ist, und ein drittes optisches Filter enthält, welches entweder als das reflektierende Element dient, das nahe der λ/4-Phasenverschiebungsplatte positioniert ist, oder in Kontakt mit dem reflektierenden Element positioniert ist oder in dessen Nähe positioniert ist, und einen Teils des einfallenden Lichtstrahls durchläßt, reflektiert oder absorbiert.
Bei diesen zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird einer der mittels des Polarisationsstrahlenteilers geteilten P- und S-polarisierten Bestandteile in die λ/4-Phasenverschiebungsplatte und das reflektierende Element geleitet, um die Polarisationsebene um 90º zu drehen, um mit der des anderen Bestandteils übereinzustimmen, wodurch der einfallende Lichtstrahl mittels der Emission von beiden polarisierten Bestandteilen vollständig angewandt werden kann.
Wenn die Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers und die λ/4-Phasenverschiebungsplatte an einem Endabschnitt in beiderseitigem Kontakt positioniert sind, kann kein Strahl in die λ/4-Phasenverschiebungsplatte eintreten, ohne die Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers zu passieren, oder kann wieder in die Funktionsebene eintreten, ohne die λ/4-Phasenverschiebungsplatte zu passieren.
Der mit Hilfe der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers reflektierte S-polarisierte Bestandteil enthält einen beträchtlichen Anteil des P-polarisierten Bestandteils, der aus nicht senkrecht einfallenden Strahlen resultiert, und auch der mittels der λ/4-Phasenverschiebungsplatte und des reflektierenden Elements erzielte umgewandelte P-polarisierte Bestandteil enthält einen beträchtlichen Anteil des S-polarisierten Bestandteils, da mittels der λ/4- Phasenverschiebungsplatte nicht über den gesamten Wellenlängenbereich eine Phasendifferenz von λ/4 geschaffen werden kann, aber das Reflexionsvermögen des Polarisationsstrahlenteilers für den S-polarisierten Bestandteil kann für sowohl senkrecht als auch nicht senkrecht einfallende Strahlen an 100% angenähert werden.
Auch die zwei emittierten P-polarisierten Bestandteile können sich auf der Basis der Charakteristiken des Polarisationsstrahlenteilers in der Intensität und in der Farbe voneinander unterscheiden, insbesondere der Einfallswinkel ist von dem Lichtdurchlaßgrad des P-polarisierten Bestandteils, der Spektralverteilung der λ/4-Phasenverschiebungsplatte, dem Reflexionsverlust der reflektierenden Ebene, die mit der Phasenverschiebungsplatte in Kontakt ist, dem Reflexionsverlust der reflektierenden Ebene zur senkrechten Reflexion des durch den Polarisationsstrahlenteiler durchgelassenen P-polarisierten Bestandteils usw. abhängig. Das in Kontakt mit einem Endabschnitt der Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers positionierte optische Filter ermöglicht jedoch die Korrektur der Intensität und/oder Farbe unabhängig von den zwei emittierten P-polarisierten Bestandteilen, ohne einen Lichtverlust zu erzeugen, so daß in der Beleuchtungsintensität oder -farbe selbst bei dem parallelen Beleuchtungssystern weder eine Gesamtungleichmäßigkeit noch eine lokale Abweichung in dem mittleren Bereich auftreten.
Fig. 12 ist eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Polarisationsbeleuchtungsgeräts der vorliegenden Erfindung, und Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die dessen optischen Weg zeigt.
Dieses Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 ist mit einem Polarisationsstrahlenteiler 26, der eine Funktionsebene (eine aufgedampfte Schicht, die auf einer diagonalen Ebene ausgebildet ist, in welcher zwei rechtwinklige Prismen aneinander geklebt sind) hat, die den P-polarisierten Bestandteil Lp eines parallelen Lichtstrahl durchläßt, der aus einer Kondensorlinse 4 austritt, während dessen S-polarisierter Bestandteil Ls senkrecht reflektiert wird, einem Prisma 30, das an seinem einen Endabschnitt senkrecht mit einem Endabschnitt der Funktionsebene (Lichtteilungsebene) 26 des Polarisationsstrahlenteilers in Kontakt ist und eine reflektierende Ebene 30a hat, welche mit einem optischen Filter versehen ist und den durchgelassenen P-polarisierten Bestandteil Lp senkrecht zu reflektieren, einer λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27, die an ihrem einen Endabschnitt in einem Winkel von 45º mit einem Endabschnitt der Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 in Kontakt positioniert ist und mit einem Endabschnitt der reflektierenden Ebene 30a des Prismas 30 in Kontakt ist, und den reflektierten S-polarisierten Bestandteil Ls empfängt, und einer reflektierenden Platte 28 versehen, die eine reflektierende Ebene hat, die auf die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 geklebt ist.
Der Polarisationsstrahlenteiler 26 ist derart gewählt, daß er zur Teilung der polarisierten Bestandteile über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere mit einem hohen Reflexionsvermögen für den S-polarisierten Bestandteil geeignet ist, und die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 ist aus einem optischen Kristall aufgebaut, der zur Schaffung einer Phasendifferenz von λ/4 ungefähr in der Mitte des zu nutzenden Wellenlängenbereichs geeignet ist.
