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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein kompaktes Beleuchtungssystem
unter Verwendung einer Lichtquelle, wie einer Anordnung von Lichtemissionsdioden
(LEDs) oder Laserdioden (LDs), das im Falle einer Projektionsanzeigevorrichtung,
die das Beleuchtungssystem einsetzt, eine längere Lebensdauer aufweist.
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Mit
Bezug zu 1 beinhaltet eine herkömmliche
Projektionsanzeigevorrichtung eine Lichtquelle 100, eine
Kollimatorlinse 110, die einen von der Lichtquelle 100 emittierten
Lichtstrahl parallelisiert, Lichtsplittereinheiten, die einen weißen Lichtstrahl
von der Kollimatorlinse 110 in rote (R), grüne (G) bzw.
blaue (B) Lichtstrahlen aufspalten, erste bis dritte Flüssigkristallanzeige(LCD)-Tafeln 180, 181 und 182,
die einen An/Aus-Prozess
an den R-, G- bzw. B-Lichtstrahlen durchführen, die von den Lichtsplittereinheiten
gesendet sind, so dass Farbbilder gebildet werden, ein dichromatisches
Prisma 190, das die R-, G- bzw. B-Lichtstrahlen kombiniert,
die durch die erste, zweite und dritte LCD-Tafel 180, 181 und 182 transmittiert
sind, und ein Projektionslinsensystem 200, das das von
den R-, G- und B-Lichtstrahlen gebildete Bild vergrößert und
auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert.
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Die
Lichtsplittereinheiten beinhalten einen ersten dichromatischen Spiegel 120,
der den R-Lichtstrahl im weißen
Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 100 emittiert ist,
transmittiert und die verbleibenden G- und B-Lichtstrahlen reflektiert, und einen
zweiten dichromatischen Spiegel 140, der den vom ersten
dichromatischen Spiegel 120 reflektierten B-Lichtstrahl transmittiert
und den vom ersten dichromatischen Spiegel 120 reflektierten
G-Lichtstrahl transmittiert. Außerdem
beinhaltet die Lichtsplittereinheit auch einen ersten Spiegel 130,
der den durch den ersten dichromatischen Spiegel 120 transmittierten
R-Lichtstrahl auf die erste LCD-Tafel 180 reflektiert,
einen zweiten Spiegel 150, der den durch den zweiten dichromatischen
Spiegel 140 transmittierten B-Lichtstrahl reflektiert,
und einen dritten Spiegel 160, der den vom zweiten Spiegel 150 reflektierten
B-Lichtstrahl auf die dritte LCD-Tafel 182 reflektiert.
Indessen sind die erste, zweite und dritte Fokussierlinse 170, 171 und 172 jeweils
zwischen dem ersten bis dritten Spiegel 130, 140 und 160 und
der entsprechenden ersten bis dritten LCD-Tafel 180, 181 und 182 angeordnet.
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In
einer Projektionsanzeigevorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur
wird ein von der Lichtquelle 100 emittierter weißer Lichtstrahl
in R-, G- und B-Lichtstrahlen aufgespalten, die R-, G- und B-Lichtstrahlen
werden von entsprechenden ersten bis dritten LCD-Tafeln 180, 181 und 182 gemäß zuvor eingegebenen
Bildsignalen so verarbeitet, dass verschiedene Farbbilder gebildet
werden. Die R-, G- und B-Farbbilder werden durch das dichromatische
Prisma 190 zu einem einzigen Bild kombiniert und das kombinierte
Bild wird auf dem Projektionslinsensystem 200 gebildet
und vergrößert und
auf einen Bildschirm projiziert.
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Die
herkömmliche
Projektionsanzeigevorrichtung verwendet zum Beispiel eine Xenonlampe, eine
Metallhalogenidlampe oder eine UHP-Lampe als Lichtquelle 100.
Solche Lampen erzeugen Wärme
mit einer hohen Temperatur von ungefähr 500 °C. Daher wird ein separater
Kühlungslüfter verwendet, um
die Wärme
abzukühlen.
