DE69128810T2 - Polarisationsumsetzungsapparat - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Polarisationsumsetzungs vorrichtung.
• Es ist eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung, um nichtpolarisiertes Licht in geradlinig polarisiertes Licht, zirkular polarisiertes Licht od. dgl. umzusetzen, während der Verlust der Lichtmenge minimiert wird, bekannt.
• Eine derartige Polarisationsumsetzungsvorrichtung ist im US- Patent US-A-4 560 999, im US-Patent US-A-4 989 076, im US- Patent US-A-4 864 390, in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung JP-A-61-90584 usw. der Anmelderin offenbart. Die in diesen Veröffentlichungen beschriebene Vorrichtung ist derart, daß Licht von einer Lichtquelle, die eine Anordnung einer Lampe und eines Spiegels und/oder einer Linse umfaßt, durch einen Polarisationsstrahlenteiler in zwei polarisierte Strahlen geteilt wird, deren Polarisationsebenen zueinander orthogonal sind, worauf die Polarisationsebene des einen der polarisierten Strahlen gedreht wird, so däß die Polarisationsebene dieses einen polarisierten Strahls mit der Polarisationsebene des anderen polarisierten Strahls zusammenfallen kann, und auf diese Weise wird das nichtpolarisierte Licht von der Lichtquelle wirksam in geradlinig polarisiertes Licht umgesetzt.
• Jedoch umfaßt bei dieser Vorrichtung der Polarisationsstrahlenteiler einen Würfel, der miteinander verklebte quadratische Platten oder Prismen enthält, und deshalb ist dessen Lichteintrittsfläche rechtwinklig und ist ein Teil des Lichtstrahls von der Lichtquelle, der üblicherweise von kreisförmigem Querschnitt ist, durch die Lichteintrittsfläche abgedeckt worden. Die durch diese Lichteintrittsfläche abgedunkelte Lichtmenge ist nicht vernachlässigbar klein. Demzufolge konnte von der Polarisationsumsetzungsvorrichtung des Standes der Technik nicht gesprochen werden, ihren Zweck effizient zu erreichen.
• Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung wie eine Vorrichtung zur Regelung einer Lichtintensität ist in GB-A-0690467 offenbart. Bei der beschriebenen Anordnung sind eine Kollimationslinse, ein Polarisator, ein Phasenplättchen, eine optische Drehungsanordnung, ein Analysator und eine Fokussierlinse in dieser Reihenfolge innerhalb und auf der Optischen Achse eines Zylinders aus lichtundurchlässigem Material angeordnet. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen dieser Anordnung sind beide zirkular, wobei sie durch den Querschnitt des Zylinders bestimmt sind. Streulicht wird durch das lichtundurchlässige Material des Zylinders absorbiert.
• Eine Beleuchtungsanordnung, bei der Licht auf einen Brennpunkt gerichtet wird, um Streulicht und einen Lichtverlust zu vermindern, ist in FR-A-0711306 beschrieben. Wie in dieser Schrift offenbart ist, wird Licht am Brennpunkt eines parabolischen Halbschnitt-Zylinderspiegels fokussiert und tritt von einer Austrittsöffnung aus. Bei dieser Anordnung ist eine Lichtquelle im Brennpunkt eines drehenden Parabolspiegels angeordnet und wird durch einen parabolischen Halbschnitt- Zylinderspiegel zum zweiten Brennpunkt gebracht. Alternativ ist die Lichtquelle am einen Brennpunkt eines Ellipsoidspiegels angeordnet, wobei der parabolische Halbschnitt-Zylinderspiegel, der zuerst erwähnt wurde, mit seinem Brennpunkt am zweiten Brennpunkt des Ellipsoidspiegels angeordnet ist.
• Die US-A-4 864 390 beschreibt eine Projektionsvideovorrichtung die Polarisationsumsetzungskomponenten enthält.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben herausgestellte Problem, das dem Stand der Technik eigen ist, konzipiert, und es ist vorgesehen, eine verbesserte Polarisationsumsetzungsvorrichtung von hoher Lichtausnutzungsleistung zu schaffen. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung ist im Anspruch 1 der beigefügten Anspruche definiert.
• Es steht eine Ausbildungsform zur Verfügung, bei der der genannte Reflektor einen ersten Parabolflächenspiegel und einen zweiten, mit der besagten Öffnung ausgebildeten Parabolflächenspiegel besitzt, wobei der erste sowie der zweite Parabolflächenspiegel in gegenüberliegender Lagebeziehung zueinander angeordnet sind, so daß, wenn ihre Brennpunkte im wesentlichen miteinander zum Zusammenfallen gebracht werden, sich der besagte zweite Parabolflächenspiegel auf der Seite der erwähnten Polarisationseinrichtungen befinden kann und die erwähnte Lampe an den besagten Brennpunkten angeordnet ist.
• Ferner gibt es auch eine Ausbildungsform, bei welcher der genannte Reflektor einen Planspiegel und einen elliptischen Spiegel, wobei die genannte Öffnung nahe dessen Brennpunkt ausgebildet ist, besitzt und wobei der Planspiegel sowie der elliptische Spiegel in gegenüberliegender Beziehung zueinander angeordnet werden, so daß sich der elliptische Spiegel auf der Seite der erwähnten Polarisationseinrichtungen befinden kann, während die Lampe am besagten Brennpunkt angeordnet ist.
• Es gibt auch eine weitere Ausbildungsform, wobei der genannte Reflektor einen Parabolflächenspiegel und einen mit der erwähnten Öffnung ausgebildeten sphärischen Spiegel besitzt sowie der besagte Parabolflächenspiegel und der erwähnte sphärische Spiegel in gegenüberliegender Beziehung zueinander angeordnet werden, so daß, wenn der Brennpunkt des Parabolflächenspiegels und der Kugelmittelpunkt des sphärischen Spiegels im wesentlichen miteinander übereinstimmend gemacht werden, sich der sphärische Spiegel auf der Seite der erwähnten Polarisationseinrichtungen befinden kann und die Lampe dann am genannten Brennpunkt angeordnet ist.
• Es steht ebenfalls eine Ausbildungsform zur Verfügung, bei der der genannte Reflektor einen elliptischen Spiegel und einen mit der erwähnten Öffnung ausgebildeten sphärischen Spiegel besitzt sowie der elliptische Spiegel und der sphärische Spiegel in Gegenüberlage zueinander angeordnet werden, so daß, wenn der Brennpunkt des genannten elliptischen Spiegels und der Kugelmittelpunkt des genannten sphärischen Spiegels im wesentlichen übereinstimmend miteinander gemacht werden, der genannte sphärische Spiegel sich auf der Seite der erwähnten Polarisationseinrichtungen befinden kann und die besagte Lampe am genannten Brennpunkt angeordnet ist.
• Die in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Bilderzeugungseinrichtungen können verschiedene Lampenkolben sein, die dazu ausgelegt sind, polarisiertes Licht zu modulieren, z.B. Lampenkolben, die einen TN-Flüssigkristall anwenden.
