DE19607510C2

DE19607510C2 - LCD-Projektor und Verfahren zum Teilen eines Lichtflusses

Info

Publication number: DE19607510C2
Application number: DE19607510A
Authority: DE
Inventors: Masato Noguchi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2016-02-29
Also published as: JP3417757B2; JPH08297283A; US5812223A; DE19607510A1

Description

Die Erfindung betrifft einen LCD-(Flüssigkristallanzeige)- Projektor zum Projizieren eines Farbbildes auf einen Schirm und ein Verfahren zum Teilen eines mit einer Weißlichtquelle erzeugten regellos polarisierten Lichtflusses in einem LCD-Projektor in verschiedene Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlänge und Polarisation.

Bisher hat ein Farb-LCD-Projektor eine Lichtquelle, die re gellos polarisiertes weißes Licht abgibt. Der von der Licht quelle abgegebene Lichtfluß wird mit mehreren dichroitischen Spiegeln in drei Lichtflußkomponenten aufgeteilt, nämlich in blaues, grünes und rotes Licht. Jede Lichtflußkomponente wird durch ein LCD-Feld geleitet, das den Lichtfluß entsprechend Bilddaten moduliert, die durch ein Videosignal bereitgestellt werden. Die Lichtflußkomponenten werden dann wieder kombi niert und auf einen Schirm projiziert. Eine Polarisations platte ist zwischen der Lichtquelle und dem LCD-Feld angeord net, um die Polarisationsrichtung des Lichtflusses, der auf jedes LCD-Feld fällt, gleich zu machen. Durch Lichtverlust an der Polarisationsplatte ist die auf den Schirm projizierte Lichtmenge nur noch die Hälfte der von der Lichtquelle abge gebenen Lichtmenge. Deshalb ist der Schirm im Vergleich zu dem von der Lichtquelle abgegebenen Licht dunkel.

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein LCD-Projektor vorge schlagen, bei dem weitgehend das gesamte Licht der Licht quelle auf den Schirm projiziert wird. Wie Fig. 1 zeigt, fällt bei diesem Projektor der von der Lichtquelle 1 erzeugte Lichtfluß auf einen polarisierenden Strahlenteiler. Eine P- polarisierte Lichtkomponente fällt durch den polarisierenden Strahlenteiler 2 auf ein LCD-Feld 3a. Ferner wird eine S-po larisierte Lichtkomponente, die an dem polarisierenden Strah lenteiler polarisiert wird, farblich mit dichroitischen Spie geln 4a und 4b aufgeteilt und fällt dann auf ein rotes, ein grünes und ein blaues LCD-Feld 3b, 3C und 3d. Die Licht flüsse, die durch jedes LCD-Feld 3a, 3b, 3C und 3d fallen, werden mit den durch das Videosignal bereitgestellten Bildda ten moduliert und dann zu einem einzigen Lichtfluß mit dichroitischen Spiegeln 5a, 5b und einem polarisierenden Strahlenteiler 6 kombiniert. Dann wird der kombinierte Licht fluß mit einem Projektionsobjektiv 7 auf einen Schirm 8 pro jiziert.

Der polarisierende Strahlenteiler 2 muß eine Reflexionsei genschaft für das S-polarisierte Licht haben, wie Fig. 2 zeigt, wo das gesamte sichtbare Licht vollständig reflektiert wird. Dies ist nötig, wenn das durchgelassene und das reflek tierte Licht weiß sein sollen.

Berücksichtigt man aber den Schichtaufbau bei dem polarisie renden Strahlenteiler 2, so ist es schwierig, hier die in Fig. 2 gezeigten idealen spektralen Reflexionseigenschaften zu realisieren. Es ist daher möglich, daß der polarisierende Strahlenteiler 2 nicht alles Licht innerhalb des gesamten sichtbaren Bereichs vollständig reflektieren kann. Wenn die S-polarisierte Lichtkomponente im sichtbaren Bereich durch den polarisierenden Strahlenteiler 2 auf das Helligkeits-LCD- Feld 3a fällt, so wird das P-polarisierte Licht als Lichtfluß projiziert, bei dem helle und dunkle Bereiche umgekehrt sind.

Dadurch kann die Helligkeitsverteilung des projizierten Bil des gestört sein.

Ferner kann der polarisierende Strahlenteiler 2 zwar ideale spektrale Reflexionseigenschaften haben, hierzu ist jedoch eine kostspielige und genaue Aufbau- und Herstellungstechnik nötig, die die Herstellkosten des polarisierenden Strahlen teilers erhöht. Daher erhöht sich dann auch der Preis für den gesamten LCD-Projektor wesentlich.

