DE69131357T2

DE69131357T2 - Projektor

Info

Publication number: DE69131357T2
Application number: DE69131357T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kanashiki; Katsumi Kurematsu; Nobuo Minoura; Hideaki Mitsutake; Haruyuki Yanagi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2011-02-22
Also published as: CA2036918A1; EP0443586B1; EP0443586A3; DE69131357D1; JPH03243912A; CA2036918C; JP2915467B2; US5153752A; JPH11218725A; EP0443586A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Projektor mit einer optischen Reflexionsmodulationseinrichtung.
Ein derartiger Projektor, wie in Fig. 1 gezeigt, ist bisher als ein Projektor bekannt, der in einer Weise aufgebaut ist, daß eine Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 auf der Abstrahlseite eines weißen Lichts angeordnet ist, welches aus einer Lichtquelle 2 abgestrahlt wird, ein plattenförmiger erster dichroitischer Spiegel 4 und ein plattenförmiger zweiter dichroitischer Spiegel 5 ferner nacheinander parallel in der Reflexionsrichtung des Lichts von der Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 angeordnet sind, wobei die dichroitischen Spiegel 4 und 5 zum Aufteilen des Lichts in Licht der Farben Rot, Grün und Blau angeordnet sind, um mit dem Licht der Farben die erste bis dritte Flüssigkristalltafel der Reflexionstype 1R, 1G und 1B zu bestrahlen, um optische Bilder des jeweiligen Farblichts zu erzeugen und um die optischen Farbbilder zusammenzusetzen, welche von den Flüssigkristalltafeln 1R, 1 G und 18 abgestrahlt werden, und um die zusammengesetzten Bilder, welche durch den ersten dichroitischen Spiegel 4 und den zweiten dichroitischen Spiegel 5 zusammengesetzt sind, durch ein Projektionslinsensystem 6 (z. B. ein Projektor, wie er in der JP-A-61-13885 beschrieben ist) vergrößert auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) zu projizieren.
Als vorstehend erwähnte Flüssigkristalltafel 1R, 1G und 1B der Reflexionstype kann jeweils eine ECB-(elektrisch gesteuerte Doppelbrechung)-Tafel verwendet werden, und diese Tafeln weisen die Eigenschaft auf, eine Polarisationsebene eines einfallenden Lichts (S-polarisiertes Licht) durch eine angelegte Spannung gemäß dem Bildsignal für jede Farbe um 90º zu drehen.
In dem Flüssigkristall-Videoprojektor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nur das S-polarisierte Licht in dem weißen Licht, das von der Lichtquelle 2 abgestrahlt ist, durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 reflektiert, das S-polarisierte Licht wird durch den ersten dichroitischen Spiegel 4 und den zweiten dichroitischen Spiegel 5 in Licht der Farben Rot, Grün und Blau geteilt, und die Farblichtstrahlen beleuchten die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 1R, 1G und 1B entsprechend den Farblichtstrahlen. In dem von der Lichtquelle 2 abgestrahlten Licht wird das P- polarisierte Licht, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 tritt, zu einer zusätzlichen Flüssigkristalltafel 10 geleitet, welche auf der Abstrahlungszielseite des Lichts angeordnet ist, und von einem optischen Pfad abgelenkt. Jeder der Farblichtstrahlen, welcher von den Flüssigkristalltafeln 1R, 1 G und 1B reflektiert wird, ist entweder das Licht mit einer P-polarisierten Komponente, in welcher die Polarisationsebene gedreht wurde, oder das Licht mit einer S-polarisierten Komponente, in welcher die Polarisationsebene nicht gemäß jedem Pixel und dem Bildsignal gedreht wurde. Die Farblichtstrahlen werden wieder durch den ersten dichroitischen Spiegel 4 und den zweiten dichroitischen Spiegel 5 zusammengesetzt, und danach werden sie wieder zur Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 gerichtet. In der Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 wird in jedem Farblicht die P-polarisierte Komponente übertragen und danach tritt sie durch das Projektionslinsensystem 6 und wird auf den Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert. Die S-polarisierte Komponente wird durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 reflektiert und wird in die Richtung der Lichtquelle 2 zurückgeführt.
Daher weist die Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 sowohl die Funktion einer Polarisationseinrichtung als auch einer Analyseeinrichtung für jede der Flüssigkristalltafeln 1R, 1G und 1B auf. Jede der Flüssigkristalltafeln 1R, 1G und 1B be nötigt keine Polarisationsplatte. Dadurch wird der Gesamtaufbau weiter vereinfacht.