Dieser Kühlungslüfter ist die
Hauptursache für
Lärm und
stört Benutzer,
wenn sie der vom Kühlungslüfter ausgestoßenen heißen Luft
ausgesetzt sind. Darüber
hinaus emittieren die Lampen eine große Menge an Ultraviolettstrahlen und
Infrarotstrahlen, die für
die Benutzer schädlich sind.
Daher sind ein optischer Filter für Infrarotstrahlen und ein
optischer Filter für
Ultraviolettstrahlen erforderlich, um ihre Ausstrahlung zu verhindern.
Dementsprechend nimmt das Gesamtvolumen der Anzeigevorrichtung zu,
während
ihre Fertigungskosten ebenfalls zunehmen.
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Außerdem weisen
die Lampen ein Spektrum auf, in dem alle Wellenlängen breit gestreut sind, und weisen
daher einen engeren Farbgamut auf, wodurch die Farbauswahl eingeschränkt und
die Farbreinheit vermindert ist. Darüber hinaus ist die mittlere
Lebensdauer der Lampen kurz, was die stabile Verwendung der Lampen
beeinflusst.
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US 4,711,578 beschreibt
einen optischen Verschiebungssensor, der eine Lichtquelle, eine
Linse, einen Reflektor und einen Detektor umfasst. Das Licht von
der Quelle passiert die Linse und wird durch die Linse auf den Detektor
zurück
reflektiert.
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DE 19718933 beschreibt
Fokussierung für eine
Laserdiodenanordnung. Zylindrische Linsen sind vor einer Anordnung
vorgesehen und es ist auch ein Spiegel vorgesehen.
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US 2001/0048560 beschreibt
ein Videoanzeigegerät
unter Verwendung zahlreicher Lichtemissionsdioden und einer Facettenaugenlinse.
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Zur
Lösung
der oben beschriebenen Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein kompaktes Beleuchtungssystem, das die Erzeugung von
Lärm, Hitze
und schädlichen
Ultraviolelt- und Infrarotstrahlen vermeidet, wodurch die Lebensdauer einer
Lichtquelle verlängert
wird und energiereiches Licht gesichert wird, und eine Projektionsanzeigevorrichtung
unter Einsatz des Beleuchtungssystems zur Verfügung zu stellen.
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Dementsprechend
wird, um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ein
Beleuchtungssystem mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen zur
Verfügung
gestellt.
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Die
Einheit zur optischen Wegumkehrung kann eine Fresnel-Linse zum Konvergieren
des von der Kollimatorlinsenanordnung einfallenden pa rallelen Lichts
und einen Spiegel zum Umkehren eines Wegs des durch die Fresnel-Linse
transmittierten Lichts zur sekundären Fokussierlinse beinhalten.
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Die
Fresnel-Linse ist vom Spiegel durch einen vorgegebenen Spalt getrennt
und der Spalt ist variabel.
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Die
Einheit zur optischen Wegumkehrung kann eine anfängliche Fokussierlinse mit
mindestens einer konvexen Seite und einen Spiegel zum Umkehren eines
Wegs des durch die anfängliche
Fokussierlinse transmittierten Lichts zur sekundären Fokussierlinse beinhalten.
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Die
anfängliche
Fokussierlinse ist vom Spiegel durch einen vorgegebenen Spalt getrennt
und der Spalt ist variabel.
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Die
Einheit zur optischen Wegumkehrung kann als mindestens eine konvexe
Ebene und eine Reflexionsbeschichtung auf ihrer Rückseite
realisiert sein.
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Die
Einheit zur optischen Wegumkehrung kann als Fresnel-Linse mit einer
Reflexionsbeschichtung auf ihrer Rückseite realisiert sein, so
dass das von der Kollimatorlinsenanordnung einfallende parallele
Licht reflektiert und konvergiert wird.
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Die
Einheit zur optischen Wegumkehrung kann als holographisches optisches
Element realisiert sein.