In der US-A-5 115 305 und der Druckschrift "A polarization transforming optics for a high-luminance LCD projector", in: Proceedings of the SID, Vol. 32/4, 1991, Seiten 301-304, Shi kama, S. et al. sind LCD-Projektoren beschrieben, die jeweils mit einem Strahlenteiler arbeiten, der das aus der Lichtquel le stammende Weißlicht in eine s- und eine p-polarisierte Lichtkomponente aufspaltet. Dieser Strahlenteiler muß deshalb über den gesamten Wellenlängenbereich ideale Reflexionseigen schaften entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Charakteri stik haben. Zum Stand der Technik wird ferner auf die JP-A-6- 222 321 und die US-A-5 321 448 verwiesen. In diesen Druck schriften sind LCD-Projektoren beschrieben, bei denen nur die Hälfte der von der jeweiligen Lichtquelle abgegebenen Licht menge, nämlich entweder die s-polarisierte oder die p- polarisierte Lichtkomponente zur Projektionsabbildung genutzt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen LCD-Projektor anzugeben, der zum einen das gesamte von der Lichtquelle abgegebene Licht ohne Verlust nutzt und zum anderen ohne einen polari sierenden Strahlenteiler auskommt, der das von der Lichtquel le abgegebene Weißlicht über den gesamten Wellenlängenbereich in zwei unterschiedliche polarisierte Lichtkomponenten auf spaltet, da an einen solchen Strahlenteiler hohe Anforderun gen hinsichtlich seiner spektralen Reflexionseigenschaften zu stellen sind und er deshalb vergleichsweise teuer ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1. Ferner ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildun gen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein LCD-Projektor vorgesehen, der einen mit einer weißen Lichtquelle regellos polarisierten Lichtfluß abgibt und mehrere LCD-Felder zum Mo dulieren von Lichtflüssen hat, die durch sie hindurchtreten. Der LCD-Projektor hat auch vier Reflexionsvorrichtungen. Die erste reflektiert einen ersten Teil des Lichtflusses mit ei ner ersten Polarisation und einer Wellenlänge in einem ersten vorbestimmten Bereich auf das erste LCD-Feld. Die zweite Re flexionsvorrichtung reflektiert einen zweiten Teil des Licht flusses, der nicht auf das erste LCD-Feld reflektiert wird, auf das zweite LCD-Feld. Der zweite Teil des Lichtflusses hat die erste Polarisation und eine Wellenlänge in einem zweiten vorbestimmten Bereich. Die dritte Reflexionsvorrichtung re flektiert einen dritten Teil des Lichtflusses, der nicht auf das zweite LCD-Feld reflektiert wird, auf das dritte LCD- Feld. Der dritte Teil des Lichtflusses hat die erste Polarisation und eine Wellenlänge in einem dritten vorbestimmten Bereich. Die vierte Reflexionsvorrichtung reflektiert einen vierten Teil des Lichtflusses, der nicht auf das dritte LCD- Feld reflektiert wird, auf das vierte LCD-Feld. Der vierte Teil des Lichtflusses hat die zweite Polarisation.

Somit wird der Lichtfluß in drei Lichtflüsse mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen geteilt. Ferner hat jeder der drei Lichtflüsse dieselbe Polarisation. Durch Verwenden von vier Reflexionsvorrichtungen mit den genannten Reflexionsspektren können die Herstellkosten einer jeden Reflexionsvorrichtung reduziert werden, und daher werden auch die Herstellkosten des LCD-Projektors reduziert. Wahlweise enthält der LCD-Pro jektor ferner drei Kombinationsvorrichtungen zum Kombinieren der getrennten Lichtflüsse. Die erste Kombinationsvorrichtung kombiniert den modulierten dritten Teil des Lichtflusses, der durch das dritte LCD-Feld geleitet wird, mit dem modulierten vierten Teil des Lichtflusses, der durch das vierte LCD-Feld geleitet wird, zu einem ersten kombinierten Lichtfluß. Die zweite Kombinationsvorrichtung kombiniert den modulierten zweiten Teil des Lichtflusses, der durch das zweite LCD-Feld geleitet wird, mit dem ersten kombinierten Lichtfluß zu einem zweiten kombinierten Lichtfluß. Die dritte Kombinationsvor richtung kombiniert den modulierten ersten Teil des Licht flusses, der durch das erste LCD-Feld geleitet wird, mit dem zweiten kombinierten Lichtfluß zu einem dritten kombinierten Lichtfluß. Der LCD-Projektor enthält auch eine Vorrichtung zum Projizieren des dritten kombinierten Lichtflusses auf ei nen Schirm.

Nachdem die LCD-Felder die Lichtflüsse entsprechend Bilddaten aus einem Videosignal moduliert haben, werden die modulierten Lichtflüsse wieder zu einem einzigen Lichtfluß kombiniert und dann auf den Schirm projiziert.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform enthält der vierte Re flektor einen Spiegel zur Reflexion der vier Lichtflüsse auf das vierte LCD-Feld.