Die vorstehend beschriebene technische Ausführungsart weist jedoch einen Nachteil dahingehend auf, daß in dem weißen Licht, welches von der Lichtquelle abgestrahlt ist, die Ppolarisierte Komponente, welche durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung zuerst übertragen ist, wirklich nichts zur Projektion eines Bilds beiträgt und ein Ausnutzungsgrad des Lichts von der Lichtquelle gering ist.
Ein weiterer Projektor mit einem hohen Ausnutzungsgrad des Lichts ist aus der JP-A-63 168 622 bekannt. Demgemäß wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle durch eine Polarisationsstrahlteileinrichtung in eine P-Komponente und in eine S- Komponente geteilt. Die S-Komponente wird direkt auf eine Lichtmodulationseinheit gerichtet. Ein TN-(twisted nematic)- Flüssigkristall dreht die Polarisationsebene der P-Komponente um 90 Grad. Dann wird die P-Komponente zur Lichtmodulationseinheit geleitet.
Weiterhin ist aus der JP-A-62 240 936 ein Projektor bekannt. Diese Quellenangabe zeigt eine Farbmodulationsanordnung auf, in welcher drei Lichtmodulationseinrichtungen auf den jeweiligen Ebenen eines Farbstrahlteilwürfels angeordnet sind. Dieser Würfel weist zwei Schnittebenen auf, die jeweils Licht einer besonderen Farbe ablenken und Licht der anderen übertragen.
Ferner ist aus der DD-A-0 152 212 bekannt, daß eine polarisierte Komponente eines durch eine Polarisationsstrahlteileinrichtung geteilten Lichtstrahls an einer Reflexionsoberfläche reflektiert und zu einer λ/2-Platte gerichtet werden kann, welche deren Polarisationsebene um 90 Grad dreht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Projektor zu schaffen, welcher zur wirkungsvollen Verwendung eines Lichtstrahls aus einer Lichtquelle fähig ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erfüllt.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Erfindungsgemäß ist eine allgemein bekannte Flüssigkristall- Lichtmodulationseinrichtung verwendbar, welche die Polarisationsebene eines einfallenden Lichts moduliert. Eine optische Modulationseinrichtung mit einer Funktion ähnlich der vorstehend erwähnten Modulationseinrichtung, z. B. eine optische Modulationseinrichtung, welche eine Doppelbrechung elektrisch steuern kann, ist ebenfalls in der Erfindung anwendbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dichroitische Spiegelsystem durch gekreuzte dichroitische Spiegel aufgebaut. Unter Verwendung eines solchen Aufbaus ist die Vorrichtung miniaturisierbar.
Als eine Phasenplatte der Erfindung sind verschiedene Arten von Platten (Dünnschichten), wie z. B. eine allgemein bekannte Halbwellenlängenplatte (-dünnschicht), eine Platte mit einer TN-(twisted nematic)-Flüssigkristallschicht oder dergleichen, welche eine Funktion zum Drehen der Polarisationsebene eines einfallenden Lichtstrahls um nahezu 90 Grad aufweisen, anwendbar.
In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung ist die Phasenplatte in einem Pfad der S-polarisierten Komponente von der ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung angeordnet, und die S-polarisierte Komponente wird in eine andere P-polarisierte Komponente umgewandelt, wodurch sie mit der Polarisationsrichtung der anderen polarisierten Komponente in Übereinstimmung gebracht wird. Jetzt ist ein Beugungsspiegel für das Beleuchtungssystem angeordnet, und die Ppolarisierte Komponente und die andere P-polarisierte Komponente werden durch den Beugungsspiegel reflektiert, wodurch beide P-polarisierte Komponenten als ein S-polarisierter Strahl zu den zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtungen geleitet werden. Gemäß einer anderen Form ist die Phasenplatte in einem Pfad der P-polarisierten Komponente von der ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung angeordnet, und die P-polarisierte Komponente wird in eine andere S-polarisierte Komponente umgewandelt, wodurch sie mit der Polarisationsrichtung der anderen polarisierten Komponente in Übereinstimmung gebracht wird.