• Der Gedanke der vorliegenden Erfindung findet auf verschiedene Sichtanzeigegeräte und Aufzeichnungsapparate, die diese Lampenkolben verwenden, Anwendung und stellt einen verbesserten Videoprojektor, eine verbesserte flache Bildwiedergabetafel, einen verbesserten Drucker od. dgl. zur Verfügung. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf andere optische Vorrichtungen als Bildwiedergabegeräte, die einen polarisierten Strahl verwenden, ist ebenfalls möglich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 zeigt die Konstruktion eines ersten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung;
• Figur 2 veranschaulicht einen Strahlengang in der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung der Figur 1;
• Figur 3 zeigt die Konstruktion eines zweiten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung;
• Figur 4 zeigt die Konstruktion eines dritten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung;
• Figur 5 zeigt die Konstruktion eines vierten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung;
• Figur 6 zeigt ein Sichtanzeigegerät vom Projektionstyp, das die in Figur 5 dargestellte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung besitzt;
• Figuren 7A und 7B sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht, die die wesentlichen Teile einer Ausführungsform eines Sichtanzeigegeräts vom Projektionstyp, das die in Figur 1 dargestellte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung enthält, zeigen;
• Figuren 8 und 9 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
• Figuren 10A und 10B zeigen. die Strahlengänge von von einer Lichtquelle ausgesandtem Licht in einer weiteren Ausführungs form des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung;
• Figur 11 ist eine Perspektivdarstellung eines Spiegels mit einer Rotationsparaboloidfläche;
• Figur 12 ist eine Frontansicht eines sphärischen Spiegels;
• Figur 13 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Figuren 14A und 14B sind eine seitliche Schnittdarstellung bzw. eine Frontansicht, die eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung zeigen;
• Figur 15A zeigt den Strahlengang von direkt von einer Lichtquelle ausgesandtem Licht, Figur 15B zeigt den Strahlengang von mittels fünf Reflexionen ausgesandtem Licht, Figur 15C zeigt den Strahlengang von mittels drei Reflexionen ausgesandtem Licht, Figur 15D zeigt den Strahlengang von mittels einer Reflexion ausgesandtem Licht;
• Figur 16 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Krümmung eines ersten Spiegels mit einer Paraboloidfläche und der Krümmung eines zweiten Spiegeis mit einer Paraboloidfläche;
• Figur 17 zeigt eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungs systems der vorliegenden Erfindung, die unter Verwendung einer Lichtquelle konstruiert ist, welche eine Lichtemissionswinkelverteilung in Gestalt der arabischen Ziffer 8 hat.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Einige Ausführungsformen dieser Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Die Figur 1 zeigt die Konstruktion eines Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, während die Figur 2 einen Strahlengang in der Polarisationseinrichtung 101 der Figur 1 veranschaulicht.
• Diese Polarisationseinrichtung 101 besteht aus einem Polarisationsstrahlenteiler 26 mit einer Wirkungsfläche (ein aufgetragener Film, der an einer geneigten Fläche ausgebildet ist, an welcher zwei rechtwinklige Prismen haftend untereinander verbunden sind) 26a, die durch sie hindurch die P-polarisierte Komponente Lp eines von der Kondensorlinse 24 eines Beleuchtungssystems 100 emittierten parallelen Lichtstrahls durchläßt und die S-polarisierte Komponente Ls des genannten parallelen Lichtstrahls unter einem rechten Winkel reflektiert, aus einem Totalreflexionsprisma 29, dessen eines Ende mit einem Ende der Wirkungsfläche 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 im rechten Winkel hierzu in Berührung ist und das eine Totalreflexionsfläche 29a besitzt, um die erwähnte durchgelassene P-polarisierte Komponente Lp unter einem rechten Winkel zu reflektieren, aus einer optischen Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27, die mit ihrem einen Ende mit einem Ende der Wirkungsfläche 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 unter einem Winkel von 450 in Berihrung ist sowie das eine Ende der Totalreflexionsfläche 29a des Totalreflexionsprismas 29 berührt und an welcher die erwähnte reflektierte S-polarisierte Komponente Ls einfallend ist, sowie aus einer Reflexionsplatte 28 mit einer Reflexionsfläche, die einen niedergeschlagenen Aluminiumfilm oder einen optischen Mehrschichtenfilm umfaßt und haftend an der optischen Viertelwellenlängen- Phasenplatte 27 befestigt ist.
• Bei dieser Einrichtung umfaßt ein reflektierender Spiegel 22 einen sphärischen Spiegel, und dessen Krümmungszentrum fällt mit dem Zentrum einer eine Lampe enthaltenden Lichtquelle 21 zusammen, wobei die Fokusposition der Kondensorlinse 24 mit dem Zentrum der Lichtquelle 21 übereinstimmt. Der von der Kondensorlinse 24 ausgesandte parallele Lichtstrahl fällt auf die
• Lichteinfallfläche I der Einrichtung 101 und dessen P-polarisierte Komponente Lp wird durch die Wirkungsfläche 26a des Polarisationsstrahlenteilers durchgelassen, während dessen S-polarisierte Komponente Ls unter einem rechten Winkel durch die Wirkungsfläche 26a reflektiert wird, wodurch der Lichtstrahl in die P-polarsierte Komponente und die S-polarisierte Komponente zerlegt wird. Die reflektierte S-polarisierte Komponente fällt auf die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27, wird durch die Reflexionsfläche der reflektierenden Platte 28 umgelenkt und wird wieder durch die optische Viertelwellenlänge-Phasenplatte 27 durchgelassen, wodurch die Polarisationsebene der S-polarisierten Komponente Ls um 90º gedreht und in die P-polarisierte Komponente Lp* umgesetzt wird. Diese P-polarisiserte Komponente Lp* wird intakt durch die Wirkungsfläche 26a durchgelassen und tritt vom Polarisationsstrahlenteiler 26 aus. Andererseits wird die erwähnte durchgelassene P-polarisierte Komponente Lp unter einem rechten Winkel durch die Totalreflexionsfläche 29a des Totalreflexionsprismas 29 reflektiert und tritt aus dem Totalreflexionsprisma 29 in Parallelität zu der besagten P-polarisierten Komponente Lp* aus.
• Demzufolge fällt in dieser Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung, wie durch die Lichtstrahlen α1, α2 und α3 in Figur 2 angegeben ist, der auf den Polarionsstrahlenteiler 26 auftreffende Lichtstrahl auf die Wirkungsfläche 26a des Polansationsstrahlenteilers 26 ganz gewiß auf, und deshalb werden alle Lichtstrahlen in die P-polarisierte Komponente Lp sowie die S-polarisierte Komponente Ls zerlegt. Darüber hinaus fällt die S-polarisierte Komponente Ls auf jeden Fall auf die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27, und deshalb wird deren Polarisationsebene ganz gewiß gedreht. Umgekehrt fällt die P-polarisierte Komponente Lp niemals auf die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27. Auch werden mit Bezug auf einen Lichtstrahl die vom Totalreflexionsprisma 29 austretende P-polarisierte Komponente Lp und die vom Polarisationstrahlenteiler 26 austretende P-polarisierte Komponente Lp* miteinander vertikal symmetrisch. Deshalb kann, selbst wenn in der Intensitätsverteilung des auf den Polarisationsstrahlen teiler 26 einfallenden Lichtstrahls durch die Abweichung od. dgl. in der Anordnung der Lichtquelle 21 eine Unsymmetrie hervorgerufen wird, die Beleuchtungsintensität an einem scharfen Variieren an der Verbindungsstelle zwischen der P-polarisierten Komponente Lp, die von der Lichtaustrittsfläche 0 der Einrichtung 101 austritt,und der genannten umgesetzten P-polarisierten Komponente Lp* gehindert werden. Ferner sind die Längen der Strahlengänge der austretenden P-polarisierten Komponente Lp sowie der umgesetzten, P-polarisierten Komponente Lp* einander gleich, und deshalb kann die Erzeugung irgendeiner Unsymmetrie der Beleuchtungsintensität, wenn nicht kollimiertes Licht verwendet wird, verhindert werden. Das beruht darauf, daß die Wirkungsfläche 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26, die optische Viertelwellenlänge-Phasenplatte 27 und die Totalreflexionsfläche 29a des Totalreflexionsprismas 29 so ausgelegt sind, daß sie einander unter einem vorbestimmten Winkel berühren.