Alternativ kann der LCD-Projektor auch einen weiteren Spiegel zur Reflexion des modulierten vierten Teils des Lichtflusses auf die erste Kombinationsvorrichtung enthalten, nachdem er das vierte LCD-Feld durchlaufen hat.

Bei dem LCD-Projektor gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat der erste Teil des Lichtflusses, der mit der ersten Reflexionsvorrichtung reflektiert wird, eine Wellenlänge, die kürzer als ein vorbe stimmter Bereich ist. Ähnlich hat der zweite Teil des Licht flusses, der mit der zweiten Reflexionsvorrichtung reflek tiert wird, eine Wellenlänge, die kürzer als eine zweite vor bestimmte Wellenlänge ist, wobei die zweite vorbestimmte Wel lenlänge länger als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist. Ferner hat der dritte Teil des an der dritten Reflexionsvor richtung reflektierten Lichtflusses eine Wellenlänge, die länger als die zweite vorbestimmte Wellenlänge ist.

In diesem Fall ist die erste vorbestimmte Wellenlänge an der Blau-Grün-Grenze und die zweite vorbestimmte Wellenlänge an der Grün-Rot-Grenze. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbei spiel enthalten die erste, die zweite und die dritte Reflexi onsvorrichtung jeweils einen polarisierenden Strahlenteil. Jeder polarisierende Strahlenteiler reflektiert S-polarisier ten Lichtfluß, bei dem der elektrische Vektor senkrecht zur Einfallsebene des ersten polarisierenden Strahlenteilers liegt, und läßt P-polarisierten Lichtfluß durch, bei dem der elektrische Vektor parallel zur Einfallsebene des ersten po larisierenden Strahlenteilers liegt.

Ferner enthält jede Kombinationsvorrichtung auch einen pola risierenden Strahlenteiler, der ein ähnliches Reflexionsspek trum wie ein polarisierender Strahlenteiler einer entspre chenden Reflexionsvorrichtung hat. Daher verringert sich die Zahl unterschiedlicher polarisierender Strahlenteiler, die zur Herstellung des LCD-Projektors erforderlich sind.

Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist die erste Re flexionsvorrichtung so angeordnet, daß der Einfallswinkel des Lichtflusses gleich dem Brewster-Winkel ist. Ferner sind die zweite, die dritte und die vierte Reflexionsvorrichtung par allel zur ersten angeordnet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein LCD-Projek tor vorgesehen, der eine Lichtquelle für einen Lichtfluß mit regellos polarisiertem weißen Licht sowie drei polarisierende Strahlenteiler enthält. Der erste Strahlenteiler hat ein Re flexionsspektrum zur Reflexion des roten oder des blauen Lichtes des Lichtflusses mit einer ersten Polarisation. Der Rest des Lichtflusses wird durch den ersten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassen. Der zweite polarisierende Strahlenteiler hat ein Reflexionsspektrum zur Reflexion eines Teils des von dem ersten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassenen Lichtflusses mit grünem Licht und der ersten Polarisation. Ein weiterer Restteil des Lichtflusses wird durch den zweiten polarisierenden Strahlenteiler durchgelas sen. Der dritte polarisierende Strahlenteiler hat ein Refle xionsspektrum zur Reflexion eines Teils des von dem zweiten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassenen Lichtflusses mit dem roten oder dem blauen Licht und der ersten Polarisa tion, der nicht an dem ersten polarisierenden Strahlenteiler reflektiert wurde. Ein dritter Restteil des Lichtflusses wird von dem dritten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassen. Der LCD-Projektor enthält auch drei LCD-Felder, von denen je des eine der reflektierten Lichtkomponenten moduliert, und ein viertes LCD-Feld zur Modulation einer Lichtkomponente mit einer zweiten Polarisation, die durch den dritten polarisier ten Strahlenteiler durchgelassen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen eines regellos polarisierten Lichtflusses einer weißen Lichtquelle in einem LCD-Projektor in verschiedene Lichtkomponenten unterschiedlicher Wellenlängenbereiche und Polarisationen vorgesehen. Dieses Verfahren enthält die in dem Patentanspruch 17 angegebenen Schritte:

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines konventionel len LCD-Projektors,

Fig. 2 die graphische Darstellung der Reflexionseigen schaft eines polarisierenden Strahlenteilers das LCD-Projektors in Fig. 1,

Fig. 3 die schematische Darstellung eines ersten Aus führungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4A, 4B und 4C graphische Darstellungen der Reflexionseigen schaft eines polarisierenden Strahlenteilers des in Fig. 3 gezeigten LCD-Projektors, und

Fig. 5 die schematische Darstellung eines zweiten Aus führungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des optischen Systems eines ersten Ausführungsbeispiels eines LCD-Projektors 60 nach der Erfin dung. Dieser enthält eine Lichtquelleneinheit 10, eine pola risierende Strahlenteilergruppe 20, vier LCD-Felder 30, 31, 32 und 33, eine polarisierende Strahlenteilergruppe 40 und ein Projektionsobjektiv 51.