Obgleich erfindungsgemäß verschiedene Ausbildungen als ein Aufbau des optischen Systems auswählbar sind, welches den Strahl von der Strahlungsquelle zu der ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung leitet, ist zu bevorzugen, die Spiegel und Linsen so einzustellen, um einen relativ parallelen Strahl vom Gesichtspunkt der Eigenschaften der Polarisationsstrahlteileinrichtungen zu erhalten.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines herkömmlichen Projektors,
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Vergleichsbeispiels,
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung der Ausführungsform nach Fig. 3.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Vergleichsbeispiels eines Flüssigkristall-Videoprojektors.
In dem Vergleichsbeispiel sind eine Polarisationsstrahlteileinrichtung 21, eine Halbwellenlängenplatte 22 und eine Polarisationsstrahlteileinrichtung 23 in einem optischen Pfad eines weißen Lichts, das aus einer Lichtquelle 20 abgestrahlt wird, in enger Lagebeziehung aufeinanderfolgend angeordnet (oder können auch einstückig aufgebaut sein). Fer ner ist ein Prisma 24 in der Reflexionsrichtung des weißen Lichts durch jede der Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 angeordnet. Das Prisma 24 weist gekreuzte dichroitische Spiegel und eine äußere Form eines viereckigen Prismas auf. Die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B der Reflexionstype, entsprechend den Farblichtstrahlen Rot, Grün und Blau, sind durch Haftverbindung jeweils an drei Kantenoberflächen des Prismas 24 angeordnet. Das Prisma 24 teilt das weiße Licht in die Farben R, G und B und reflektiert sie durch die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B, wodurch die abgestrahlten Farblichtstrahlen zusammengesetzt werden. Andererseits ist eine Projektionslinse 26 in der Richtung angeordnet, die der Reflexionsrichtung der Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 des weißen Lichts entgegengesetzt ist. Die P-polarisierte Komponente des zusammengesetzten Lichts, das durch das gekreuzte dichroitische Prisma 24 zusammengesetzt wurde, wird durch die Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 übertragen, und danach tritt sie durch die Projektionslinse 26 und wird auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert.
Das gekreuzte dichroitische Prisma 24 ist aus gekreuzten dichroitischen Spiegeln mit den vier Spiegeln, dem ersten bis vierten dichroitischen Spiegel 24a, 24b, 24c und 24d, aufgebaut, wie durch diagonale Linien eines rechteckigen Querschnitts gezeigt ist. Das gekreuzte dichroitische Prisma 24 ist in der folgenden Weise aufgebaut. D. h., der dritte dichroitische Spiegel 24c mit der Eigenschaft, nur die Rotlichtkomponente zu reflektieren, und der vierte dichroitische Spiegel 24d mit der Eigenschaft, nur die Blaulichtkomponente zu reflektieren, sind von der Seite der Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 aufeinanderfolgend angeordnet, in dem Diagonalabschnitt, angeordnet in dem optischen Pfad der Lichtkomponente (S&sub1; in dem Diagramm), welche durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 reflektiert wird und in das gekreuzte dichroitische Prisma 24 eintritt. Der erste dichroitische Spiegel 24a mit der Eigenschaft, nur die Blaulichtkomponente zu reflektieren, und der zweite dichroiti sche Spiegel 24b mit der Eigenschaft, nur die Rotlichtkomponente zu reflektieren, sind von der Seite der Polarisationsstrahlteileinrichtung 23 aufeinanderfolgend angeordnet, in dem Diagonalabschnitt, angeordnet in dem optischen Pfad der Lichtkomponente (S&sub2; in dem Diagramm), welche durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 23 reflektiert wird und in das gekreuzte dichroitische Prisma 24 eintritt. Daher werden die Positionen der ersten bis dritten Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B, welche an dem gekreuzten dichroitischen Prisma 24 durch Haftverbindung angeordnet sind, wie folgt eingestellt. D. h., die erste Flüssigkristalltafel 25R für das rote Bild ist auf der Oberfläche entsprechend der Reflexionsrichtung der Rotlichtkomponente durch den zweiten dichroitischen Spiegel 24b und den dritten dichroitischen Spiegel 24c angeordnet. Die dritte Flüssigkristalltafel 25B für das blaue Bild ist auf der Oberfläche entsprechend der Reflexionsrichtung der Blaulichtkomponente durch den ersten dichroitischen Spiegel 24a und den vierten dichroitischen Spiegel 24d angeordnet. Die zweite Flüssigkristalltafel 25 G für das grüne Bild ist auf der Oberfläche entsprechend der Übertragungsrichtung der Grünlichtkomponente angeordnet, welche durch den ersten bis vierten dichroitischen Spiegel 24a, 24b, 24c und 24d in dem Licht übertragen wurde, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 reflektiert worden ist.