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Die
Einheit zur optischen Wegumkehrung kann als sphärischer konkaver Spiegel realisiert
sein.
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Das
Beleuchtungssystem beinhaltet ferner eine optische Faser zum Leiten
des Lichts, das durch die sekundäre
Fokussierlinse konvergiert worden ist.
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Die
Lichtquelle ist aus Lichtemissionsdioden (LEDs) oder Laserdioden
(LDs) gebildet.
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Die
Lichtquelle weist eine Arraystruktur auf.
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Die
Lichtquelle beinhaltet eine Mehrzahl von Lichtemittern, die in der
Arraystruktur angeordnet sind. Die Lichtemitter emittieren Licht
unterschiedlicher Wellenlängen.
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Die
Kollimatorlinsenanordnung kann eine erste zylindrische konvexe Linse
zum Kompensieren einer Saggitalebene des Lichts und eine zweite
zylindrische konvexe Linse zum Kompensieren einer Tangentialebene
des Lichts umfassen.
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Die
Kollimatorlinsenanordnung kann als asphärisches Facettenaugenlinsensystem
realisiert sein.
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Die
Kollimatorlinsenanordnung kann eine zylindrische konvexe Linse zum
Kompensieren einer Saggital- oder Tangentialebene des Lichts und
eine sphärische
konvexe Linse zur Durchführung
einer Kompensation am durch die zylindrische konvexe Linse transmittierten
Licht umfassen.
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Ebenso
wird eine Projektionsanzeigevorrichtung, die ein Farbbild aus Licht,
das von einem Beleuchtungssystem emittiert wird, unter Verwendung einer
Anzeigevorrichtung gemäß einem
Bildsignal bildet und das Farbbild vergrößernd auf einen Bildschirm
projiziert, zur Verfügung
gestellt. In diesem Fall beinhaltet das Beleuchtungssystem eine
Lichtquelle, eine Kollimatorlinsenanordnung zum Parallelisieren
von aus der Lichtquelle emittiertem Licht, eine Einheit zur optischen
Wegumkehrung, die parallel von der Kollimatorlinsenanordnung einfallendes Licht
zur Lichtquelle zurück
reflektiert, so dass das Licht ein erstes Mal konvergiert wird,
und eine sekundäre
Fokussierlinse, die an einer Seite angeordnet ist, an der die Lichtquelle
positioniert ist, zum Konvergieren des Lichts, das durch die Einheit
zur optischen Wegumkehrung reflektiert und konvergiert ist, auf eine
bestimmte Position.
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Die
obige Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser
ersichtlich aus einer ausführlichen
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung einer herkömmlichen Projektionsanzeigevorrichtung
ist;
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2 eine
schematische Darstellung einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
Darstellung eines Beleuchtungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4 eine
Darstellung des Beleuchtungssystems von 3 direkt
von einer Lichtquelle gesehen ist;
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5A und 5B eine
Darstellung eines Beleuchtungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine Darstellung zur Erläuterung
eines Verfahrens zur Herstellung eines im Beleuchtungssystem eingesetzten holographischen
optischen Elements sind;
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6 bis 9 Darstellungen
von Beleuchtungssystemen gemäß verschiedener
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind;
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10 eine
Darstellung eines Beispiels einer Kollimatorlinse ist, die in einem
Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird; und
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11 eine
schematische Darstellung einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Mit
Bezug zu 2 beinhaltet eine Projektionsanzeigevorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erste bis dritte Beleuchtungssysteme 10R, 10G und 10B zum
Emittieren von Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, erste
bis dritte Anzeigevorrichtungen 40R, 40G und 40B zum
Verarbeiten von Lichtstrahlen, die von den ersten bis dritten Beleuchtungssystemen 10R, 10G und 10B emittiert
sind, gemäß bestimmter
Bildsignale zum Ausbilden entsprechender Farbbildern, erste bis
dritte optische Fasern 20R, 20G und 20B, die
entsprechend zwischen den ersten bis dritten Beleuchtungssystemen 10R, 10G und 10B und
zugehörigen
ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 40R, 40G und 40B angeordnet
sind, eine optische Kombinationseinheit 55 zum Kombinieren
der von den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 40R, 40G und 40B gebildeten
Farbbilder, und ein Projektionslinsensystem 62 zum Vergrößern und
Projizieren des von der optischen Kombinationseinheit 55 gebildeten Farbbildes
auf einen Bildschirm (nicht gezeigt).