Die reflektierende Platte 28 ist mit einer reflektierenden Ebene versehen, die aus einer aufgedampf ten Aluminiumschicht aufgebaut ist. Die reflektierende Ebene 30a ist, wie später erklärt wird, von der Seite des Strahlenteilers 26 aus gesehen, nacheinander mit einer aufgedampften Aluminiumschicht und einem absorbierenden Filter versehen, der eine schwache Absorption eines Teils, insbesondere von roten und blauen Bereichen des einfallenden Lichts zeigt.
Bei dem vorliegenden Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 wird der aus der Kondensorlinse 4 austretende parallele Lichtstrahl jeweils durch Transmission und senkrechte Reflexion mittels der Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 in den P-polarisierten Bestandteil Lp und den S-polarisierten Bestandteil Ls geteilt. Der reflektierte S-polarisierte Bestandteil erreicht die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27, wird dann durch die reflektierende Ebene der reflektierenden Platte 28 reflektiert, und wird erneut durch die Phasenverschiebungsplatte 27 durchgelassen, wodurch er einer Drehung der Polarisationsebene um 90º unterzogen wird und folglich in einen P-polarisierten Bestandteil Lp* umgewandelt wird, welcher durch die Funktionsebene 26a durchgelassen wird und aus dem Polarisationsstrahlenteiler austritt. Andererseits wird der durchgelassene P-polarisierte Bestandteil Lp mittels der reflektierenden Ebene 30a des Prismas 29 senkrecht reflektiert, und tritt parallel zu dem umgewandelten P-polarisierten Bestandteil Lp*, aber entlang eines anderen Lichtwegs aus dieser aus.
Außerdem werden bei dem vorliegenden Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 alle Lichtstrahlen, die den Polarisationsstrahlenteiler 26 erreichen, durch dessen Funktionsebene 26a empfangen, wie durch Strahlen α&sub1;, α&sub2; und α&sub3; in Fig. 13 gezeigt ist, und werden in die P-polarisierten Bestandteile Lp und die S-polarisierten Bestandteile Ls geteilt. Auch die S-polarisierten Bestandteile Ls werden alle mittels der Phasenverschiebungsplatte 27 empfangen und werden der Drehung der Polarisationsebene unterzogen. Umgekehrt erreichen die P-polarisierten Bestandteile Lp nie die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27. Der P-polarisierte Bestandteil Lp, der von dem Prisma 30 emittiert wird, und der umgewandelte P- polarisierte Bestandteil Lp*, der aus dem Polarisationsstrahlenteiler 26 emittiert wird, sind auch bezüglich eines arbiträren Strahls in der vertikalen Richtung zueinander symmetrisch. Selbst wenn der in den Polarisationsstrahlenteiler einfallende Lichtstrahl zum Beispiel durch eine Positionsverschiebung der Lichtquelle 1 unsymmetrisch wird, kann folglich an dem Schnittpunkt des P-polarisierten Bestandteils Lp und des umgewandelten P-polarisierten Bestandteils Lp* eine plötzliche Änderung in der Beleuchtungsintensität verhindert werden.
Aus der Kondensorlinse 4 austretende Strahlen, welche nicht parallel zu der optischen Achse sind, wie zum Beispiel der in Fig. 13 gezeigte α&sub1; und α&sub3;, erreichen den Polarisationsstrahlenteiler 26 nicht senkrecht, so daß auch der Einfallswinkel zu der Funktionsebene 26a von 45º abweicht. Folglich enthält der mittels der Funktionsebene 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 reflektierte S-polarisierte Bestandteil den P-polarisierten Bestandteil von solchen nicht parallelen Strahlen. Außerdem enthält das mittels der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 und der reflektierenden Platte 28 umgewandelte Licht den S-polarisierten Bestandteil, da die durch die Phasenverschiebungsplatte 27 geschaffene Phasendifferenz mit einer Dispersion in Abhängigkeit von der Wellenlänge verbunden ist. Da jedoch das Reflexionsvermögen des Polarisationsstrahlenteilers 26 für den S-polarisierten Bestandteil für sowohl die parallel als auch die nicht parallel einfallenden Strahlen hoch sein kann, kann durch den Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein ausreichend hohes Depolarisationsverhältnis in dem emittierten P-polarisierten Licht Lp* geschaffen werden.