Als jeweils die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 25R, 25G und 25B wird die Flüssigkristalltafel der Reflexionstype der vorstehend erwähnten ECB-(elektrisch steuerbare Doppelbrechung)-Type oder die 45º-TN-(45º-twisted nematic)-Type verwendet. Jede der Flüssigkristalltafeln 25R, 25 G und 25B verfügt über die Eigenschaft, die Polarisationsebene des einfallenden Lichts für jedes Pixel durch die angelegte Spannung gemäß dem Bildsignal für jede Farbe um 90º zu drehen.
Die Operation des Vergleichsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
Die parallelen weißen Lichtstrahlen, abgestrahlt von der Lichtquelle 20 mit einer Lampe, einem Reflektor und einer Linse, werden durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 zuerst in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen, bestehend aus einem S-polarisierten Licht S&sub1; und einem P-polarisierten Licht P&sub2;, geteilt. Das S-polarisierte Licht S&sub1; in den zwei linear polarisierten Lichtstrahlen, welche durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 geteilt worden sind, wird durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 rechtwinklig reflektiert und tritt direkt in das gekreuzte dichroitische Prisma 24 ein. Andererseits wird das P-polarisierte Licht P&sub2;, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 übertragen wurde, zu der Halbwellenlängenplatte 22 geleitet, die auf der Abstrahlungszielseite angeordnet ist, so daß die Polarisationsebene um 90º gedreht wird, und das P-polarisierte Licht P&sub2; wird in das S-polarisierte Licht S&sub2; umgewandelt. Danach wird das S-polarisierte Licht S&sub2; durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 23 rechtwinklig reflektiert, die eine Teiloberfläche aufweist, welche zu der Teiloberfläche der Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 parallel ist, und tritt in das gekreuzte dichroitische Prisma 24 ein.
Daher tritt in dem Fall des Vergleichsbeispiels fast das gesamte von der Lichtquelle 20 abgestrahlte Licht in das dichroitische Prisma 24 als ein S-polarisiertes Licht ein.
Das S-polarisierte Licht S&sub1;, welches in das gekreuzte dichroitische Prisma 24 eingetreten ist, wie vorstehend erwähnt, wird durch den dritten dichroitischen Spiegel 24c zuerst in eine Rotlichtkomponente RS, eine Grünlichtkomponente GS und eine Blaulichtkomponente BS des S-polarisierten Lichts geteilt. Die Rotlichtkomponente RS, welche durch den dritten dichroitischen Spiegel 24c reflektiert ist, wird als ein Beleuchtungslicht der ersten Flüssigkristalltafel 25R verwendet. Die Grünlichtkomponente GS und die Blaulichtkomponente BS, welche durch den dritten dichroitischen Spiegel 24c übertragen sind, werden danach durch den vierten dichroitischen Spiegel 24d geteilt. Die Blaulichtkomponente BS, wel che durch den vierten dichroitischen Spiegel 24d reflektiert ist, wird als ein Beleuchtungslicht der dritten Flüssigkristalltafel 25B verwendet. Die Grünlichtkomponente GS, welche durch den vierten dichroitischen Spiegel 24d übertragen ist, wird als ein Beleuchtungslicht der zweiten Flüssigkristalltafel 25 G verwendet.
Andererseits wird in dem gekreuzten dichroitischen Prisma 24 das S-polarisierte Licht S&sub2; durch den ersten dichroitischen Spiegel 24a zuerst in die Blaulichtkomponente BS, die Rotlichtkomponente RS und die Grünlichtkomponente GS des S-polarisierten Lichts geteilt. Die Blaulichtkomponente BS, welche durch den ersten dichroitischen Spiegel 24a reflektiert ist, wird als ein Beleuchtungslicht der dritten Flüssigkristalltafel 25B verwendet. Die Rotlichtkomponente RS und die Grünlichtkomponente GS, welche durch den ersten dichroitischen Spiegel 24c übertragen sind, werden danach durch den zweiten dichroitischen Spiegel 24b geteilt. Die Rotlichtkomponente RS, welche durch den zweiten dichroitischen Spiegel 24b reflektiert ist, wird als ein Beleuchtungslicht der ersten Flüssigkristalltafel 25R verwendet. Die Grünlichtkomponente GS, welche durch den zweiten dichroitischen Spiegel 24b übertragen ist, wird als ein Beleuchtungslicht der zweiten Flüssigkristalltafel 25 G verwendet.