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Die
Projektionsanzeigevorrichtung beinhaltet auch erste bis dritte Kollimatorlinsensysteme 31R, 31G und 31B zum
Parallelisieren von durch die ersten bis dritten optischen Fasern 20R, 20G und 20B emittierten
Lichtstrahlen und zum Leiten der parallelen Lichtstrahlen zu den
ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 40R, 40G bzw. 40B.
Bezugszeichen 61 bezeichnet eine vierte Fokussierlinse
zum Konvergieren des durch die optische Kombinationseinheit 55 kombinierten
Bildes auf das Projektionslinsensystem 62.
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Zum
Beispiel kann die optische Kombinationseinheit 55 ein dichromatisches
Prisma sein. Das dichromatische Prisma reflektiert oder transmittiert einen
einfallenden Lichtstrahl selektiv gemäß seiner Wellenlänge, so
dass R-, G- und B-Farbbilder, die in unterschiedlichen Richtungen einfallen,
in eine Richtung weisen, so dass sie zu einem Bild kombiniert werden.
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Die
ersten bis dritten Beleuchtungssyteme 10R, 10G und 10B beinhalten
die gleichen Elemente. Zum Beispiel können das erste, zweite und
dritte Beleuchtungssytem 10R, 10G und 10B so
ausgelegt sein, dass sie rote, grüne bzw. blaue Lichtstrahlen emittieren.
Es ist bevorzugt, kleine Lichtemissionsvorrichtungen, wie Laserdioden
(LDs) oder Lichtemissionsdioden (LEDs), als Lichtquelle zu verwenden,
die in jedem der ersten bis dritten Beleuchtungssyteme 10R, 10G und 10B eingesetzt
werden. Hier wird nur das erste Beleuchtungssystem 10R beschrieben
und ausführliche
Beschreibungen des zweiten und dritten Beleuchtungssystems 10G und 10B werden
ausgelassen.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, beinhaltet das
erste Beleuchtungssystem 10R Lichtquellen 11 zum
Emittieren von Lichtstrahlen, eine Kollimatorlinsenanordnung 12 zum
Parallelisieren der von den Lichtquellen 11 emittierten
Lichtstrahlen, eine Einheit zur optischen Wegumkehrung mit einer Fresnel-Linse 13 zum
anfänglichen
Konvergieren der von der Kollimatorlinsenanordnung 12 einfallenden parallelen
Lichtstrahlen und einen Reflexionsspiegel 14 zum Konvertieren
der Ausbreitungsrichtungen der Lichtstrahlen in Richtung zu den
Lichtquellen 11 und eine sekundäre Fokussierlinse 15 zum
Konvergieren der Lichtstrahlen, die von der Fresnel-Linse 13 konvergiert
und vom Reflexionsspiegel 14 reflektiert wurden, auf die
optische Faser 20R.
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Die
Lichtquellen 11 können
in einer Arraystruktur ausgebildet sein, die aus einer Mehrzahl
von LEDs oder LDs zusammengesetzt ist, so dass eine hohe Leistung
erzeugt wird. Die Fresnel-Linse 13 ist von der Reflexionslinse 14 um
einen bestimmten Spalt "t" getrennt. Es ist
bevorzugt, dass der Spalt "t" variabel ist. Die
Brennweite der sekundären
Fokussierlinse 15 kann durch Einstellen des Spalts "t" eingestellt werden, so dass eine so
große
Menge an Lichtstrahlen wie möglich
durch die sekundäre
Fokussierlinse 15 auf die optische Faser 20R konvergiert
werden können.