Im Verlauf der Reflexion des S-polarisierten Bestandteils Ls durch den Polarisationsstrahlenteiler 26, und dessen Umwandlung in der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 und der reflektierenden Platte 28 in die P-polarisierten Bestandteile Lp*, wie in Fig. 12 gezeigt ist, wird die Intensität des P-polarisierten Bestandteils Lp* auf das T R-fache der des S-polarisierten Bestandteils Ls reduziert, wobei T die Drehung der Polarisationsebene bei zwei Durchgängen (Durchgang und Rücklauf) durch die Phasenverschiebungsplatte 27 ist, während R das Reflexionsvermögen der reflektierenden Platte 28 ist, so daß sich die emittierten P-polarisierten Bestandteile Lp, Lp* in der Intensität und in der Farbe voneinander unterscheiden. Der reflektierenden Ebene 30a kann zur Verhinderung solcher Unterschiede ein Dämpfungseffekt gegeben werden. Beispiele des Aufbaus einer solchen reflektierenden Ebene sind in Fig. 14 bis 18 gezeigt, wobei gleiche Bauteile wie in Fig. 12 durch die gleichen Zahlen repräsentiert werden.
In Fig. 14 sind eine reflektierende Ebene 29c, die aus einer aufgedampften Aluminiumschicht aufgebaut ist, die auf der Oberfläche des Prismas 30 ausgebildet ist, und ein Licht-absorbierendes Filter 29b gezeigt. Der durch den Polarisationsstrahlenteiler 26 durchgelassene P-polarisierte Bestandteil Lp wird teilweise mittels des Filters 29b absorbiert, dann mit Hilfe der reflektierenden Ebene 29c senkrecht reflektiert, erneut mittels des Filters 29c absorbiert und als der P-polarisierte Bestandteil Lp' mit festgelegter Intensität und Spektralverteilung emittiert. Die Extinktion des absorbierenden Filters 29b für Bestandteile unterschiedlicher Wellenlängen ist derart eingestellt worden, daß beide P-polarisierten Bestandteile Lp' und Lp* einander in Intensität und Farbe (Spektralverteilung) gleich werden.
In Fig. 15 sind haibreflektierende Ebenen (Halbspiegel) 29d, 29e, die zum Beispiel aus mehrfachen optischen Schichten aufgebaut sind, stufenweise auf den diagonalen Flächen des Prismas 30 ausgebildet. Der durch den Polarisationsstrahlenteiler 26 durchgelassene P-polarisierte Bestandteil Lp wird mittels der halbreflektierenden Ebenen 29d teilweise reflektiert, aber der restliche Teil wird durchgelassen. Dieser Teil wird mittels einer reflektierenden Ebene 29c, die aus einer aufgedampften Aluminiumschicht aufgebaut ist, senkrecht reflektiert und erreicht die halbreflektierenden Ebenen 29e. Der mittels der halbreflektierenden Ebenen 29d reflektierte Teil wird als ein P-polarisierter Bestandteil durch den Polarisationsstrahlenteiler 26 durchgelassen. Andererseits wird der die halbreflektierenden Ebenen 29e erreichende P-polarisierte Bestandteil teilweise reflektiert, und der reflektierte Abschnitt kehrt mittels der reflektierenden Ebene 29c zu den halbreflektierenden Ebenen 29d zurück, während der restliche Teil durch die halbreflektierenden Ebenen 29c durchgelassen wird und als ein Ppolarisierter Bestandteil Lp' emittiert wird. Das durch die halbreflektierenden Ebenen 29e reflektierte und zu den halbreflektierenden Ebenen 29d zurückkehrende Licht wird teilweise als der P-polarisierte Bestandteil Lp'" durchgelassen, und der restliche Teil wird wieder reflektiert und breitet sich in Richtung auf die reflektierende Ebene 29c aus. Der vorhergehend erklärte Ablauf wird wiederholt, wodurch der P-polarisierte Bestandteil in Lp' und Lp'" geteilt wird. Folglich sind das Reflexionsvermögen und der Lichtdurchlaßgrad der halbreflektierenden Ebenen 29d, 29e derart zu wählen, daß die P-polarisierten Bestandteile Lp' und Lp* einander in Intensität und Farbe gleich werden. Auch für den Fall, daß nur eine der halbreflektierenden Ebenen 29d und 29e angewandt wird, können bei geeigneter Auswahl von deren Reflexionsvermögen und Lichtdurchlaßgrad ähnliche Vorteile erwartet werden. Ein Bereich 29f, der durch die reflektierenden Ebenen 29c, 29d und 29e umgeben ist, kann auch mit Glas mit einem festgelegten Reflexionsindex gefüllt (ausgebildet) sein, wodurch es ermöglicht wird, die Totalreflexion an der Übergangsfläche zu Luft zur Anwendung zu bringen, und folglich auf die aus einer aufgedampften Aluminiumschicht aufgebaute reflektierende Ebene 29c zu verzichten.
Gemäß Fig. 16 sind eine mehrschichtige Schicht 299 und eine absorbierende Schicht 29b zur Absorption des durch die Schicht 29g durchgelassenen Lichts geschaffen. Die gegenseitige optische Adhäsion von beiden Schichten erlaubt die Regulierung des Aufbaus der Schicht 29g, wodurch deren Reflexionsvermögen für den P-polarisierten Bestandteil Lp auf eine solche Weise gesteuert wird, daß der P-polarisierte Bestandteil Lp' gleich dem P-polarisierten Bestandteil Lp* wird.