• Auch kann in dieser Polarisationseinrichtung 101, wenn der auf den Polarisationsstrahlenteiler 26 einfallende Lichtstrahl, wie ein in Figur 2 gezeigter Lichtstrahl γ, schräg auf die optische Vieltelwellenlänge-Phasenplatte 27 auftrifft, der Lichtstrahl durch die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27 durchgelassen oder absorbiert werden, was in einem Verlust der Lichtmenge resultiert, jedoch kann das durch Ausbilden eines optischen Mehrschichtenfilms, der einen Lichtstrahl mit einem großen Einfallswinkel, wie den Lichtstrahl γ, reflektiert und normales Licht eines kleinen Einfallswinkels an der Verbindungsfläche des Polarisationsstrahlenteilers 26 sowie dem λ/4-Plättchen 27 durchläßt, verhindert werden.
• Ferner wird, wenn, wie ein in Figur 2 gezeigter Lichtstrahl δ, der einfallende Lichtstrahl auf die Totalreflexionsfläche 29a des Totalreflexionsprismas 29 unter einem Winkel auftrifft, der kleiner als der Totalreflexionswinkel ist, ein Teil des Lichtstrahls durchgelassen, wodurch ein Verlust der Lichtmenge in der besagten P-polarisierten Komponente Lp hervorgerufen wird, jedoch kann ein solcher Verlust wieder verhindert werden, indem ein reflektierender optischer Mehrschichtenfilm oder ein metallischer Reflexionsfilm an der Totalreflexionsfläche 29a ausgebildet wird.
• Wie oben beschrieben wurde, können bei dieser Polarisationsbe leuchtungsvorrichtung sowohl die P-polarisierte Komponente Lp als auch die S-polarisierte Komponente Ls, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 26 getrennt wurden, als Beleuchtungslicht für einen (nicht dargestellten) Flüssigkristall-Lampenkolben, der auf der rechten Seite der Einrichtung 101 angeordnet ist, verwendet werden, und das führt zu der gesteigerten Ausnutzungsleistung des Lichts. Auch kehrt bei dieser Einrichtung etwas Licht vom Polarisationsstrahlenteiler 26 zur Kondensorlinse 24 aufgrund der Einfallswinkel- sowie Wellenlängenabhängigkeit des Polarisationsstrahlenteiler 26 und des λ/4- Plättchens 27 zurück, jedoch werden bei der in Rede stehenden Ausführungsform die Kondensorlinse 24, die Lichtquelle 21 und der Spiegel 22 angeordnet, wie zuvor beschrieben wurde, und deshalb kann das zurückkehrende Licht wieder nutzbar zum Polarisationsstrahlenteiler gerichtet werden. Dieser Effekt tritt ebenfalls bei anderen, nachfolgend gezeigten Beispielen ein. Auch wird die Unsymmetrie der Beleuchtungsintensitäten der P-polarisierten Komponente Lp und der umgesetzten, P-polarisierten Komponente Lp*, die ein Problem aufwirft, wenn diese beiden Komponenten parallel an den Flüssigkristall-Lampenkolben gelegt werden, in hohem Maß verbessert und kann auch der Abstand zwischen der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung sowie dem Lampenkolben verkürzt werden, was dazu führt, daß ein Anzeigegerät des Projektionstyps, das die obige Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung besitzt, kompakt ausgebildet werden kann.
• Das Totalreflexionsprisma 29 kann einstückig mit dem rechtwinkligen Prisma auf derjenigen Seite des Polarisationsstrahlenteilers 26, die an das Totalreflexionsprisma 29 angrenzt, ausgebildet werden.
• Der ein Prisma und das Totalreflexionsprisma 29 umfassende Polarisationsstrahlenteiler 26 kann durch einen Polarisationsstrahlenteiler, der einen an einer Planplatte ausgebildeten optischen Mehrschichtenfilm besitzt, oder durch einen reflektierenden Spiegel, der einen an einer Planpiatte ausgebildeten dünnen Metallfilm aufweist, ersetzt werden, wodurch das geringe Gewicht und verminderte Kosten der Vorrichtung erreicht werden können. Das gilt auch für die folgenden Ausführungsformen.
• Die Figur 3 zeigt die Konstruktion eines zweiten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung und vor allem eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Flüssigkristall-Lampenkolbens.
• Der Unterschied dieser Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gegenüber derjenigen, die in Figur 1 gezeigt ist, liegt darin, daß die durch die Wirkungsfläche 36a eines Polarisationsstrahlenteilers 36 durchgelassene P-polarisiserte Komponente Lp intakt vom Polarisationsstrahlenteiler 36 austritt und daß die durch die Wirkungsfläche 36a reflektierte S-polarisierte Komponente Ls durch eine optische Viertelwellenlängenplatte 37 sowie eine Reflexionsplatte 38 in eine P-polarisierte Komponente Lp* umgesetzt wird, worauf sie unter einem rechten Winkel durch die Totalreflexionsfläche 39a eines Totalreflexionsprismas 39 umgelenkt wird und parallel zur P-polarisierten Komponente Lp aus dem Totalreflexionsprisma 39 austritt. Das Totalreflexionsprisma 39 kann einstückig mit einem recht winkligen Prisma auf derjenigen Seite des Polarisationsstrahlenteilers 36, die an das Totalreflexionsprisma 39 angrenzt, ausgebildet werden.
• Die Figur 4 zeigt die Konstruktion eines dritten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung und vor allem eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Flüssigkristall-Lampenkolbens.
• Diese Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung verwendet anstelle der Reflexionsplatte 28 der Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung von Figur 1 ein rechtwinkliges Prisma 40, um die durch die Wirkungsfläche 46a eines Polarisationsstrahlenteilers 46 reflektierte 5-polarisiserte Komponente Ls ohne Erzeugung von unnötigen polarisierten Komponenten zurückzuwerfen.
• Die S-polarisierte Komponente Ls wird horizontal umgewendet und tritt vom rechtwinkligen Prisma 40 zu einer optischen Viertelwellenlängen-Phasenplatte 47 aus und wird in eine P-polarisierte Komponente Lp* umgesetzt.
• Das Totalreflexionsprisma 49 kann einstückig mit dem rechtwinkligen Prisma auf derjenigen Seite des Polarisationsstrahlenteilers 46, die dem Totalreflexionsprisma 49 benachbart ist, ausgebildet sein.
• Die Figur 5 zeigt die Konstruktion eines vierten Beispiels einer Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung und vor allem eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Flüssigkristall-Lampenkolbens.