In dem Fall, wenn die Farblichtkomponenten RS, GS und BS, die als Beleuchtungslichtstrahlen der ersten bis dritten Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B dienen, wie vorstehend erwähnt, in die Pixel (Flüssigkristallabschnitte), entsprechend den hellen Abschnitten der Farbbildsignale, übertragen werden und in die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B reflektiert werden, werden deren Polarisationsebenen gedreht, und diese Farblichtkomponenten werden als Farblichtkomponenten RP, GP und BP des P-polarisierten Lichts abgestrahlt. Andererseits werden in dem Fall, wenn die Farblichtkomponenten RS, GS und BS, entsprechend den dunklen Abschnitten der Farbbildsignale, in die Pixel übertragen und reflektiert werden, deren Polarisationsebenen nicht gedreht, und die Farblichtkomponenten RS, GS und BS des S-polarisierten Lichts werden abgestrahlt wie sie sind.
Die reflektierten Bildlichtkomponenten RP, GP, BP, RS, GS und BS der Farben, welche reflektiert und von der ersten bis dritten Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B abgestrahlt wurden, werden wieder durch den ersten bis vierten dichroitischen Spiegel 24a, 24b, 24c und 24d zusammengesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird das zusammengesetzte Licht, welches durch den ersten dichroitischen Spiegel 24a und den zweiten dichroitischen Spiegel 24b zusammengesetzt ist, wieder der Polarisationsstrahlteileinrichtung 23 zugeführt. Das zusammengesetzte Licht, welches durch den dritten dichroitischen Spiegel 24c und den vierten dichroitischen Spiegel 24d zusammengesetzt ist, wird wieder der Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 zugeleitet. In den Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 werden die P-polarisierten Komponenten RP, GP und BP, entsprechend den hellen Abschnitten der Farbbilder, welche durch die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 25R, 25 G und 25B moduliert wurden, übertragen und dem Projektionslinsensystem 26 zugeleitet. Die S-polarisierten Komponenten RS, GS und BS, entsprechend den dunklen Abschnitten der Farbbilder, werden reflektiert und von dem optischen Projektionspfad abgelenkt und in die Richtung der Lichtquelle 20 zurückgeführt, die eine optische Achse aufweist, welche rechtwinklig zu der optischen Achse des Projektionslinsensystems ist.
Daher werden die zusammengesetzten Lichtstrahlen P&sub1; und P&sub2; der P-polarisierten Komponenten RP, GP und BP, entsprechend den hellen Abschnitten der Farbbilder, jeweils von den Polarisationsstrahlteileinrichtung 21 und 23 abgestrahlt. Die zusammengesetzten Lichtstrahlen P&sub1; und P&sub2; treten durch das Projektionslinsensystem 26 und werden dann auf den Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert.
Da gemäß dem vorstehend erwähnten Vergleichsbeispiel das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht in die linear polarisierten Lichtstrahlen verlustlos umgewandelt wird, welche die ausgerichteten Polarisationsebenen aufweisen, wird ein Ausnutzungsgrad des Lichts wesentlich erhöht. Da das gekreuzte dichroitische Prisma als eine Teil- und Zusammensetzeinrichtung der Farblichtstrahlen verwendet wird, kann eine Schnittweite der Projektionslinsen im Vergleich mit jener einer derartigen herkömmlichen Vorrichtung bemerkenswert verkürzt werden. Ein Freiheitsgrad beim Entwurf der Projektionslinse wird erhöht. Da außerdem die Anordnung der Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 sowie der Halbwellenlängenplatte 22 auch als eine Analyseeinrichtung wirkt, ist eine andere Analyseeinrichtung unnötig und der gesamte Aufbau ist kompakt.
Die Halbwellenlängenplatte wird durch eine gewöhnliche Doppelbrechungsplatte (-dünnschicht) oder eine Platte mit einer 90º-TN-(twisted nematic)-Flüssigkristallschicht ausgebildet.