Gemäß Fig. 17 sind ein optisches Filter 29i, welches eine auf einer reflektierenden Ebene des Prismas 30 ausgebildete mehrlagige optische Schicht 29i ist, und ein Prisma 29j vorgesehen, das optisch auf die Schicht 29i geklebt ist. Die Schicht 29i ist derart aufgebaut, daß sich die P-polarisierten Bestandteile Lp' und Lp* in Intensität und Farbe einander im wesentlichen gleichen.
Bei dem Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 mit den in Fig. 12 bis 17 gezeigten Bauformen kann ein Verlust des in den Polarisationsstrahlenteiler 26 einfallenden Lichts durch Transmission oder Absorption durch die Phasenverschiebungsplatte 27 resultieren, wenn es schräg in die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 eintritt, wie durch einen Strahl γ in Fig. 13 beispielhaft veranschaulicht ist. Ein derartiger Lichtverlust kann jedoch durch die Ausbildung einer optischen mehrlagigen Schicht, welche einen Strahl mit einem großen Einfallswinkel wie zum Beispiel den Strahl γ reflektiert, aber den normalen Strahl mit einem kleineren Einfallswinkel durchläßt, auf der Verbindungsebene des Polarisationsstrahlenteilers 26 und der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 verhindert werden
Wie im vorhergehenden erklärt ist, kann mittels des vorliegenden Polarisationsbeleuchtungsgeräts 121 der Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad verbessert werden, da sowohl der P-polarisierte Bestandteil Lp als auch der S-polarisierte Bestandteil Ls, die mittels des Polarisationsstrahlenteilers 26 geteilt werden, zur Beleuchtung des Flüssigkristall- Lichtventils (nicht gezeigt) ausgenutzt werden können. Außerdem kann die Unsymmetrie der Beleuchtungsintensitätsverteilung, welche bei dem parallelen Beleuchtungssystem mit dem P-polarisierten Bestandteil Lp und dem umgewandelten P- polarisierten Bestandteil Lp* ein Problem dargestellte, auf drastische Weise reduziert werden, und es kann eine Reduzierung des Abstands zwischen dem Polarisationsbeleuchtungsgerät und dem Lichtventil erzielt werden, was ein Ziel ist, das bei dem in Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Beleuchtungssystem mit synthetisiertem Licht schwierig zu erreichen war, wodurch die erhöhte Kompaktheit der Bildanzeigevorrichtung ermöglicht wird, bei welcher das Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Das Prisma 30 kann mit einem angrenzend dem Prisma 30 positionierten rechtwinkligen Prisma des Polarisationsstrahlenteilers auf einstückige Weise ausgebildet sein.
Bei den vorhergehend erklärten Ausführungsbeispielen sind die optischen Filter auf einstückige Weise auf dem Prisma 30 ausgebildet, aber derartige optische Filter können natürlich auch getrennt ausgebildet sein. Überdies können derartige optische Filter in dem optischen Weg des P-polarisierten Bestandteils Lp nach dem Austritt aus dem Prisma 30 und/oder in dem optischen Weg des P-polarisierten Bestandteils Lp* nach dem Austritt aus dem Strahlenteiler 26 vorgesehen sein.
Bei der vorliegenden Erfindung kann außerdem zusätzlich zu den Filtern, die sowohl zur Regulierung der Lichtmenge (Intensität) als auch der Farbe (Spektralverteilung) geeignet sind, wie zum Beispiel die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigten Filter, auch ein Filter zur Regulierung von nur der Intensität wie zum Beispiel ein Neutralfilter (ND) angewandt werden. Es ist außerdem möglich, die Intensität mit einem Neutralfilter und die Farbe mit einem Farbfilter durch Positionierung dieser Filter in mindestens einem der optischen Wege für de P-polarisierten Bestandteile Lp, Lp* zu regulieren. Überdies kann in das Prisma 30 oder Prismen, welche den Strahlenteiler 26 bilden, ein farbabsorbierendes Material gemischt werden, um diese Bauteile mit einer Filterfunktion zu versehen.
Fig. 18 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei der Aufbau mit Ausnahme der reflektierenden Ebenen 28 und 30a der gleiche wie der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen in Fig. 12 bis 17 gezeigte Aufbau ist und deshalb nicht erklärt wird.
Die λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 ist derart gestaltet, daß im grünen Wellenlängenbereich eine Phasendifferenz von λ/4 geschaffen wird. Folglich besteht die Funktion der Phasenverschiebungsplatte 27 darin, die Polarisationsebene in dem grünen Wellenlängenbereich bei zwei Durchgängen des Lichts um ungefähr 90º zu drehen, wobei aber der Prozentsatz der Umwandlung aus einem einfallenden polarisierten Bestandteil in den orthogonal polarisierten Bestandteil in den roten und blauen Wellenlängenbereichen, deren mittlere Wellenlängen sich um ungefähr 100 nm von der des grünen Wellenlängenbereichs unterscheiden, um ungefähr 90 % abnimmt. Wenn die reflektierenden Ebenen 28 und 30a das gleiche Reflexionsvermögen haben, wird folglich der durch die reflektierende Ebene 28 reflektierte P-polarisierte Bestandteil Lp* in den roten und blauen Wellenlängenbereichen um ungefähr 10 % schwächer in der Intensität als der durch die reflektierende Ebene 30a reflektierte P-polarisierte Bestandteil Lp'.