Außerdem
ist die Fresnel-Linse 13 billig und kann einfach von einer
geringen Größe bis zu
einer großen
Größe hergestellt
werden. Wie oben beschrieben, werden die Lichtstrahlen durch die
sekundäre
Fokussierlinse 15 auf die optische Faser 20R konvergiert
und die konvergierten Lichtstrahlen werden vom gegenüberliegenden
Austrittsende der optischen Faser 20R in Form eines sphärischen energiereichen
Lichtstrahls emittiert. Insbesondere, wenn eine LD, die einen Strahl
mit einer elliptischen Form emittiert, als Lichtquelle verwendet
wird, ist es notwendig, den elliptischen Lichtstrahl in einen sphärischen
Lichtstrahl umzuformen. Hier kann der von der LD emittierte Lichtstrahl
in Form eines sphärischen
energiereichen Lichtstrahls über
die optische Faser 20R ausgegeben werden.
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In
der obigen Struktur sind die Fresnel-Linse 13 und der Reflexionsspiegel 14 separat
vorgesehen, sie können
aber als Fresnel-Linse 13 mit einer Reflexionsbeschichtung
anstelle des Reflextionsspiegels 14 auf ihrer Rückseite
realisiert sein, um einen durch die Fresnel-Linse 13 wandernden
Lichtstrahl zur sekundären
Fokussierlinse 15 zu reflektieren.
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Die
vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Struktur, in
der von den Lichtquellen 11 emittierte Lichtstrahlen von
der Einheit zur optischen Wegumkehrung, zum Beispiel der Fresnel-Linse 13 und
dem Reflexionsspiegel 14, zur sekundären Fokussierlinse 15,
die an einer Seite angeordnet ist, an der die Lichtquellen 11 angeordnet
sind, reflektiert werden. In dieser Struktur können Wege L1 der von den Lichtquellen 11 emittierten
Lichtstrahlen und Wege 12 der durch die Einheit zur optischen
Wegumkehrung zur sekundären
Fokussierlinse 15 reflektierten Lichtstrahlen im selben
Raum gehalten werden, wodurch sich das Volumen des Beleuchtungssystems 10R reduziert.
Mit anderen Worten, wenn die sekundäre Fokussierlinse 15 und
die optische Faser 20R nicht auf der Seite der Lichtquelle 11 angeordnet sind,
sondern auf der gegenüberliegenden
Seite um die Fresnel-Linse 13 angeordnet sind, wird viel
mehr Raum benötigt,
als bei der Beleuchtungssystemstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung,
da durch die Fresnel-Linse 13 transmittierte Lichtstrahlen
sich nach vorn ausbreiten.
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Mit
Bezug zu 5A, beinhaltet das erste Beleuchtungssytem 10R gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Lichtquellen 11 zum Emittieren
von Lichtstrahlen, zum Beispiel roten Lichtstrahlen, mit einer bestimmten
Wellenlänge,
eine Kollimatorlinsenanordnung 12 zum Parallelisieren der
von den Lichtquellen 11 emittierten Lichtstrahlen, ein
hohlographisches optisches Element 16 zum anfänglichen
Konvergieren der parallelen Lichtstrahlen durch Reflektieren der
parallelen Lichtstrahlen zu den Lichtquellen 11 und eine
sekundäre
Fokussierlinse 15 zum Konvergieren der Lichtstrahlen, die
vom holographischen Element 16 konvergiert sind, auf die
optische Faser 20R. Das holographische optische Element 16 ist
eine optische Vorrichtung, die die Funktionen sowohl der Fresnel-Linse 13 wie
des Reflexionsspiegels 14 erfüllen kann. Das holographische
optische Element 16 weist den Vorteil auf, dass es schmal
ist und auch niedrige Herstellungskosten aufweist. Bei der Herstellung
des holographischen optischen Elements 16, wie in 5B gezeigt,
fällt ein
Referenzlicht R mit ebenen Wellen auf einer Seite eines Aufzeichnungsmediums 18 ein,
auf dem ein Hologramm aufgezeichnet wird, und Objektlicht M fällt auf
der gegenüberliegenden
Seite dazu ein. Das Objektlicht M passiert die optische Faser 20R und
die sekundäre
Fokussierlinse 15, fällt
auf das Aufzeichnungsmedium 18 und zeichnet ein Hologramm
präzise
auf. Danach wird ein chemischer Entwicklungsprozess am Aufzeichnungsmedium 18 durchgeführt, wodurch
ein holographisches optisches Element fertig gestellt ist.