Die Lichtquelleneinheit 10 enthält eine Lichtquelle 11, z. B. eine Xenonlampe, die regellos polarisiertes weißes Licht er zeugt, und einen konkaven Spiegel 12 zur Reflexion des mit der Lichtquelle 11 erzeugten Lichtflusses in einer Richtung.

Die polarisierende Strahlenteilergruppe 20 trennt den von der Lichtquelle 10 erzeugten Lichtfluß in separate Farblichtflüs se. Sie enthält drei polarisierende Strahlenteiler 21, 22 und 23, die jeweils als kubisches Prisma ausgebildet sind.

Drei separate S-polarisierte Lichtflüsse werden über die drei LCD-Felder 30, 31 und 32 geleitet. S-polarisierte Lichtflüsse werden so polarisiert, daß der elektrische Vektor senkrecht auf der Einfallsebene steht. Jedes LCD-Feld moduliert den je weiligen Lichtfluß so, daß das gewünschte Bild aus einer Vi deoquelle projiziert werden kann. Ein P-polarisierter Licht fluß, der durch den polarisierenden Strahlenteiler 21 fällt, wird auf ein Helligkeits-LCD-Feld 33 geleitet. P-polarisier ter Lichtfluß ist so polarisiert, daß der elektrische Vektor parallel zur Einfallsebene steht.

Nachdem die drei S-polarisierten Lichtflüsse und der P-pola risierte Lichtfluß mit den LCD-Feldern 30, 31, 32 und 33 jeweils moduliert sind, werden sie mit der polarisierenden Strahlenteilergruppe 40 wieder zu einem einzigen Lichtfluß kombiniert. Dieser fällt dann auf das Projektionsobjektiv 51, welches das Farbbild auf einen Schirm 50 projiziert.

Die polarisierende Strahlenteilergruppe 20, die LCD-Felder 30 bis 34 und die polarisierende Strahlenteilergruppe 40 werden im folgenden noch eingehender erläutert.

Wie vorstehend bemerkt, enthält die polarisierende Strahlen teilergruppe 20 die polarisierenden Strahlenteiler 21 bis 23. Der polarisierende Strahlenteiler 21 reflektiert die S-pola risierten Lichtkomponenten, deren Wellenlänge kürzer als die blau-grüne Wellenlänge λ1 ist. Diese Wellenlänge grenzt die blaue Lichtkomponente von der grünen Lichtkomponente ab. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel ist λ1 etwa 500 nm.

Der polarisierende Strahlenteiler 22 reflektiert die S-pola risierten Lichtkomponenten, deren Wellenlänge kürzer als die Rot-Grün-Wellenlänge λ2 ist. Diese grenzt die grüne von der roten Lichtkomponente ab. Bei dem vorzugsweises Ausführungs beispiel ist λ2 etwa 600 nm.

Der polarisierende Strahlenteiler 23 reflektiert das S-pola risierte Licht, welches, von der Lichtquelle her gesehen, nacheinander durch die polarisierenden Strahlenteiler 21 und 22 geleitet wird.

Die Reflexionsspektren der polarisierenden Strahlenteiler 21, 22, 23 sind in Fig. 4A, 4B und 4C dargestellt. Wie Fig. 4A zeigt, fällt der mit der Lichtquelle 10 erzeugte Lichtfluß auf den polarisierenden Strahlenteiler 21, und das S-polari sierte Licht hat eine Wellenlänge entsprechend blauem Licht und wird reflektiert. Das S-polarisierte Licht entsprechend dem grünen und dem roten Anteil sowie P-polarisiertes Licht werden vom polarisierenden Strahlenteiler 21 jeweils durchge lassen und fallen auf den polarisierenden Strahlenteiler 22.

Wie Fig. 4B zeigt, wird das dem grünen Licht entsprechende S polarisierte Licht an dem polarisierenden Strahlenteiler 22 reflektiert. Das dem roten entsprechende S-polarisierte Licht sowie das P-polarisierte Licht werden von dem polarisierenden Strahlenteiler 22 jedoch durchgelassen und fallen auf den po larisierenden Strahlenteiler 23.

Wie Fig. 4C zeigt, wird das dem roten entsprechende S-polari sierte Licht an dem polarisierenden Strahlenteiler 23 reflek tiert. Das P-polarisierte Licht wird jedoch durchgelassen und fällt auf den Spiegel 24.