Wie im folgenden erklärt wird, ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, eine solche Ungleichmäßigkeit in der Intensität und in der Farbe zwischen den polarisierten Bestandteilen Lp* und Lp' zu beseitigen.
Die reflektierende Ebene 28 ist, von der Seite des Strahlenteilers 26 aus hintereinander betrachtet, aus einer mehrlagigen Schicht 28b und einer aufgedampften Aluminiumschicht 28a aufgebaut. Auch die reflektierende Ebene 30a ist, von der Seite des Prismas 30 aus gesehen, aus einer mehrlagigen Schicht 29k und einer aufgedampften Aluminiumschicht 29c aufgebaut.
Das Reflexionsvermögen von Aluminium ist im sichtbaren Wellenlängenbereich höchstens ungefähr 90 %. Andererseits kann das Reflexionsvermögen der mehrlagigen Schichten 28b, 29k in Abhängigkeit von dem Schichtaufbau sehr willkürlich innerhalb eines Bereichs von 0 bis 100 % ausgewählt werden. Andererseits kann mit Hilfe von Aluminium unabhängig von dessen Dicke auf einfache Weise ein stabiles Reflexionsvermögen erzielt werden, aber die mehrlagige Schicht erfordert zur Erzielung von stabilen Reflexionscharakteristiken einen genau gesteuerten Schichtausbildungsprozeß, wenn das Reflexionsvermögen stark von der Schichtdicke abhängt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede der reflektierenden Ebenen 28, 30 aus einer Kombination aus einer Metallschicht, insbesondere einer Aluminiumschicht, mit Hilfe von welcher trotz eines gewissen Reflexionsverlusts auf einfache Weise ein stabiles Reflexionsvermögen geschaffen werden kann, und einer mehrlagigen Schicht aufgebaut, welche eine größere Freiheit in der Auswahl des Reflexionsvermögens schafft, wodurch eine stabile und empfindliche Steuerung der Differenz von ungefähr 10 % in der Intensität und in der Farbe zwischen den P-polarisierten Bestandteilen Lp' und Lp* ermöglicht wird, die aus den der λ/4-Phasenverschiebungsplatte eigenen Dispersionscharakteristiken resultiert, wie im folgenden detaillierter erklärt wird.
Fig. 19A, 19B bzw. 19C zeigen das Reflexionsvermögen einer Aluminiumschicht, das Reflexionsvermögen einer mehrlagigen Schicht und das Gesamt-Reflexionsvermögen einschließlich der Mehrfachreflexionen zwischen beiden Schichten beim Fehlen von gegenseitiger Interferenz zwischen den mittels der Schichten reflektierten Lichtstrahlen. Ein nicht von der Aluminiumschicht reflektierter Teil geht verloren. Das Gesamt-Reflexionsvermögen Rtot ist wie folgt bestimmt:
Rtot = R+r-2HR/1-rR
(= r + (1 - r)R(1 - r) + (1 - r)RHR(1 - r) + ...)
wobei r : Reflexionsvermögen der mehrlagigen optischen Schicht
R : Reflexionsvermögen von Aluminium.
Wie in Fig. 19C gezeigt ist, ist der Schwankungsbereich bei dem Gesamt-Reflexionsvermögen Rtot mehrfach bis zehnfach kleiner als bei dem Reflexionsvermögen der mehrfachen Schicht, so daß das Gesamt-Reflexionsvermögen Rtot wenig durch eine bestimmte Schwankung des Reflexionsvermögens der mehrlagigen Schicht beeinflußt wird.
Infolgedessen ist es auch durch die Regelung des Reflexionsvermögens der mehrlagigen Schichten 28b, 29k relativ leicht, das Gesamt-Reflexionsvermögen mit einer Genauigkeit von 1 % oder weniger zu regeln.
Für den Fall, daß die Aluminiumschicht und die mehrlagige Schicht in gegenseitigem Kontakt sind oder nur um einen Abstand in der Größenordnung der Wellenlänge voneinander getrennt sind, muß die mehrlagige Schicht unter Berücksichtigung der Interferenz der reflektierten Lichtstrahlen aus beiden Schichten gestaltet werden. Es wird jedoch das gleiche Basisprinzip zur Regelung des Reflexionsvermögens über das Reflexionsvermögen von Aluminium von 90 % mittels der mehrlagigen Schicht angewandt, so daß die Steuerung des Reflexionsvermögens im Vergleich zu der Steuerung mittels der mehrlagigen Schicht allein einfacher ist.
Im folgenden werden zwei Kombinationen der in Fig. 18 gezeigten reflektierenden Ebenen 28, 30b erklärt.