Als Abwandlungen des in Fig. 2 gezeigten Vergleichsbeispiels werden berücksichtigt: eine Form, in welcher eine Anordnung der dichroitischen Spiegel, wie bei dem herkömmlichen Verfahren erwähnt, anstelle des gekreuzten dichroitischen Prismas 24 verwendet wird, eine Form, in welcher eine einzige Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 in einer Weise ähnlich dem herkömmlichen Verfahren anstelle der Anordnung der Polarisationsstrahlteileinrichtungen 21 und 23 sowie der Halbwellenlängenplatte und der Anordnung (21, 22, 23) angeordnet ist, in dem optischen Pfad zwischen der Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 und der Lichtquelle 20 positioniert ist, und die polarisierten Lichtstrahlen S&sub1; und S&sub2; zur Polarisationsstrahlteileinrichtung 3 gerichtet sind, eine Kombination der vorstehend erwähnten zwei Formen und dergleichen.
Eine Ausführungsform, in welcher die Anordnung der dichroitischen Spiegel, wie in dem herkömmlichen Verfahren erwähnt, anstelle des gekreuzten dichroitischen Prismas verwendet wird, ist ebenfalls als eine Abwandlung wirkungsvoll, welche nachstehend erläutert wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Aufbaus der Ausführungsform.
In dem Fall der Ausführungsform wird ein würfelförmiges, gekreuztes dichroitisches Prisma 34, in welchem die erste bis dritte Flüssigkristalltafel 35R, 35 G und 35B an drei Oberflächen angeordnet sind, in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ähnlichen Weise verwendet. Ferner ist ein Prisma 37 in der Form eines Parallelogramms über dem gekreuzten dichroitischen Prisma 34 auf der Abstrahlungszielseite des Parallelogramms angeordnet, während Licht von einer Lichtquelle 30 abgestrahlt wird. Eine Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 ist auf der Grenzfläche des Prismas 37 auf der Seite der Lichtquelle 30 angeordnet, welche als ein Eintrittsabschnitt des weißen Lichts dient. In dem Prisma 37 ist eine Teiloberfläche der Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 parallel zu einer Luftgrenzfläche (reflektierende Oberfläche) 38, welche der Teiloberfläche der Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 zugewendet ist, so daß eine optische Achse der Lichtquelle 30 durch beide Oberflächen im rechten Winkel gekrümmt ist. Daher ist die Reflexionsrichtung des Lichts durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 dieselbe wie die Reflexionsrichtung des Lichts, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 übertragen wird, und wird durch die Luftgrenzfläche 38 reflektiert. Ein Totalreflexionsspiegel 33 zum nach unten gerichteten Reflektieren der Reflexionslichtstrahlen um 90º ist in der vorstehend erwähnten Richtung in dem optischen Pfad jedes der Reflexionslichtstrahlen angeordnet. In dem Fall der Reflexion durch den Totalreflexionsspiegel 33 ist unter Berücksichtigung, daß die optische Achse von der Lichtquelle 30 und der optischen Reflexionsachse durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 und die Luftgrenzfläche 38 des Prismas 37 in derselben Ebene vorliegt, die optische Reflexionsachse durch den Totalreflexionsspiegel 33 senkrecht zu einer solchen Ebene. Wenn daher die Reflexion durch den Totalreflexionsspiegel 33 erfolgt, wird die Polarisationsebene jedes Lichts um 90º gedreht.
Eine Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 ist in der Reflexionsrichtung des Lichts durch den Totalreflexionsspiegel 33 angeordnet. Das durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 reflektierte Licht tritt in das gekreuzte dichroitische Prisma 34 ein, und das Licht wird durch das gekreuzte dichroitische Prisma 34 in einer Weise ähnlich dem Fall der vorstehend beschriebenen Ausführungsform geteilt und zusammengesetzt. In dem Licht, das von dem gekreuzten dichroitischen Prisma 34 abgestrahlt wird, tritt das Licht, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 übertragen wird, durch eine Projektionslinse 36 und wird auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert.
Die Operation der Ausführungsform wird nachstehend beschrieben.