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Wie
in 6 gezeigt ist, setzt das Beleuchtungssystem 10R gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen sphärischen konkaven Spiegel 17 anstelle
des holographischen optischen Elements 16 als Einheit zur
optischen Wegumkehrung ein. Von den Lichtquellen 11 einfallende
Lichtstrahlen werden vom sphärischen
konkaven Spiegel 17 zur sekundären Fokussierlinse 15 auf einer
Seite, an der die Lichtquellen 11 angeordnet sind, reflektiert
und durch die sekundäre
Fokussierlinse 15 auf die erste optische Faser 20R konvergiert.
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Mit
Bezug zu den 7 und 8, kann
die Einheit zur optischen Wegumkehrung aus einer ersten Fokussierlinse 27 oder 35 mit
mindestens einer konvexen Ebene und einer Reflexionsbeschichtung 29 oder 37 auf
der Rückseite
der ersten Fokussierlinse 27 oder 35 zusammengesetzt
sein. Durch Ausbilden der Reflexionsbeschichtung 29 oder 37 auf
der Rückseite
der ersten Fokussierlinse 27 oder 35 können einfallende
Lichtstrahlen zu den Lichtquellen 11 reflektiert und gesammelt
werden. Alternativ kann die Einheit zur optischen Wegumkehrung,
wie in 9 gezeigt, aus einer ersten Fokussierlinse 35' mit einer konvexen
Seite und einem Reflexionsspiegel 38, der von der ersten
Fokussierlinse 35' um
einen bestimmten Spalt t' getrennt
ist, zusammengesetzt sein. Hier kann die Brennweite der sekundären Fokussierlinse 15 durch
Einstellen des Spalts t' zwischen
der ersten Fokussierlinse 35' und
dem Reflexionsspiegel 38 eingestellt werden.
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Die
Kollimatorlinsenanordnung 12 kann zum Beispiel aus einer
ersten zylindrischen konvexen Linse 12a zum Kompensieren
der Saggitalebene eines Lichtstrahls und einer zweiten zylindrischen
konvexen Linse 12b zum Kompensieren der Tangentialebene
des Lichtstrahls zusammengesetzt sein, wie in 10 gezeigt
ist. Alternativ kann die Kollimatorlinsenanordnung 12 als
asphärisches
Facettenaugenlinsensystem realisiert sein, oder kann aus einer zylindrischen
konvexen Linse zum Kompensieren der Saggital- oder Tangentialebene
eines Lichtstrahls und einer sphärischen
konvexen Linse zur Durchführung
der Kompensation des durch die zylindrische konvexe Linse transmittierten
Lichtstrahls zusammengesetzt sein.
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Außerdem kann
Lichtverlust minimiert werden, indem die zweite Fokussierlinse 15 vor
der optischen Faser 20R an einer Seite vorgesehen ist,
an der die Lichtquellen 11 angeordnet sind. Mit anderen Worten,
obwohl die Menge an Licht zunimmt, wenn die Anzahl an Lichtquellen 11 zunimmt,
nimmt das Volumen der Einheit zur optischen Wegumkehrung proportional
zur Anzahl an Lichtquellen 11 zu, und die Querschnittsfläche des
Lichtflusses nimmt zu, wenn das Volumen der Einheit zur optischen
Wegumkehrung zunimmt. Wenn dementsprechend die Anzahl an Lichtquellen 11 zunimmt,
nimmt auch eine Wahrscheinlichkeit, dass Licht, das von der Einheit
zur optischen Wegumkehrung reflektiert und konvergiert ist, unter
den Einfallswinkel der optischen Faser 20R fällt, ebenso
zu. Um dieses Problem zu überwinden, um
die Lichtmenge zu erhöhen
und den Lichtverlust zu minimieren, ist es bevorzugt, die sekundäre Fokussierlinse 15 vor
der optischen Faser 20R vorzusehen.