Bei der ersten Kombination ist die mehrlagige Schicht 28b in der reflektierenden Ebene 28 derart gestaltet, daß die Aluminiumschicht 28a mit einer Reflexions-steigernden Wirkung mit geringer Wellenlängenabhängigkeit im sichtbaren Bereich versehen ist, wodurch der Reflexionsverlust der reflektierenden Ebene 28 minimiert wird. Andererseits steigert die mehrlagige Schicht 29k in der reflektierenden Ebene 30a die Reflexion der Aluminiumschicht 29c in dem grünen Wellenlängenbereich stark und in dem roten und blauen Wellenlängenbereich schwach, wodurch die aus dem Einfluß der Phasenverschiebungsplatte 27 resultierenden Ungleichmäßigkeiten in der Intensität und in der Farbe der P-polarisierten Bestandteile Lp' und Lp* unterdrückt werden. Dieser Aufbau schafft den höchsten Lichtausnutzungs-Wirkungsgrad.
Bei der zweiten Kombination versieht die mehrlagige optische, Schicht 28b in der reflektierenden Ebene 28 die Aluminiumschicht 28a mit einer Reflexionssteigerung, die in dem grünen Wellenlängenbereich schwach ist und in den roten und blauen Wellenlängenbereichen stark ist, wodurch die Charakteristiken der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 aufgehoben werden und ein P-polarisierter Bestandteil Lp* erzielt wird, der in der Intensität der roten, grünen und blauen Farbe ausgeglichen ist. Andererseits versieht die mehrlagige optische Schicht 29k in der reflektierenden Ebene 30a die Aluminiumschicht 29c mit einer Reflexionssteigerung mit geringer Wellenlängenabhängigkeit im sichtbaren Bereich auf eine solche Weise, daß die P-polarisierten Bestandteile Lp' und Lp* in Intensität und Farbe ausgeglichen werden.
Fig. 20 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das ein absorbierendes oder reflektierendes Farbfilter 31 und eine total reflektierende Ebene 30a des Prismas 30 hat. Das einfallende Licht erreicht von der rechten Seite ein Prisma 26 und wird mittels der Funktionsebene 26a in den P-polarisierten (durchgelassenen) Bestandteil Lp und den S-polarisierten (reflektierten) Bestandteil Ls geteilt. Der P-polarisierte Bestandteil wird mittels der eine Grenzfläche mit Luft bildenden reflektierenden Ebene 30a des Prismas 30 reflektiert und tritt nach oben aus. Der S-polarisierte Bestandteil wird durch das Farbfilter 31 durchgelassen, wird dann mittels der Drehung der Polarisationsebene um 90º in der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 und der reflektierenden Platte 28 in einen P-polarisierten Bestandteil umgewandelt, wird dann in entgegengesetzter Richtung erneut durch den Farbfilter 31 durchgelassen, wird weiter durch die Funktionsebene 26a durchgelassen und nach oben emittiert. Das Farbfilter 31 hat spektrale Charakteristiken zur Korrektur der Spektralverteilung des polarisierten Bestandteils, der zu der Funktionsebene 26a zurückkehrt, nachdem er in der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 und der reflektierenden Platte 28 in die Spektralverteilung des P-polarisierten Bestandteils Lp umgewandelt wurde. Folglich haben die P-polarisierten Bestandteile Lp, Lp* die gleiche Spektralverteilung oder die gleiche Farbe.
Fig. 21 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein reflektierendes mehrschichtiges Farbfilter 28 in Kontakt mit der X/4-Phasenverschiebungsplatte 27 geschaffen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Korrektur der Farbe (Spektralverteilung) bewirkt, wenn der von der Ebene 26a und durch die Phasenverschiebungsplatte 27 kommende S-polarisierte Bestandteil mittels des reflektierenden Farbfilters 28 reflektiert wird. Die Spektralcharakteristik des reflektierenden Farbfilters 28 ist derart gewählt, daß die Spektralverteilungen der P-polarisierten Bestandteile Lp und Lp* einander gleich werden, so daß beide Bestandteile die gleiche Farbe haben.
Fig. 22 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem in Fig. 12 gezeigten darin, daß der durch die Funktionsebene 36a des Polarisationsstrahlenteilers 36 durchgelassene P-polarisierte Bestandteil Lp unmittelbar aus diesem emittiert wird, während der mittels der Funktionsebene 36a reflektierte S-polarisierte Bestandteil Ls mittels der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 37 und der reflektierenden Platte 38 in den P-polarisierten Bestandteil Lp* umgewandelt wird, dann mittels der total reflektierenden Ebene 39a des total reflektierenden Prismas 39 senkrecht reflektiert wird und parallel zu dem vorhergehend erwähnten P-polarisierten Bestandteil Lp aus diesem emittiert wird. Die P-polarisierten Bestandteile Lp, Lp* werden durch Hinzufügen eines absorbierenden oder reflektierenden optischen Filters, der vorhergehend erklärt wurde, zu der reflektierenden Platte 38 oder der reflektierenden Ebene 39a auf eine gleiche Farbe eingestellt.