• Diese Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung besteht aus einem Polarisationsstrahlenteiler 56 mit einer ersten Wirkungsfläche (niedergeschlagener Film, der an einer von zwei geneigten Flächen ausgebildet ist, an welchen drei rechtwinklige Prismen haftend aneinander befestigt sind) 56a, die die P-polarisierte Komponente Lp des einfallenden Lichtstrahls durch sie hindurch läßt und die S-polarisierte Komponente Ls des einfallenden Lichtstrahls unter einem rechten Winkel reflektiert, aus einer gleichartigen zweiten Wirkungsfläche (niedergeschlagener Film, der an der anderen der genannten zwei geneigten Flächen ausgebildet ist) 56b, von der das eine Ende mit der ersten Wirkungsfläche 56a unter einem rechten Winkel in Berührung ist, aus einer optischen Viertelwellenlänge-Phasenplatte 57, von der das eine Ende mit dem anderen Ende der zweiten Wirkungs fläche 56b unter einem Winkel von 45º in Berührung ist und die haftend an derjenigen Seite des Polarisationsstrahlenteilers 56, die zur Einfallfläche entgegengesetzt ist, befestigt ist, und aus einer Reflexionsplatte 58 mit einer Reflexionsfläche, die haftend an der Viertelwellenlängenplatte 57 festgehalten ist.
• Die S-polarisierte Komponente Ls des von einer (nicht dargestellten) Kondensorlinse einfallenden Lichtstrahls wird durch die erste Wirkungsfläche 56a des Polarisationsstrahlenteilers 56 reflektiert und tritt intakt von diesem aus. Andererseits wird die P-polarisierte Komponente Lp des einfallenden Lichtstrahls durch die ersten und zweiten Wirkungsflächen 56a, 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 durchgelassen und tritt in die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 57 ein.
• Die Polarisationsebene dieser P-polarisierten Komponente Lp wird durch die optische Viertelwellenlänge-Phasenplatte 57 sowie die Reflexionsplatte 58 um 90º gedreht und in die S- polarisierte Komponente Ls* umgesetzt, worauf sie unter einem rechten Winkel durch die zweite Wirkungsfläche 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 reflektiert wird sowie in derselben Richtung wie die S-polarisierte Komponente Ls austritt. Bei diesen Beispielen sind die optische Viertelwellenlängen Phasenplatte 57 und die Reflexionsplatte 58 nicht auf derjenigen Seite des Polarisationsstrahlenteilers 56, die zur Austrittsseite entgegengesetzt ist, angeordnet, so daß die Möglichkeit gegeben ist, auch als ein Analysator zu wirken (was später im einzelnen beschrieben werden wird).
• Es wird nun eine Beschreibung eines Sichtanzeigegeräts vom Projektionstyp gegeben, bei dem eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung in Kombination mit einem anderen optischen Bauteil konstruiert ist.
• Die Figur 6 zeigt die Konstruktion eines Sichtanzeigegeräts vom Projektionstyp, das die in Figur 5 dargestellte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung besitzt.
• Wie in Figur 6 gezeigt ist, enthält das Sichtanzeigegerät vom Projektionstyp ein Beleuchtungssystem 100, das eine Lichtquelle 21, einen Umlenkspiegel 22, der ein sphärischer Spiegel ist, ein Wärmestrahl-Kantenfilter 23 sowie eine Kondensorlinse 24, die in Figur 5 gezeigte Polarisationseinrichtung 101, ein gekreuztes dichroitisches Prisma 102, von dem die eine Fläche haftend an der Austrittsfläche der Polarisationseinrichtung 101 befestigt ist und das Flüssigkristall-Lampenkolben vom Reflexionstyp 65R, 65G sowie 65B für Rot, Grün sowie Blau besitzt, die haftend mit den anderen drei Flächen von diesem verbunden sind, sowie ein Projektionsobjektivsystem 103, das auf derjenigen Seite der Polarisationseinrichtung 101, die zur Austrittsfläche entgegengesetzt ist, vorgesehen ist, um eine durch jeden Lampenkolben erzeugte Abbildung auf einen (nicht dargestellten) Schirm zu projizieren. Auch bei dieser Vorrichtung ist der Umlenkspiegel 22 als ein sphärischer Spiegel ausgebildet, wobei dessen Krümmungsmittelpunkt mit der Mitte der Lichtquelle 21 zusammenfällt, und die Kondensorlinse 24 hat eine Kollimationsfunktion, wobei deren Brennpunktposition mit dem Zentrum der Lichtquelle 21 zusammenfällt. Demzufolge wird der Lichtstrahl von der Lichtquelle 21 durch die Linse 24 in einen parallelen Lichtstrahl umgesetzt.
• Die S-polarisierte Komponente Ls eines weißen, vom Beleuchtungssystem 100 ausgesandten parallelen Lichtstrahls wird durch die erste Wirkungsfläche 56a des Polarisationsstrahlenteilers 56, der die Polarisationseinrichtung 101 bildet (siehe Figur 5), unter einem rechten Winkel reflektiert und tritt in das gekreuzte dichroitische Prisma 102 ein. Auch wird die P-polarisierte Komponente Lp des weißen, parallelen Licht strahls, wie zuvor beschrieben wurde, in die S-polarisierte Komponente Ls* durch die optische Viertelwellenlänge-Phasenplatte 57 sowie die Reflexionsplatte 58 umgesetzt, worauf sie durch die zweite Wirkungsfläche 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 (siehe Figur 5) unter einem rechten Winkel reflektiert wird und in das gekreuzte dichroitische Prisma 102 eintritt. Das heißt, der weiße, parallele Lichtstrahl wird durch die Polarisationseinrichtung 101 in einen eine S-polarisierte Komponente Ls sowie Ls* umfassenden geradlinig polarisierten Lichtstrahl umgesetzt und tritt zum gekreuzten dichroitischen Prisma 102 aus.