Ferner ändert sich die Durchlässigkeit für das P-polarisierte Licht bei den polarisierenden Strahlenteilern 21, 22 und 23 nicht mit der Wellenlänge des P-polarisierten Lichts. Daher kann das gesamte sichtbare Licht durchgelassen werden. Wenn ferner der Einfallswinkel des Lichtflusses mit Bezug auf die Polarisationsfläche dem Brewster-Winkel nahekommt, ist es leichter, die polarisierende Trennfläche mit maximaler Pola risations-Trenneigenschaft zu realisieren.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein kubisches Prisma als polarisierender Strahlenteiler verwendet, und deshalb ist der Brechungsindex des Mediums in der Umgebung des polarisie renden Teilungsfilters weitgehend gleich, und der Brewster- Winkel beträgt etwa 45°. Daher ist der LCD-Projektor so auf gebaut, daß der Lichtfluß in die polarisierende Teilungsflä che unter einem Winkel von 45° eintritt.

Die LCD-Felder 30 bis 32 modulieren den jeweiligen Lichtfluß mit Bilddaten aus einem Videosignal. Das LCD-Feld 30 modul iert den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend dem blauen Licht, der an dem polarisierenden Strahlenteiler 21 reflek tiert wurde. Ähnlich moduliert das LCD-Feld 31 den S-polari sierten Lichtfluß entsprechend dem grünen Licht, der an dem polarisierenden Strahlenteiler 22 reflektiert wurde. Ferner moduliert das LCD-Feld 32 den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend dem roten Licht, das an dem polarisierenden Strah lenteiler 23 reflektiert wurde. Das Helligkeits-LCD-Feld 33 moduliert das P-polarisierte Licht, das an dem Spiegel 24 reflektiert wird. Die LCD-Felder 30 bis 33 sind so angeord net, daß sie zu dem Projektionsobjektiv 51 übereinstimmende optische Weglänge haben. Die polarisierende Strahlenteiler gruppe 41 hat einen ähnlichen Aufbau wie die polarisierende Strahlenteilergruppe 20. Deshalb reflektiert der polarisie rende Strahlenteiler 43 den S-polarisierten Lichtfluß ent sprechend blauem Licht, der polarisierende Strahlenteiler 42 reflektiert den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend grünem Licht und der polarisierende Strahlenteiler 43 reflektiert den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend rotem Licht.

Der P-polarisierte Lichtfluß entsprechend der Helligkeit wird mit dem Spiegel 40 reflektiert und durch die polarisierenden Strahlenteiler 41, 42 und 43 geleitet, um mit den S-polari sierten Lichtflüssen des blauen, grünen und roten Lichtes kombiniert zu werden. Der kombinierte Lichtfluß wird mit dem Projektionsobjektiv 51 auf den Schirm 50 projiziert.

Wie vorstehend beschrieben, wird in einem LCD-Projektor 60 beschriebener Art praktisch der gesamte Lichtfluß auf den Schirm projiziert. Somit entsteht dort ein helles Bild. Fer ner reicht die Helligkeit des Bildes aus, um ein sichtbares Bild auf dem Schirm zu erzeugen, auch wenn der umgebende Raum hell erleuchtet ist.

Die folgende Tabelle zeigt die Reflexionsspektren der polari sierenden Strahlenteiler. W1, W2 und W3 sind die Wellenlän genbereiche des S-polarisierten Lichtes, das an den polari sierenden Strahlenteilern 21, 22 und 23 reflektiert wird. Beim dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die Kombination (1) verwendet. Es können jedoch auch die Kombinationen (2) bis (4) angewendet werden.

TABELLE 1

Es ist möglich, den polarisierenden Strahlenteiler 22, der den S-polarisierten Lichtfluß entsprechend grünem Licht re flektiert, der Lichtquelleneinheit 10 am nächsten anzuordnen. In diesem Fall muß die Bandbreite des Reflexionsspektrums des polarisierenden Strahlenteilers 22 nur den Lichtfluß mit ei ner Wellenlänge zwischen der blaugrünen Wellenlänge λ1 und der rot-grünen Wellenlänge λ2 reflektieren. Es ist jedoch schwierig und kostspielig, dieses Reflexionsspektrum nach Dünnfilmtechnologie zu realisieren. Deshalb ist in diesem Ausführungsbeispiel der Strahlenteiler, welcher den Lichtfluß entsprechend blauem Licht reflektiert oder der Strahlentei ler, der den Lichtfluß entsprechend rotem Licht reflektiert, d. h. ein polarisierender Strahlenteiler, der Licht außerhalb des Bereichs zwischen λ1 und λ2 reflektiert, der Lichtquelle neinheit 10 am nächsten angeordnet.

Der Grund besteht darin, daß die Reflexion des Lichtflusses entsprechend dem blauem Licht nur für Wellenlängen nahe λ1 genau bemessen sein muß. Ähnlich erfordert die Reflexion des Lichtflusses entsprechend dem roten Licht nur die genaue Be messung des Reflexionsspektrums für Wellenlängen nahe λ2.