Das vorhergehend erklärte Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 kann ohne die Hinzufügung von anderen optischen Bauteilen die Richtung von emittierten Strahlen mit der des einfallenden Strahls in Übereinstimmung bringen. Das Gerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann inkompatibel mit nicht parallel gerichteten Licht sein, da der P-polarisierte Bestandteil Lp und der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil Lp* unterschiedliche optische Weglängen haben, aber bringt andere Vorteile hervor, die denen des in Fig. 12 gezeigten Geräts gleichen.
Das total reflektierende Prisma 39 kann mit einem angrenzend dem total reflektierenden Prisma positionierten rechtwinkligen Prisma des Polarisationsstrahlenteilers 36 auf einstückige Weise ausgebildet sein.
Bei den in Fig. 20 bis 22 gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Unsymmetrie der Intensitäten der P-polarisierten Bestandteile Lp, Lp* durch die Positionierung eines absorbierenden Filters wie zum Beispiel eines Neutralfilter in wenigstens einem der optischen Wege der Bestandteile korrigiert werden.
An Stelle des Gebrauchs eines solchen optischen Filters können außerdem die Charakteristiken des Polarisationsstrahlenteilers auf geeignete Weise geregelt werden, um die aus der Dispersion der Phasenverschiebungsplatte resultierende Intensitätsungleichmäßigkeit zu korrigieren.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Bildanzeigevorrichtung erklärt, bei welchem das Polarisationsbeleuchtungsgerät des vorliegenden Erfindung in Kombination mit anderen optischen Bauteilen angewandt wird.
Fig. 23A und 23B sind jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht, die den Hauptteil dieses Ausführungsbeispiels zeigen.
Die Bildanzeigevorrichtung ist mit einer Lichtquelleneinheit 110, einem in einer der Fig. 12 bis 21 gezeigten Pola risationsbeleuchtungsgerät 121, einem Spiegel 77, um den Lichtstrahl aus dem Gerät 121 senkrecht nach unten zu reflektieren, einem Polarisationsstrahlenteiler 78, um den S- polarisierten Bestandteil des mittels des Spiegels 77 reflektierten Lichtstrahls senkrecht in Richtung auf das Polarisationsbeleuchtungsgerät 121 zu reflektieren, während der P-polarisierte Bestandteil des Lichtstrahls durchgelassen wird, und einem dichroitischen Kreuzprisma 112 versehen, das mit einer Seitenfläche auf die Ernittierungsebene für den S-polarisierten Bestandteil des Polarisationsstrahlenteilers 78 geklebt ist, und an den anderen drei Seitenflächen reflektierende Flüssigkristall-Lichtventile 75R, 75G, 75B für rote, grüne und blaue Farbe trägt, und bildet zusammen mit einer Projektionslinse 113, die auf einer Seite des Polarisationsstrahlenteilers 78 gegenüber dem dichroitischen Kreuzprisma 112 positioniert ist, einen Projektor.
Ein paralleler weißer Lichtstrahl von der Lichtquelleneinheit 100 erreicht das Polarisationsbeleuchtungsgerät 121, welches, wie in Fig. 12 bis 21 gezeigt ist, den P-polarisierte Bestandteil des weißen parallelen Lichtstrahls und den mittels der λ/4-Phasenverschiebungsplatte 27 und die reflektierende Platte 28 umgewandelten P-polarisierten Bestandteil zu dem Spiegel 77 emittiert (der P-polarisierte Bestandteil und der umgewandelte P-polarisierte Bestandteil werden im folgenden insgesamt P-polarisierte Strahlen genannt). Die P-polarisierten Strahlen werden mit Hilfe des Spiegels 77 total reflektiert und treten in den Polarisationsstrahlenteiler 78 ein. Wenn die P-polarisierten Strahlen mit Bezug auf die Funktionsebene des Polarisationsstrahlenteilers 78 eine S-polarisierte Ebene haben, werden diese mittels der Funktionsebene reflektiert und erreichen das dichroitische Kreuzprisma 112. Die P-polarisierten Strahlen werden mittels der reflektierenden Flüssigkristall-Lichtventile 75R, 75G, 75B moduliert, und die resultierenden Strahlen treten in den Polarisationsstrahlenteiler 78 ein, welcher als eine Analyseeinrichtung dient, wobei die durch den Polarisationsstrahlenteiler 78 durchgelassenen reflektierten Bestandteile mittels der Projektionslinse 113 auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert werden, wodurch auf dem Bildschirm ein Bild ausgebildet wird.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Korrektur auf die aus der Dispersion bei einer Phasenverschiebungsplatte resultierende Ungleichmäßigkeit in der Intensität bei einem Paar von Lichtstrahlen gerichtet worden, aber es kann eine zusätzliche Korrektur vorgesehen sein, um die Ungleichmäßigkeit zu korrigieren, die aus der Dispersion in dem Polarisationsstrahlenteiler resultiert. Außerdem kann die Phasenverschiebungsplatte aus einem optischen Kristall, einer Schicht oder einem Flüssigkristall aufgebaut sein.