• Dieser geradlinig polarisierte Lichtstrahl wird durch das gekreuzte dichroitische Prisma 102 in rote, grüne und blaue Lichtstrahlen R, G sowie B zerlegt, und die Lichtstrahlen R, G sowie B werden jeweils auf die Flüssigkristall-Lampenkolben des Reflexionstyps 65R, 65G und 65B für Rot, Grün und Blau projiziert. In den Flüssigkristall-Lampenkolben des Reflexionstyps 65R, 65G und 65B verwendeter Flüssigkristall ist vom ECB-Typ (elektrisch gesteuerten Doppelbrechungstyp) oder vom 45º-TN-Typ, und er hat die Eigenschaft,die Polarisationsebene des einfallenden Lichts durch eine an diesen in Übereinstimmung mit einem Bildsignal gelegte Spannung zu drehen.Demzufolge sind die auf die Flüssigkristall-Lampenkolben des Reflexionstyps 65R, 65G und 65B einfallenden Lichter geradlinig polarisierte Lichtstrahlen einer S-polarisierten Komponente, jedoch werden deren reflektierte Lichter in Übereinstimmung mit den Signalen der Bildelemente des vorerwähnten Bildsignals zu Lichtstrahlen mit einer P-polarisierten Komponente. Diese reflektierten Lichter werden durch das gekreuzte dichoitische Prisma 102 miteinander kombiniert und danach zur Polarisationseinrichtung 101 zurückgeführt. In der Polarisations einrichtung 101 wirkt der Polarisationsstrahlenteiler 56 (siehe Figur 5) als ein Analysator, der die P-polarisierte Komponente Lpo des kombinierten reflektierten Lichts hindurchläßt und ein Abbildungslicht auf den (nicht dargestellten) Schirm durch das Objektivsystem 103 projiziert. Andererseits wird ein Teil der S-polarisierten Komponente Lso des kombinierten reflektierten Lichts, das in die erste Wirkungsfläche 56a des Polarisationsstrahlenteilers 56 eintritt, durch die erste Wirkungsfläche 56a unter einem rechten Winkel reflektiert und zum Beleuchtungssystem 100 zurückgeführt. Auch wird ein Teil der S-polarisierten Komponente Lso, die in die zweite Wirkungsfläche 56b des Polarisationsstrahlenteilers 56 eintritt, durch die zweite Wirkungsfläche 56b unter einem rechten Winkel reflektiert, worauf ein Eintreten in die optische Viertelwellen längen-Phasenplatte 57 und deshalb eine Umsetzung in die P- polarisierte Komponente durch die Viertelwellenlängen-Phasenplatte 57 sowie die Reflexionsplatte 58 erfolgt, wonach dieser in die zweite Wirkungsfläche 56b eintritt und deshalb durch die zweite Wirkungsfläche 56b sowie die erste Wirkungsfläche 56a durchgelassen wird und zum Beleuchtungssystem 100 zurückkehrt. Demzufolge wirkt der Polarisationsstrahlenteiler 56 dieser Polarisationseinrichtung 101 als ein Analysator.
• Wie oben beschrieben wurde, setzt dieses Sichtanzeigegerät vom Projektionstyp den weißen, parallelen Lichtstrahl, der vom Beleuchtungssystem 100 ausgesandt wurde, in einen geradlinig polarisierten Lichtstrahl durch die Polarisationseinrichtung 101 um und kann deshalb den Ausnutzungsgrad des Lichts verbessern, und durch die Anwendung des gekreuzten dichroitischen Prismas 102 zerlegt und kombiniert sie die Farblichtstrahlen, weshalb die hintere bildseitige Brennweite des Objektivsystems 103 merklich kleiner gemacht werden kann als im herkömmlichen Sichtanzeigegerät des Projektionstyps dieser Art. Auch kann hierdurch der Freiheitsgrad in der Konstruktion des Projektionsobjektivs 103 erweitert werden, wie auch das gesamte Sichtanzeigegerät vom Projektionstyp kompakt ausgebildet werden kann. Ferner kann die Polarisationseinrichtung 101 ausgebildet werden, um auch als ein Analysator zu wirken.
• Die Figuren 7A und 7B sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht, die wesentliche Teile einer Ausführungsform des Sichtanzeigegeräts vom Projektionstyp, das die in Figur 1 gezeigte Polarisationsbeleuchtungsvorrichtuflg enthält, zeigt.
• Dieses Sichtanzeigegerät vom Projektionstyp umfaßt das bereits beschriebene Beleuchtungssystem 100, die in Figur 1 gezeigte Polarisationseinrichtung 101, einen Spiegel 77, um den von der Polarisationseinrichtung 101 emittierten Lichtstrahl unter einem rechten Winkel nach unten umzulenken, einen Polansationsstrahlenteiler 78, um die S-polarisierte Komponente des durch den Spiegel 77 unter einem rechten Winkel umgelenkten Lichtstrahls zur Polarisationseinrichtung 101 zurückzuwerfen und um die P-polarisierte Komponte dieses Lichtstrahls durch ihn hindurchzulassen, ein gekreuztes dichroitisches Prisma 102, von dem die eine Seite an der Austrittsfläche des Polarisationsstrahlenteilers 78 für die genannte S-polarisierte Komponente haftend befestigt ist und der Flüssigkristall- Lampenkolben vom Reflexionstyp 65R, 65G sowie 65B jeweils für Rot, Grün und Blau besitzt, die an den anderen drei Seiten von diesem haftend festgehalten sind, sowie ein Projektionsobjektiv 103, das an derjenigen Seite des Polarisationsstrahlenteilers 78 vorgesehen ist, die zum gekreuzten dichroitischen Prisma 102 entgegengesetzt ist.
• Der vom Beleuchtungssystem 100 emittierte weiße, parallele Lichtstrahl tritt in die Polarisationseinrichtung 101 ein und, wie in Figur 1 gezeigt ist, treten die P-polarisierte Komponente dieses weißen, parallelen Lichtstrahls und die durch die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27 sowte die Reflexionsplatte 28 umgesetzte P-polarisierte Komponente von der Polarisationseinrichtung 101 zum Spiegel 77 aus (die P- polarisierte Komponente und die umgesetzte P-polarisierte Komponente werden nachfolgend zusammen als der P-polarisierte Lichtstrahl bezeichnet). Der P-polarisierte Lichtstrahl wird durch den Spiegel 77 total reflektiert und tritt in den Polarisationsstrahlenteiler 78 ein. Die Polarisationsebene des P-polarisierten Lichtstrahls wird eine Ebene einer S-Polarisation mit Bezug zur Wirkungsfläche des Polarisationsstrahlenteilers 78, und deshalb wird dieser P-polarisierte Lichtstrahl durch diese Wirkungsfläche reflektiert und tritt in das gekreuzte dichroitische Prisma 102 ein. Der P-polarisierte Lichtstrahl, der in das gekreuzte dichroitische Prisma 102 eingetreten ist, verhält sich wie der geradlinig polarisierte Lichtstrahl, der in das gekreuzte dichroitische Prisma 102 des in Figur 6 gezeigten Sichtanzeigeräts vom Projektionstyp eingetreten ist und tritt in den Polarisationsstrahlenteiler 78 als reflektiertes, in den jeweiligen Flüssigkristall-Lampenkolben vom Reflexionstyp 65R, 65G und 65B durch ein Bildsignal moduliertes Licht ein. Zu dieser Zeit wirkt der Polarisationsstrahlenteiler 78 wie die Polarisationseinrichtung 101 von Figur 6 als ein Analysator, und die Komponente des reflektierten Lichts, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 78 getreten ist, wird durch das Projektionsobjektivsystem 103 auf einen (nicht dargestellten) Schirm projiziert, so daß am Schirm eine Abbildung erzeugt wird.
• Wie oben beschrieben wurde, können wiederum in dem Sichtanzeigegerät des Projektionstyps der in Rede stehenden Ausführungsform wie bei dem in Figur 6 gezeigten Gerät der gesteigerte Lichtausnutzungsgrad, der verbesserte Freiheitsgrad in der Konstruktion des Objektivsystems 103 und die Kompaktheit der gesamten Struktur erzielt werden.
• Wenngleich die bei der in Rede stehenden Ausführungsform verwendete Polarisationseinrichtung eine solche ist, wie in Figur 1 gezeigt ist, können selbstverständlich die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Polarisationseinrichtungen gleicherweise verwendet werden.
• Die Figur 8 zeigt die Konstruktion einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung und vor allem eine Einrichtung zur Beleuchtung eines Flüssigkristall-Lampenkolbens.