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Obwohl
die obige Beschreibung nur das erste Beleuchtungssystem 10R betrifft,
das einen roten Lichtstrahl emittiert, gilt die Beschreibung für das zweite
Beleuchtungssystem 10G, das einen grünen Lichtstrahl emittiert,
und das dritte Beleuchtungssystem 10B, das einen blauen
Lichtstrahl emittiert, in gleicher Weise. Entsprechend vom ersten
bis dritten Beleuchtungssystem 10R, 10G und 10B emittierte Lichtstrahlen
fallen auf die erste bis dritte Anzeigevorrichtung 40R, 40G bzw. 40B durch
die erste bis dritte optische Faser 20R, 20G bzw. 20B.
Bevor sie auf die erste bis dritte Anzeigevorrichtung 40R, 40G bzw. 40B einfallen,
werden die Lichtstrahlen durch das erste bis dritte Kollimatorlinsensystem 31R, 31G bzw. 31B konvergiert
und in parallele Lichtstrahlen konvertiert.
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Jede
der ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 40R, 40G und 40B kann
eine bewegliche Spiegelvorrichtung sein, die gemäß der An/Aus-Schaltungsfunktion
eines Mikrospiegels in Abhängigkeit
von einem Bildsignal ein Farbbild bildet, oder eine Flüssigkristallanzeige
oder ein Flüssigkristall
auf Silicium (LCOS), das/der ein Farbbild durch Polarisieren einfallenden
Lichts bildet. Von den ersten bis dritten Anzeigevorrichtungen 40R, 40G und 40B gebildete
Farbbilder werden durch das Projektionslinsensystem 62 vergrößert und
auf einen Bildschirm projiziert.
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In
der obigen Beschreibung sind Lichtquellen, die rote, grüne und blaue
farbige Lichtstrahlen emittieren, in unabhängigen Strukturen vorgesehen, und
drei Lichtstrahlen, die auf unterschiedlichen optischen Wegen wandern,
werden von einer optischen Kombinationseinheit kombiniert, wodurch
ein Farbbild gebildet wird. Alternativ können die Lichtquellen, die
rote, grüne
und blaue farbige Lichtstrahlen emittieren, in einer Anordnung angeordnet
sein, so dass sie ein einziges Beleuchtungssystem bilden. Die Lichtquellen
können
in einem wiederholten Muster mit einer roten Lichtquelle, einer
grünen
Lichtquelle und einer blauen Lichtquelle oder einer Gruppe von mehreren
roten Lichtquellen, einer Gruppe von mehreren grünen Lichtquellen und einer
Gruppe von blauen Lichtquellen angeordnet sein. Hier kann ein Farbbild
unter Verwendung einer Einzelchip-Flüssigkristallanzeige gebildet
werden, indem sequentielle An/Aus-Steuerung der rote, grüne und blaue
Lichtstrahlen emittierenden Lichtquellen durchgeführt wird.
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Mit
Bezug zu 11 beinhaltet eine Projektionsanzeigevorrichtung,
die ein Beleuchtungssystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einsetzt, eine Lichtquelle 70 mit
einer Mehrzahl von kleinen Lichtemittern, die rote, grüne und blaue
Lichtstrahlen emittieren, in einer Arraystruktur, eine Einheit 75 zur
optischen Wegumkehrung zum Reflektieren von Licht einer bestimmten
Wellenlänge,
das von der Lichtquelle 70 emittiert ist, zur Lichtquelle 70 und
eine sekundäre
Fokussier linse 76, die an einer Seite angeordnet ist, an
der die Lichtquelle 70 positioniert ist, zum sekundären Konvergieren
von Licht, das von der Einheit 75 zur optischen Wegumkehrung
reflektiert und konvergiert ist. Die Lichtquelle 70 weist
eine Arraystruktur auf, in der Lichtemitter 70R, 70G und 70B,
die rote, grüne
bzw. blaue Lichtstrahlen emittieren, sequentiell und wiederholt
angeordnet sind. Die Lichtemitter 70R, 70G und 70B werden
zur Lichtemission sequentiell an- und ausgeschaltet.