Claims

1. Polarisationsbeleuchtungsgerät (121) zur Umwandlung eines von einer Strahlungsquelle (1, 110) emittierten Strahls (Ls + Lp) in einen polarisierten Strahl (Lp, Lp*, Lp', Lp*), wobei das Gerät einen Polarisationsstrahlenteiler (26, 36) zur Teilung des von der Strahlungsquelle (1, 110) emittierten Strahls (Ls + Lp) in einen ersten Strahl (Ls) und einen zweiten Strahl (Lp, Lp') mit zueinander orthogonalen Polarisationsebenen, eine Anordnung aus einer 1/4-Wellenlängen-Platte (27, 37) und einem ersten Spiegel (28, 38) zur Drehung der Polarisationsebene des ersten Strahls (Ls), um einen dritten Strahl (Lp*) mit einer Polarisationsebene zu erzeugen, welche gleich der des zweiten Strahls (Lp, Lp') ist, und einen zweiten Spiegel (30a, 39a) aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß der zweite und der dritte Strahl (Lp, Lp'/Lp*) in eine gleiche festgelegte Richtung gelenkt werden, gekennzeichnet durch ein optisches Filter (28b, 31), welches derart angeordnet ist, daß der zweite und der dritte Strahl (Lp, Lp'/Lp*) in Intensität und/oder Farbe einander gleich werden.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Polarisationsstrahlenteiler (26) dazu angepaßt ist, den ersten Strahl (Ls) durch Reflexion des S-polarisierten Bestandteils des Strahls (Ls + Lp) der Strahlungsquelle (1) zu erzeugen, und den zweiten Strahl (Lp) durch Durchlassen des P-polarisierten Bestandteils des Strahls (Ls + Lp) der Strahlungsquelle (1) zu erzeugen.

3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Spiegel (28) oder der zweite Spiegel (30a) mit dem optischen Filter (28b) versehen ist.

4. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Filter (31) zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler (26) und der Anordnung, welche die 1/4-Wellenlängen-Platte (27) und den ersten Spiegel (28) aufweist, vorgesehen ist.

5. Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Filter (28b, 31) einen mehrlagigen Aufbau hat.

6. Bildanzeigevorrichtung mit einer Strahlungsquelle (1), einem Generator (75) zur Erzeugung eines Bilds durch Modulation eines polarisierten Strahls (Lp, Lp*, Lp', Lp*) und einer Lenkeinrichtung zum Lenken eines Strahls (Ls + Lp) aus der Strahlungsquelle (1) zu dem Generator (75), wobei die Lenkeinrichtung ein Polarisationsbeleuchtungsgerät (121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Lenkeinrichtung einen Kollimator (4) zur Umwandlung des Strahls (Ls + Lp) aus der Strahlungsquelle (1) in einen im wesentlichen parallelen Strahl hat, welcher in das Polarisationsbeleuchtungsgerät (121) geführt wird.

8. Projektor mit einer Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7 und einem optischen Projektionssystem (113), um das mittels des Generators (75) erzeugte Bild auf eine vorbestimmte Ebene zu projizieren.

9. Projektor gemäß Anspruch 8, der ferner einen dichroitischen Kreuzspiegel (112) aufweist, auf welchen der zweite und dritte Strahl (Lp, Lp*) gelenkt werden, wobei der Generator (75) aufweist,

einen ersten Lichtmodulator (75G) zur Modulation und Reflexion des polarisierten Strahls für einen ersten Farbbestandteil (G) der Strahlen (Lp, Lp*), die entlang einer ersten Richtung durch den dichroitischen Kreuzspiegel (112) durchgelassen werden, und zur Erzeugung eines Strahls, der ein erstes Bild anzeigt,

einen zweiten Lichtmodulator (75B) zur Modulation und Reflexion des polarisierten Strahls für einen zweiten Farbbestandteil (B) der Strahlen (Lp, Lp*), die mittels des dichroitischen Kreuzspiegels (112) in eine zweite Richtung reflektiert werden, und zur Erzeugung eines Strahls, der ein zweites Bild anzeigt, und

einen dritten Lichtmodulator (75R) zur Modulation und Reflexion des polarisierten Strahls für einen dritten Farbbestandteil (R) der Strahlen (Lp, Lp*), die mittels des dichroitischen Kreuzspiegels (112) in eine dritte Richtung reflektiert werden, und zur Erzeugung eines Strahls, der ein drittes Bild anzeigt,

wobei das optische Projektionssystem (113) dazu geeignet ist, die Strahlen, welche das erste, zweite bzw. dritte Bild anzeigen, mittels des dichroitischen Kreuzspiegels (112) und des Polarisationsstrahlenteilers (26) des Polarisationsbeleuchtungsgeräts zu empfangen, und mittels der Strahlen ein Farbbild zu projizieren.

10. Projektor gemäß Anspruch 9, wobei jeder der Lichtmodulatoren (75G, 75B, 75R) aus einer Flüssigkristalltafel aufgebaut ist.