• Der Unterschied dieser Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung gegenüber derjenigen, die in Figur 1 gezeigt ist, liegt darin, daß sie anstelle des Umlenkspiegels 22 und der Kondensorlinse 24 von Figur 1 einen Spiegel 30 mit einer Rotationsparaboloidfläche mit einem Brennpunkt in der oder nahe der Position der Lichtquelle 21 sowie einen Spiegel 31 mit einer Rotations paraboloidfläche, der einen Rotationsparaboloidumriß bildet und auch einen Brennpunkt in der oder nahe der Position der Lichtquelle 21 hat sowie näher zur Austrittsseite als der Spiegel 30 angeordnet ist, umfaßt. Die Austrittsöffnung des Spiegels 31 hat eine Gestalt und eine Größe, die denjenigen der durch die Lichteintrittsfläche I des Polarisationsstrahlenteilers 26 bestimmten Öffnung angenähert sind, und der Lichtstrahl vom Beleuchtungssystem 100 wird ohne erwähnenswerten Verlust zur Lichteintrittsfläche der Einrichtung 101 geleitet.
• Im allgemeinen ist es mit dem Polarisationsstrahlenteiler 26 schwierig, einen Durchlaßgrad von 100 % für das P-polarisierte Licht zu seiner Wirkungsfläche 26a zu erlangen, und insbesondere ist es schwieriger, einen hohen Durchlaßgrad für ein sehr breites Band wie das sichtbare Wellenlängenband aufrechtzuerhalten. Auch wird im Fall eines einfallenden Lichtstrahls, dessen Einfallswinkel auf die Wirkungsfläche 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 von einem fakultativen Winkel entfernt ist, der Durchlaßgrad dessen P-polarisierter Komponente zur Wirkungsfläche 26a erheblicher vermindert. Demzufolge mischt sich irgendeine P-polarisierte Komponente mit dem Lichtstrahl des einfallenden Lichts in Figur 8, der durch die Wirkungsfläche 26a reflektiert wird. Auch unterscheidet sich bezüglich eines Lichtstrahls , welcher umgekehrt durch die optische Viertelwellenlängen-Phasenplatte 27 wandert, dessen Verschiebungswert in Abhängigkeit von der Länge, und deshalb wird eine Komponente erzeugt, deren Polarisationsrichtung nicht vollständig mit 90º dreht.
• Wenn der Lichtstrahl auf die Wirkungsfläche 26a des Polarisationsstrahlenteilers 26 fällt, wird ferner etwas von dessen P-polarisierter Komponente ebenfalls reflektiert. Das heißt, daß aufgrund der oben beschriebenen drei Wirkungen ein Lichtstrahl zur Lichtquelle 21 zurückkehrt.
• Auch bei der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform kann dieses Verlustlicht wieder als nutzbares Licht verwendet werden, um dadurch den Lichtausnutzungsgrad weiter zu steigern.
• Das heißt, der Lichtstrahl , der zur Lichtquelle in Figur 8 zurückkehrt, wird durch den Reflexionsspigel 30 zurückgeworfen und zur Lichtquelle 21 hin konzentriert, die in der Fokusposition des Spiegels 30 liegt.
• Ein durch die Lichtquelle 21 hindurch übertragener Lichtstrahl wird wiederum in der Fokusposition durch den Reflexionsspiegel 31 sowie den Reflexionsspiegel 30 konzentriert und tritt weiter wieder als ein im wesentlichen paralleler Lichtstrahl zum Polarisationsstrahlenteiler 26 durch den Umlenkspiegel 30 aus. Somit wird es bei der in Rede stehenden Konstruktion möglich, daß der zur Seite der Lichtquelle zurückgeführte Lichtstrahl wieder als ein nutzbarer, paralleler Lichtstrahl austritt (der nachstehend als der zurückkommende Lichtstrahl bezeichnet wird). Dieser zurückkommende Lichtstrahl tritt wie der in der ersten Ausführungsform gezeigte als polarisiertes Licht von der Lichtaustrittsfläche 0 durch den Polarisationsstrahlenteiler 26 usw. aus.
• Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird ein mit dem Umlenkspiegel 30 konfokaler Parabolspiegel als der Umlenkspiegel 31 verwendet, wenn jedoch statt dessen eine Spiegeleinheit, die bewirkt, daß der vom Polarisationsstrahlenteiler 26 zur Lichtquelle zurückkehrende Lichtstrahl wieder als ein nutzbarer Lichtstrahl durch die Position der Lichtquelle hindurch austritt, z.B. ein geeigneter sphärischer Spiegel, dessen Zentrum in der Fokusposition des Umlenkspiegels liegt, hinzugefügt wird, dann wird ein ähnlicher Effekt erhalten werden. Auch könnte sogar eine Ausbildungsform, bei der der Umlenkspiegel 31 weggelassen ist, einen gewissen Grad eines Effekts erlangen.
• Die Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein nutzbarer, zurückkommender Lichtstrahl erhalten wird, und sie zeigt vor allem eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Flüssigkristall-Lampenkolbens. Die Unterschiede dieser Ausführungs form gegenüber der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform liegen in einem halbelliptischen Spiegel 32, der einen Fokus in der oder nahe der Position der Lichtquelle 21 hat, wobei dessen Austrittsöffnung ein Rechteck oder eine diesem angenäherte Gestalt bildet, in einem Planspiegel 33, der sich teilweise mit dem halbelliptischen Spiegel 32 überdeckt und auf der Halbierungsebene der zwei Brennpunkte eines rotationselliptischen Glieds angeordnet ist, und in einer Kondensorlinse 34, die einen Brennpunkt in der Position der Lichtquelle 21 hat. Wiederum wird bei dieser Ausführungsform der vom Polarisations strahlenteiler 26 zur Lichtquelle 21 zurückkehrende Lichtstrahl mehrere Male um die Position der Lichtquelle 21 herum durch die Spiegel 32 sowie 33 reflektiert, und er tritt wieder als ein nutzbarer, zurückkommender Lichtstrahl aus.
• Bei den in den Figuren 8 und 9 gezeigten Konstruktionen ist die Austrittsöffnung in diesen zu einem Rechteck oder einer diesem angenäherten Gestalt ausgebildet, und von dem von der Lichtquelle 21 im Fall der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ausgesandten Lichtstrahl tritt mindestens ein Teil des zum anderen Abschnitt der rechtwinkligen Lichteintrittsfläche I des Polarisationsstrahlenteilers 26 ausgehenden Lichtstrahls als ein nutzbarer Lichtstrahl aus, und der vom Polarisationsstrahlenteiler 26 zur Lichtquelle 21 zurückkehrende Lichtstrahl wird nutzbar als der zurückkommende Lichtstrahl verwendet. Die Gestalt der Austrittsöffnung muß nicht immer übereinstimmend mit der Gestalt der Eintrittsöffnung des Polarisationsstrahlenteilers 26 gemacht werden, sondern kann so sein, daß die Querschnittsgestalt und die Abmessung des zu dieser Eintrittsöffnung wandernden Lichtstrahls im wesentlichen gleich oder ähnlich zu jenen der Lichteinfallsfläche I gemacht werden können.