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Durch
die sekundäre
Fokussierlinse 76 konvergiertes Licht läuft durch eine optische Faser 78 und
fällt auf
eine Anzeigevorrichtung 82. Es wird ein Bild auf einer
Projektionslinseneinheit 85 durch die Anzeigevorrichtung 82 gebildet
und auf einen Bildschirm (nicht gezeigt) projiziert. Bezugszeichen 80 und 84 bezeichnen
eine Kollimatorlinse bzw. eine Fokussierlinse. Die Anzeigevorrichtung 82 kann
vom Transmissions- oder Reflexionstyp sein, aber in der zweiten
Ausführungsform
einer Projektionsanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Reflexionstyp verwendet. Die Anzeigevorrichtung 82 ist
eine Bilddarstellungsvorrichtung, wie eine digitale Mikrospiegelvorrichtung
(DMD), ein Reflexions-LCOS oder eine Transmissions-LCD. In einem Fall,
bei dem die Anzeigevorrichtung 82 eine Transmissions-LCD
ist, kann der optische Weg durch diese hindurch und gerade durch
die Projektionslinse (nicht gezeigt) verlaufen. Die Lichtquellen
werden dann durch die Daten mit An/Aus-Signalen von Pixeln in der
LCD moduliert. Wie oben beschrieben, Lichtemitter, die rote, grüne und blaue
Lichtstrahlen emittieren, sind in einer Arraystruktur so angeordnet,
dass eine Lichtquelle gebildet wird, wodurch die Struktur eines Beleuchtungssystems
vereinfacht und sein Volumen reduziert wird.
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Wie
oben beschrieben, kann die Einheit 75 zur optischen Wegumkehrung
aus der Fresnel-Lise 13 und dem Reflexionsspiegel 14 zusammengesetzt sein,
kann als holographisches optisches Element 16 oder als
sphärischer
konkaver Spiegel 17 realisiert sein, oder kann aus der
Fo kussierlinse 27, 35 oder 35' und der Reflexionsbeschichtung 29 oder 37 oder dem
Reflexionsspiegel 38 zusammengesetzt sein.
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Wie
oben beschrieben, in einem Beleuchtungssystem und einer Projektionsanzeigevorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Anordnung von LEDs oder LDs als Lichtquelle
verwendet, so dass die Entstehung von Lärm und Wärme, die erzeugt werden, wenn
eine herkömmliche
Lichtquelle mit Lampen verwendet wird, vermieden werden kann, und
die Lebensdauer einer Lichtquelle stark verlängert werden kann. Außerdem werden
bei der vorliegenden Erfindung keine schädlichen Ultraviolett- oder
Infrarotstrahlen emittiert. Da eine Fresnel-Linse oder holographische
optische Elemente verwendet ewrden, können das Volumen und die Fertigungskosten
reduziert werden.
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Insbesondere
wird von einer Lichtquelle emittiertes Licht durch eine Einheit
zur optischen Wegumkehrung zur Lichtquelle zurück reflektiert, so dass das
Volumen eines Beleuchtungssystems und das Volumen einer Projektionsanzeigevorrichtung stark
reduziert werden können,
so dass sie kompakt sind. Es werden eine optische Faser und eine
Kollimatorlinsenanordnung verwendet, wodurch der optische Verlust
reduziert wird. Insbesondere in dem Fall, bei dem eine Lichtquelle,
wie eine elliptisches Licht emittierende LD verwendet wird, kann
das elliptische Licht unter Verwendung einer optischen Faser in
ein sphärisches
energiereiches Licht umgeformt werden.