Ferner wird durch Anordnen des polarisierenden Strahlentei lers 21 oder 23 zum Reflektieren des Lichtflusses entspre chend blauem oder rotem Licht nahe der Lichtquelleneinheit erreicht, daß der polarisierende Strahlenteiler 22 den ande ren der beiden Lichtflüsse (d. h. grün und rot oder blau und grün) teilen muß. Deshalb muß das Reflexionsspektrum des polarisierenden Strahlenteilers 22 nur genau zur Filterung von Licht bemessen sein, das entweder der Rot-Grün-Wellenlänge λ1 oder der Blau-Grün-Wellenlänge λ2, nicht aber beiden Wellen längen λ1 und λ2 nahekommt.

Wie vorstehend beschrieben, sind bei dem ersten Ausführungs beispiel des LCD-Projektors die Reflexionsspektren eines je den polarisierenden Strahlenteilers so bemessen, daß jeder das gesamte Licht mit einer Wellenlänge reflektiert, die kür zer als ein vorbestimmter Wert ist (d. h. λ1 oder λ2). Ein solcher polarisierender Strahlenteiler kann in verfügbarer Herstelltechnologie und Schichtaufbau leichter hergestellt werden.

Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau des optischen Systems ei nes LCD-Projektors 160 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Hier wird ein flacher polarisierender Strahlenteiler anstelle des kubischen Prismas des ersten Ausführungsbeispiels verwen det.

Der LCD-Projektor 160 ist ähnlich dem LCD-Projektor 60 aufge baut, weshalb gleichartige Teile übereinstimmende Bezugszei chen haben.

Das regellos polarisierte weiße Licht der Lichtquelleneinheit 10 wird farblich mit der polarisierenden Strahlenteilergruppe 120 in drei separate S-polarisierte Lichtflüsse geteilt (entsprechend den Wellenlängen im blauen, grünen und roten Bereich), und in einen P-polarisierten Lichtfluß entsprechend der Helligkeit. Die drei S-polarisierten Lichtflüsse werden mit der Bildinformation moduliert, wozu die LCD-Felder 30 bis 32 dienen. Der P-polarisierte Lichtfluß wird an dem Spiegel 124 reflektiert und dann mit dem LCD-Feld 33 moduliert. Die modulierten Lichtflüsse werden dann wieder zu einem einzigen Lichtfluß in der polarisierenden Strahlenteilergruppe 140 kombiniert und mit dem Projektionsobjektiv 51 auf den Schirm 50 projiziert.

Im folgenden werden die Strahlenteilergruppen 120 und 140 eingehender beschrieben.

Die polarisierende Strahlenteilergruppe 120 enthält die pola risierenden Strahlenteiler 121, 122 und 123. Der polarisie rende Strahlenteiler 121 hat ein derartiges Reflexionsspek trum, daß er S-polarisierten Lichtfluß mit einer Wellenlänge kürzer als die blau-grüne Wellenlänge λ1 reflektiert. Der üb rige S-polarisierte Lichtfluß und der P-polarisierte Licht fluß werden von dem Strahlenteiler 121 durchgelassen.

Ähnlich hat der polarisierende Strahlenteiler 122 ein derar tiges Reflexionsspektrum, daß der S-polarisierte Lichtfluß mit einer Wellenlänge kleiner als die rot-grüne Wellenlänge λ2 reflektiert wird. Der übrige S-polarisierte Lichtfluß und P-polarisierte Lichtfluß werden von dem polarisierenden Strahlenteiler 122 durchgelassen.

Der polarisierende Strahlenteiler 123 hat ein derartiges Re flexionsspektrum, daß der übrige S-polarisierte Lichtfluß re flektiert wird, während der P-polarisierte Lichtfluß zum Spiegel 124 durchgelassen wird. Bei Verwendung des flachen polarisierenden Strahlenteilers ist das Verhältnis der Refle xionsfähigkeit der Medien beiderseits der polarisierenden Fläche etwa 1 : 1,4 bis 1 : 2,0, da das Medium vor der polarisie renden Fläche Luft ist. Daher liegt der Brewster-Winkel im Bereich von 55° bis 63°. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird deshalb der Einfallswinkel des Lichtflusses bei jedem polarisierenden Strahlenteiler 121, 122 und 123 auf 60° ein gestellt.

Die von den LCD-Feldern 30 bis 33 kommenden Lichtflüsse wer den mit der polarisierenden Strahlenteilergruppe 140 kombi niert. Diese enthält die polarisierenden Strahlenteiler 141, 142 und 143. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Re flexionsspektren der polarisierenden Strahlenteiler 141, 142 und 143 ähnlich denjenigen der Strahlenteiler 121, 122 und 123.