Die von der Lichtquelle 30 abgestrahlten parallelen weißen Lichtstrahlen werden zuerst in zwei linear polarisierte Lichtstrahlen geteilt, bestehend aus dem S-polarisierten Licht S&sub1;, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 reflektiert wird, ausgebildet an der Grenzfläche des Prismas 37, und dem P-polarisierten Licht P&sub2;, welches durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 übertragen wird. Das S-polarisierte Licht S&sub1; in den linear polarisierten Lichtstrahlen wird durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 reflektiert, und danach wird die Polarisationsebene durch eine Halbwellenlängenplatte 32 um 90º gedreht, so daß das S-polarisierte Licht S&sub1; in ein P-polarisiertes Licht P&sub1; umgewandelt wird und dem Totalreflexionsspiegel 33 zugeleitet wird. Das P-polarisierte Licht P&sub2; wird durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 übertragen, und danach wird es durch das Prisma 37 an der Luftgrenzfläche 38 reflektiert, welche der Polarisationsstrahlteileinrichtung 31 zugewendet ist, und wird auf ähnliche Weise dem Totalreflexionsspiegel 33 zugeleitet. Da der Totalreflexionsspiegel 33 die Polarisationsebene jedes polarisierten Lichts um 90º dreht und reflektiert, wie vorstehend erwähnt ist, werden die P-polarisierten Lichtstrahlen P&sub1; und P&sub2; in die S-polarisierten Lichtstrahlen S&sub1; und S&sub2; umgewandelt und reflektiert. Danach werden die S-polarisierten Lichtstrahlen durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 reflektiert und treten in das gekreuzte dichroitische Prisma 34 ein.
Daher werden auch im Fall dieser Ausführungsform fast die gesamten Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 30 abgestrahlt sind, auf ähnliche Weise in die S-polarisierten Lichtstrahlen umgewandelt und treten in das gekreuzte dichroitische Prisma 34 ein.
Die S-polarisierten Lichtstrahlen S&sub1; und S&sub2;, welche in das gekreuzte dichroitische Prisma 34 eingetreten sind, wie vorstehend erwähnt, werden durch den dritten dichroitischen Spiegel 34c und den vierten dichroitischen Spiegel 34d und durch den ersten dichroltischen Spiegel 34a und den zweiten dichroitischen Spiegel 34d in die Farblichtstrahlen geteilt und werden als Beleuchtungslichtstrahlen der ersten bis dritten Flüssigkristalltafel 35R, 35 G und 35B verwendet, entsprechend den Farblichtstrahlen, in einer Weise ähnlich dem Fall der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform. Die Reflexionsbildlichtstrahlen der Farben, welche reflektiert und von der ersten bis dritten Flüssigkristalltafel 35R, 35 G und 35B abgestrahlt worden sind, werden ebenfalls in ähnlicher Weise durch den ersten bis vierten dichroitischen Spiegel 34a, 34b, 34c und 34d zusammengesetzt und von dem gekreuzten dichroitischen Prisma 34 abgestrahlt. Das zusammengesetzte Licht wird der Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 zugeleitet, welche auf der Abstrahlungszielseite angeordnet ist. In der Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 wird die S-polarisierte Komponente, entsprechend dem Dunkelabschnitt jedes Farbbilds, in dem zusammengesetzten Licht reflektiert und in die Richtung der Lichtquelle 30 entlang demselben optischen Pfad wie dem vorstehend beschriebenen optischen Eintrittspfad zurückgeführt. Andererseits werden in dem zusammengesetzten Licht die P-polarisierten Komponenten P&sub1; und P&sub2;, entsprechend den hellen Abschnitten der Farb bilder, durch die Polarisationsstrahlteileinrichtung 39 übertragen, und danach treten sie durch das Projektionslinsensystem 36 und werden vergrößert auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert.
In dem in Fig. 2 gezeigten und vorstehend erwähnten Vergleichsbeispiel ist die Halbwellenlängenplatte 22 in der Mitte der optischen Pfadbereiche von zwei zusammengesetzten Lichtstrahlen parallel zu den optischen Pfaden angeordnet. In der in Fig. 3 und in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist jedoch die Halbwellenlängenplatte 32 außerhalb des Bereichs des optischen Projektionspfads des zusammengesetzten Lichts angeordnet, so daß ein qualitativ gutes Videobild erhalten werden kann.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Projektor werden nach dem Umwandeln des aus der Lichtquelle abgestrahlten Lichts in die polarisierten Lichtstrahlen, welche die ausgerichteten Polarisationsebenen aufweisen, diese den gekreuzten dichroitischen Spiegeln zugeführt und die Farbtrennung und Farbzusammensetzung werden ausgeführt. Somit wird ein Ausnutzungsgrad des Lichts der Lichtquelle verbessert und die Helligkeit kann erhöht werden.
Da die Farbtrennung und die Farbzusammensetzung unter Verwendung der gekreuzten dichroitischen Spiegel ausgeführt werden, kann der gesamte Aufbau vereinfacht und die Vorrichtung miniaturisiert werden, und die Schnittweite wird verringert, so daß ein Freiheitsgrad bei der Konstruktion der Projektionslinse erhöht wird.