• Auch erzielen die Mittel, um den zurückkommenden Lichtstrahl zu erhalten, wie in den Figuren 8 und 9 gezeigt ist, einen zusätzlichen Effekt insbesondere in dem Sichtanzeigegerät des Projektionstyps, das die Lampenkolben vom Reflexionstyp be nutzt, wie in den Figuren 7A und 7B gezeigt ist, d.h., daß von den von den Lampenkolben 65R, 65G sowie 65B des Reflexionstyps in den Figuren 7A und 7B zum Polarisationsstrahlenteiler 78 austretenden Lichtstrahlen der reflektierte Lichtstrahl, der in der Hauptsache aus der S-polarisierten Komponente be steht, in die Polarisationseinrichtung 101 als P-polarisierte Komponente eintritt und in S-polarisierte sowie P-polarisierte Komponenten umgesetzt wird und zum Beleuchtungssystem 100 zurückkehrt. Bei der vorliegenden Konstruktion wird es möglich, diesen Lichtstrahl wieder als einen nutzbaren, zurückkommenden Lichtstrahl zu verwenden.
• Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Polansationseinrichtung 101 mit einem Polarisationsstrahlenteiler und einer Polarisationsebenen-Dreheinrichtung, die eine Anordnung aus einem λ/4-Plättchen sowie einem Spiegel umfaßt, ausgestattet, jedoch ist die Ausbildung der Polarisationseinrichtung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können die im US-Patent US-A-4 560 999, im US-Patent US-A-4 989 076, im US-Patent US-A-4 864 390 und in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung JP-A-61-90584, die in der Beschreibungseinleitung erwähnt wurden, beschriebenen Vorrichtungen und das Beleuchtungssystem 100 miteinander kombiniert werden, um eine Polarisationsbeleuchtungsvorrichtuflg zusammenzubauen. Durch eine solche Kombination kann die Querschnittsgestalt und die Abmessung des Lichtstrahls vom Beleuchtungssystem 100 übereinstimmend mit der oder ähnlich der Gestalt (Rechteckgestalt) und der Abmessung der Lichteinfallsfläche einer jeden von verschiedenen Polarisationsvorrichtungen gemacht werden, wodurch bewirkt wird, daß der Lichtstrahl vom Beleuchtungssystem 100 wirkungsvoll in eine jede der verschiedenen Polarisationsvorrichtungen eintritt. Selbstverständlich liegt ein ähnlicher Effekt in einem Fall vor, wobei die Polarisationsvorrichtung ein Polarisationsstrahlenteiler oder eine Polarisationsplatte ist.
• Obgleich Sichtanzeigegeräte des Projektionstyps beispielhaft in den Figuren 6 bis 78 gezeigt sind, kann die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtung einer jeden der oben beschriebenen Ausführungsformen auch auf Projektoren des Transmissionstyps, wie in den oben erwähnten Veröffentlichungen gezeigt ist, auf eine flache Sichtanzeigetafel, die einen Lampenkolben ver wendet, auf einen einen Lampenkolben anwendenden Drucker oder auf ein anderes optisches Gerät, das einen polarisierten Strahl anwendet außer einem solchen Anzeigegerät oder einem solchen Aufzeichnungsgerät Anwendung finden.
• Wenn das in Figur 8 oder 9 gezeigte Beleuchtungssystem als das Beleuchtungssystem 100 benutzt wird, neigt die Lichtaustrittsöffnung des Systems dazu, klein zu werden, während der Öffnungswinkel des von dem System aus zur Polarisationseinrichtung gerichteten Lichtstrahls dazu neigt, groß zu werden. Wenn jedoch die in Figur 1 gezeigte Einrichtung als die Polarisationseinrichtung angewendet wird, so liegt auch der Vorteil vor, daß sogar ein nichtparalleler Lichtstrahl, der einen relativ großen Öffnungswinkel hat, wirkungsvoll in polarisiertes Licht umgesetzt werden kann. Demzufolge sind die Polarisationsbeleuchtungsvorrichtungen der Figuren 8 und 9 höchst ausgezeichnet.
• Einige weitere Ausführungsformen des Beleuchtungssystems werden nachfolgend beschrieben. Selbstverständlich sind die im folgenden erörterten Beleuchtungssysteme auf die Vorrichtungen der Ausführungsformen der Figuren 1 bis 9 und bisher beschriebene Abwandlungen sowie Beispiele dieser anwendbar.
• Eine Abwandlung des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 12 beschrieben.
• Dieses System ist mit einem Spiegel 30 mit einer Rotationsparaboloidfläche, mit einer nahe dem Fokus des Spiegels 30 mit der Rotationsparaboloidfläche angeordneten Lichtquelle 21 und mit einem sphärischen Spiegel 301, der eine rechteckige Öffnung 331 (siehe Figur 12) in seinem zentralen Teil hat und in Gegenüberlage zu dem Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche angeordnet ist, so daß der Krümmungsmittelpunkt (die Kugelmitte) von diesem nahe der Lichtquelle 21 liegen kann, ausgestattet.
• Der Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche weist, wie in Figur 11 gezeigt ist, bogenförmig beschnittene Teile 321 - 324, die in der oberen Fläche, der unteren Fläche und den einander gegenüberliegenden Seiten von diesem ausgebildet sind, auf, so daß, wenn er von der optischen Achse A eines parallelen, durch den zentralen Teil seiner Austrittsfläche tretenden Lichtstrahls betrachtet wird, die Öffnung in diesem eine Rechtecköffnung 325 werden kann. Die Gestalt der beschnittenen Teile 321 - 324 ist die Gestalt der Schnittlinie zwischen dem Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche und einer quadratischen Säule, die einen Querschnitt derselben Abmessung wie die rechteckige Öffnung 325 hat, wenn die quadratische Säule am Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche angebracht wird, d.h. eine bogenförmige Gestalt.
• Auch hat, wie in Figur 12 gezeigt ist, der sphärische Spiegel 301 in seinem zentralen Teile eine rechteckige Öffnung 331 von derselben Abmessung wie die rechteckige Öffnung 325 im Spiegel 30, und er hat eine kreisförmige Öffnung 332 auf der zur rechteckigen Öffnung 331 entgegengesetzten Seite, wobei die Anordnung derart ist, daß die kreisförmige Öffnung 332 sowie die rechteckige Öffnung 325 im Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche zueinander entgegengesetzt sein können und deren Krümmungszentrum mit dem Brennpunkt des Spiegels 30 mit der Rotationsparaboloidfläche zusammenfallen kann.
• Demzufolge wird von den von der Lichtquelle 21 ausgesandten Lichtstrahlen, wie in Figur 10A durch die Schraffur angegeben ist, der zum Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche hin wandernde Lichtstrahl durch diesen Spiegel 30, wie angedeutet ist, beispielsweise als vier Lichtstrahlen α&sub1;, α&sub2;, β&sub1; und β&sub2; reflektiert, worauf er als paralleles Licht durch die rechteckige Öffnung 325 im Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche und die rechteckige Öffnung 331 im sphärischen Spiegel 301 austritt. Andererseits wird von den von der Lichtquelle 21 ausgesandten Lichtstrahlen, wie durch Schraffur in Figur 10B angegeben ist, der zu den vier beschnittenen Teilen 321 - 324 des Spiegels 30 mit der Rotationsparaboloidfläche sowie mehr oder weniger nach außen von den beschnittenen Teilen 321 - 324 wandernde Lichtstrahl durch den sphärischen Spiegel 301 zur Lichtquelle 21 hin, wie angegeben ist, als z.B. vier Lichtstrahlen γ&sub1;, γ&sub2;, δ&sub1; und δ&sub2; reflektiert, und ein Teil dieses reflektierten Lichtstrahls wird durch die Lichtquelle 21 aufgefangen oder gestreut, jedoch tritt der Rest des reflektierten Lichtstrahls durch die Lichtquelle 21 hindurch und wird von dem Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche reflektiert, worauf er als paralleles Licht durch die rechteckige Öffnung 325 im Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche und durch die rechteckige Öffnung 331 im sphärischen Spiegei 301 austritt.