Wie oben beschrieben können das S-polarisierte und das P-po larisierte Licht genau getrennt werden, und es wird eine Stö rung des zu projizierenden Bildes vermieden, indem polarisie rende Strahlenteiler mit den beschriebenen Reflexionsspektren verwendet werden, die leicht herstellbar sind. Ferner ist nur ein Spiegel zur Reflexion des P-polarisierten Lichtes erfor derlich, da sich die optischen Achsen auf der Lichtquellen seite und der Projektionsoptikseite kreuzen. Deshalb redu ziert sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Zahl der für den LCD-Projektor erforderlichen Teile.

Die Erfindung ermöglicht ein effektives Projizieren des Lichtflusses auf den Schirm, so daß ein sehr gut sichtbares Bild entsteht. Da das optische System aus polarisierenden Strahlenteilern mit stabilen Reflexionsspektren besteht, ist die Möglichkeit der Störung des Bildes durch unvollständige Polarisationstrennung nur gering, und die Kosten des gesamten optischen Systems werden klein gehalten.

Claims

1. LCD-Projektor mit einer Weißlichtquelle zur Abgabe eines regellos polari sierten Lichtflusses, mit mehreren LCD-Feldern zur Modulation durch sie hindurch tretender Lichtflüsse, gekennzeichnet durch eine erste Vorrichtung (21), die einen ersten Teil des Lichtflusses in einem ersten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit einer ersten Polarisation auf ein erstes LCD-Feld (30) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt,
eine zweite Vorrichtung (22), die von dem von der ersten Vorrichtung (21) durchgelassenen Lichtfluß einen zweiten Teil in einem zweiten vorbestimm ten Wellenlängenbereich mit der ersten Polarisation auf ein zweites LCD- Feld (31) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt,
eine dritte Vorrichtung (23), die von dem von der zweiten Vorrichtung (22) durchgelassenen Lichtfluß einen dritten Teil in einem dritten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Polarisation auf ein drittes LCD-Feld (32) reflektiert und den übrigen Lichtfluß durchläßt, und
eine vierte Vorrichtung (24), die den gesamten von der dritten Vorrichtung (23) durchgelassenen Lichtfluß, der eine zweite Polarisation hat, auf ein viertes LCD-Feld (33) reflektiert.

2. LCD-Projektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine erste Kombinationsvorrichtung (43) zur Kombination des modulier ten dritten Teils des Lichtflusses aus dem dritten LCD- Feld (32) mit dem modulierten vierten Teil des Lichtflus ses aus dem vierten LCD-Feld (33) zu einem ersten kombi nierten Lichtfluß,
eine zweite Kombinationsvorrichtung (42) zur Kombination des modu lierten zweiten Teils des Lichtflusses aus dem zweiten LCD-Feld (31) mit dem ersten kombinierten Lichtfluß zu einem zweiten kombinierten Lichtfluß,
eine dritte Kombinationsvorrichtung (41) zur Kombination des modu lierten ersten Teils des Lichtflusses aus dem ersten LCD- Feld (30) mit dem zweiten kombinierten Lichtfluß zu einem dritten kombinierten Lichtfluß, und
eine Vorrichtung (51) zur Projektion des dritten kombi nierten Lichtflusses auf einen Schirm (50).

3. LCD-Projektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Vorrichtung (24) ein Spiegel zur Reflexion des vierten Lichtflusses auf das vierte LCD- Feld (33) ist.

4. LCD-Projektor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen weiteren Spiegel (44) zur Reflexion des modulierten vier ten Teils des Lichtflusses aus dem vierten LCD-Feld (33) auf die erste Kombinationsvorrichtung (43).

5. LCD-Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste, an der ersten Vorrichtung (21) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge kür zer als eine erste vorbestimmte Wellenlänge hat,
daß der zweite, an der zweiten Vorrichtung (22) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge kür zer als eine zweite vorbestimmte Wellenlänge hat, wobei die zweite vorbestimmte Wellenlänge länger als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist, und daß der dritte, an der dritten Vorrichtung (23) reflektierte Teil des Lichtflusses eine Wellenlänge länger als die zweite vor bestimmte Wellenlänge hat.

6. LCD-Projektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorbestimmte Wellenlänge eine Blau-Grün- Grenzwellenlänge ist, und daß die zweite vorbestimmte Wellenlänge eine Grün-Rot-Grenzwellenlänge ist.

7. LCD-Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Vorrichtung (21) ein erster pola risierender Strahlenteiler, die zweite Vorrich tung (22) ein zweiter polarisierender Strahlenteiler und
die dritte Vorrichtung (23) ein dritter polari sierender Strahlenteiler ist, daß jeder polarisierende Strahlenteiler (21, 22, 23) Lichtfluß reflektiert, der so polarisiert ist, daß sein elektrischer Vektor senkrecht auf der Einfallsebene des ersten polarisierenden Strah lenteilers (21) steht und Lichtfluß durchläßt, der so po larisiert ist, daß sein elektrischer Vektor parallel zu der Einfallsebene steht.