Claims

1. Projektor, welcher aufweist:

- eine Lichtquelle (30)

- ein Beleuchtungssystem mit einer ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung (31) und einer Reflexionsoberfläche (38), einer Phasenplatte (32) und einer zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39), wobei die erste Polarisationsstrahlteileinrichtung (31) eine S-polarisierte Komponente eines weißen Strahls von der Lichtquelle (30) reflektiert und sie zu der zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39) richtet und eine P-polarisierte Komponente des weißen Lichts überträgt, wobei die Reflexionsoberfläche (38) die P- polarisierte Komponente reflektiert und sie zu der zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39) richtet, wobei die Richtung des durch die erste Polarisationsstrahlteileinrichtung (31) reflektierten Lichts dieselbe wie die Richtung des durch die Reflexionsoberfläche (38) reflektierten Lichts ist, und wobei die Phasenplatte (32) bewirkt, daß die Polarisationsrichtungen der P-polarisierten Komponente und der S-polarisierten Komponente einander übereinstimmen, bevor die P-polarisierte Komponente und die S-polarisierte Komponente eine Teiloberfläche der zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39) erreichen,

- ein dichroitisches Spiegelsystem (34), welches den polarisierten Strahl von der zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39) aufnimmt,

- eine erste optische Modulationseinrichtung (35R) zum Modulieren einer Polarisation einer Rotkomponente des polarisierten Strahls von dem dichroitischen Spiegelsystem (34) und zum Reflektieren der Rotkomponente, um einen ersten Strahl zu erzeugen, der ein erstes Bild anzeigt,

- eine zweite optische Modulationseinrichtung (35 G) zum Modulieren einer Polarisation einer Grünkomponente des polarisierten Strahls von dem dichroitischen Spiegelsystem (34) und zum Reflektieren der Grünkomponente, um einen zweiten Strahl zu erzeugen, der ein zweites Bild anzeigt,

- eine dritte optische Modulationseinrichtung (35B) zum Modulieren einer Polarisation einer Blaukomponente des polarisierten Strahls von dem dichroitischen Spiegelsystem (34) und zum Reflektieren der Blaukomponente, um einen dritten Strahl zu erzeugen, der ein drittes Bild anzeigt, und

- ein optisches Projektionssystem (36) zum Aufnehmen des ersten bis dritten Strahls durch das dichroitische Spiegelsystem (34) über die Teiloberfläche der zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39) und zum Projizieren eines Farbbilds, in welchem das erste bis dritte Bild durch die Strahlen einander überdecken.

2. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die Phasenplatte (32) eine Halbwellenlängen-Dünnschicht aufweist.

3. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die Phasenplatte (32) eine 90º-TN-(twisted nematic)-Flüssigkristallschicht aufweist.

4. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die Phasenplatte (32) in dem Pfad der S-polarisierten Komponente von der ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung (31) angeordnet ist und die S-polarisierte Komponente in eine weitere P-polarisierte Komponente umwandelt, wodurch die Polarisationsrichtungen der beiden polarisierten Komponenten in Übereinstimmung gebracht werden.

5. Projektor gemäß Anspruch 4, wobei das Beleuchtungssystem einen Beugungsspiegel (33) aufweist und durch Reflektieren der P-polarisierten Komponente und der weiteren P- polarisierten Komponente durch den Beugungsspiegel (33) die beiden polarisierten Komponenten der zweiten Polarisationsstrahlteileinrichtung (39) als ein S-polarisierter Strahl zugeleitet werden.

6. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die Phasenplatte (32) in dem Pfad der P-polarisierten Komponente von der ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung (31) angeordnet ist und durch Umwandeln der P-polarisierten Komponente in eine weitere S-polarisierte Komponente die Polarisationsrichtungen der beiden polarisierten Komponenten in Übereinstimmung gelangen.

7. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die erste bis dritte optische Modulationseinrichtung (35) Flüssigkristallschichten zum Drehen der Polarisationsebenen der Strahlen gemäß einem Videosignal aufweisen.

8. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei das dichroitische Spiegelsystem (34) gekreuzte dichroitische Spiegel aufweist.

9. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die Reflexionsoberfläche (38) und die Teiloberfläche (38) der ersten Polarisationsstrahlteileinrichtung (31) einander parallel sind.

10. Projektor gemäß Anspruch 1, wobei die Phasenplatte (32) außerhalb eines optischen Projektionspfads des Farbbilds angeordnet ist.