8. LCD-Projektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kombinationsvorrichtung (43) ein vierter, dem dritten (23) gleichartiger polarisierender Strahlen teiler ist, daß die zweite Kombinationsvorrichtung (42) ein fünfter, dem zweiten (22) gleichartiger polarisieren der Strahlenteiler ist, und daß die dritte Kombinations vorrichtung (41) ein sechster, dem ersten (21) gleichar tiger polarisierender Strahlenteiler ist.

9. LCD-Projektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung (21) so angeordnet ist, daß der Einfallswinkel des Lichtflusses gleich dem Brewster-Winkel ist, und daß die zweite, die dritte und die vierte Vorrichtung (22, 23, 24) parallel zur ersten Vorrichtung (21) angeordnet sind.

10. LCD-Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung durch ein erster polarisierender Strahlenteiler (121) mit einem Refle xionsspektrum für rotes oder blaues Licht mit der er sten Polarisation und zum Durchlassen des übrigen Teils des Lichtflusses ist,
daß die zweite Vorrichtung ein zweiter polarisierender Strahlenteiler (122) mit einem Reflexionsspektrum für einen Teil des von dem er sten polarisierenden Strahlenteiler durchgelassenen Lichtflusses mit grünem Licht und der ersten Polarisation sowie zum Durchlassen des übrigen Lichtflusses ist,
und daß die dritte Vorrichtung ein dritter polarisierender Strahlenteiler (123) mit einem Reflexionsspektrum für einen Teil des von dem zweiten polarisierenden Strahlenteiler (122) durchgelas senen Lichtflusses mit rotem oder blauem Licht und der ersten Polarisation, der an dem ersten polarisierenden Strahlenteiler (121) nicht reflektiert wurde, sowie zum Durchlassen eines dritten übrigen Teils des Lichtflusses ist.

11. LCD-Projektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste polarisierende Strahlenteiler (121) ein Re flexionsspektrum derart hat, daß Licht der ersten Polari sation und einer Wellenlänge kleiner als eine erste vor bestimmte Wellenlänge reflektiert wird.

12. LCD-Projektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite polarisierende Strahlenteiler (122) ein derartiges Reflexionsspektrum hat, daß Licht mit der er sten Polarisation und einer Wellenlänge kleiner als eine zweite vorbestimmte Wellenlänge reflektiert wird, die größer als die erste vorbestimmte Wellenlänge ist.

13. LCD-Projektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorbestimmte Wellenlänge eine Blau-Grün- Grenzwellenlänge ist, und daß die zweite Wellenlänge eine Grün-Rot-Grenzwellenlänge ist.

14. LCD-Projektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste polarisierende Strahlenteiler (121) ein derartiges Reflexionsspektrum hat, daß Licht mit der er sten Polarisation und einer Wellenlänge größer als die erste vorbestimmte Wellenlänge reflektiert wird.

15. LCD-Projektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite polarisierende Strahlenteiler (122) ein derartiges Reflexionsspektrum hat, daß Licht mit der er sten Polarisation und einer Wellenlänge größer als die zweite vorbestimmte Wellenlänge reflektiert wird, und daß die zweite Wellenlänge größer als die erste Wellenlänge ist.

16. LCD-Projektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste vorbestimmte Wellenlänge eine Grün-Rot- Grenzwellenlänge ist, und daß die zweite Wellenlänge eine Blau-Grün-Grenzwellenlänge ist.

17. Verfahren zum Teilen eines mit einer Weißlichtquelle er zeugten regellos polarisierten Lichtflusses in einem LCD- Projektor in verschiedene Lichtkomponenten unterschiedli cher Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Schritt ein erster Teil des Lichtflusses in einem ersten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit einer ersten Polarisation auf ein erstes LCD-Feld (30) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird,
in einem zweiten Schritt von dem in dem ersten Schritt durchgelassenen Lichtfluß ein zweiter Teil in einem zwei ten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Po larisation auf ein zweites LCD-Feld (31) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird,
in einem dritten Schritt von dem in dem zweiten Schritt durchgelassenen Lichtfluß ein dritter Teil in einem drit ten vorbestimmten Wellenlängenbereich mit der ersten Po larisation auf ein drittes LCD-Feld (32) reflektiert und der übrige Lichtfluß durchgelassen wird, und
in einem vierten Schritt der gesamte in dem dritten Schritt durchgelassene Lichtfluß, der eine zweite Polari sation hat, auf ein viertes LCD-Feld (33) reflektiert wird.