• Folglich kann bei der in Rede stehenden Ausführungsform von den von der Lichtquelle 21 ausgesandten Lichtstrahlen, wie durch die Schraffur in Fig. 10B angedeutet ist, die im Stand der Technik uneffektive Lichtstrahlen waren, der zu den vier beschnittenen Teilen 321 - 324 des Spiegels 30 mit der Rotations paraboloidfläche und mehr oder weniger nach außen von den beschnittenen Teilen 321 - 324 wandernde Lichtstrahl auch als Originalbeleuchtungslicht genutzt werden, und deshalb kann der Lichtausnutzungsgrad gesteigert werden. Auch tritt dieser Lichtstrahl als Beleuchtungslicht mittels zweier Reflexionen aus, wie zuvor beschrieben wurde, und das führt zu dem Vorteil, daß der Reflexionsverlust klein ist. Insbesondere wird, wenn für die Lichtquelle 21 eine solche verwendet wird, die eine derartige Lichtverteilung hat, daß nahezu sämtliches Licht in den Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche und in den sphärischen Spiegel 301 eintritt, ein rechteckiger Beleuchtungslichtstrahl von sehr hohem Lichtausnutzungsgrad erhalten werden.
• Die Figur 13 ist eine schematische Darstellung, die eine zweite Abwandlung des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Dieses System ist mit einem rotationselliptischen Spiegel 46, mit einer nahe dem ersten Brennpunkt des rotationselliptischen Spiegels 46 vorgesehenen Lichtquelle 21 und mit einem sphärischen Spiegel 301 mit einer rechteckigen Öffnung in seinem zentralen Teil, der in Gegenüberlage zum rotationselliptischen Spiegel 46 so angeordnet ist, daß sein Krümmungsmittelpunkt nahe der Lichtquelle 21 liegen kann, ausgestattet.
• Der rotationselliptische Spiegel 46 hat bogenförmig beschnit tene Teile, die an seiner oberen Fläche, an seiner unteren Fläche und an seinen einander entgegengesetzten Seiten ausgebildet sind, so daß die Öffnung in diesem eine bei Betrachtung von einer optischen Achse A&sub1; aus, die durch den zentralen Teil der Austrittsfläche geht, rechteckige Öffnung sein kann.
• Die Gestalt dieser beschnittenen Teile ist die Gestalt der Schnittlinie zwischen dem rotationselliptischen Spiegel und einer viereckigen Säule mit einem Querschnitt derselben Abmessung wie eine darin auszubildende rechteckige Öffnung, wenn die viereckige Säule in eine kreisförmige Öffnung im rotationselliptischen Spiegel 46 eingesetzt wird.
• Auch hat der sphärische Spiegel 301 wie der in Figur 12 gezeigte sphärische Spiegel 301 in seinem zentralen Teil eine rechteckige Öffnung derselben Abmessung wie die rechteckige Öffnung im rotationselliptischen Spiegel 46, und er hat eine kreisförmige Öffnung auf der zu dieser rechteckigen Öffnung entgegengesetzten Seite. Ferner ist er so angeordnet, daß die genannte kreisförmige Öffnung sowie die rechteckige Öffnung im rotationselliptischen Spiegel 46 einander gegenüberliegen können und sein Krümmungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt des rotätionselliptischen Spiegeis 46 zusammenfallen kann.
• Wieder kann bei der in Rede stehenden Ausführungsform das Licht von der Lichtquelle 21 dazu gebracht werden, durch die Wirkung des sphärischen Spiegels 301 wirkungsvoll in vorwärtiger Richtung auszutreten. Da anstelle des in Figur 10 gezeig ten Spiegels 30 mit der Rotationsparaboloidfläche der rotationselliptische Spiegel 46 verwendet wird, wird der durch den rotationselliptischen Spiegel 46 reflektierte Lichtstrahl zu konvergentem Licht, das zur zweiten Brennpunktposition des rotationselliptischen Spiegeis 46 konzentriert wird.
• Wenn das optische System so zusammengebaut wird, daß dieses konvergente Licht innerhalb der Pupille (Aperturblende) des Objektivsystems 103 sein kann, falls das Beleuchtungssystem der vorliegenden Ausführungsform anstelle des Bildwiedergabe Beleuchtungssystems 100 des zuvor gezeigten Bildgeräts verwendet wird, kann der Lichtausnutzungsgrad verbessert werden.
• Das Beleuchtungssystem der Figur 10 ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es können die folgenden Ausführungsformen von diesem in Betracht gezogen werden.
• (1) Die Position der Lichtquelle 21 wird etwas aus dem Brennpunkt des Spiegels 30 mit der Rotationsparaboloidfläche verschoben oder der Brennpunkt des Spiegels 30 mit der Rotationsparaboloidfläche sowie der Krümmungsmittelpunktdes sphärischen Spiegels 301 werden etwas voneinander verschoben, wodurch die Ausdehnung, Verteilungscharakteristik usw. des von der rechteckigen Öffnung 331 im sphärischen Spiegel 301 austretenden Lichtstrahls mehr oder weniger eingeregelt werden können.
• (2) Die Abmessung der rechteckigen Öffnung 325 im Spiegel 30 mit der Rotationsparaboloidfläche und die Abmessung der rechteckigen Öffnung 331 im sphärischen Spiegel 301 werden etwas größer als die zu beleuchtende rechteckige Fläche gemacht, wodurch die Breite durch verschiedene Ablenkungen und verschiedene Toleranz erweitert werden kann.
• Beispielsweise kann durch die rechteckige Bildwiedergabefläche des Flüssigkristall-Lampenkolbens des bereits gezeigten Projektors, die durch diese Beleuchtungssysteme direkt oder indirekt beleuchtet wird, die Helligkeit des Bilds größer als im Stand der Technik gemacht werden.
• Die Figuren 14A und 14B zeigen eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungssystems der vorliegenden Erfindung.
• Dieses Beleuchtungssystem ist mit einem ersten Parabolflächenspiegel 30 mit einer kreisförmigen Öffnung in diesem, mit einer nahe dem Brennpunkt des ersten Parabolflächenspiegels 30 angeordneten Lichtquelle 21 und mit einem zweiten Parabolflächenspiegel 303 ausgestattet; Der als Spiegel mit gekrümmter Fläche ausgebildete Spiegel 303 hat in seinem zentralen Teil eine rechteckige Öffnung 304 und besitzt eine kreisförmige Öffnung mit im wesentlichen demselben Durchmesser wie der Durchmesser der Öffnung im ersten Parabolflächenspiegel 30 und mit einer kleineren Krümmung als die Krümmung des ersten Parabolflächenspiegels 30, wobei der Brennpunkt des zweiten Parabolflächenspiegels 303 übereinstimmend mit dem Brennpunkt des ersten Parabolflächenspiegels 30 gemacht wird. Der zweite Parabolflächenspiegel 303 sowie der erste Parabolflächenspiegel 30 werden miteinander verbunden, wobei die kreisförmige Öffnung im Spiegel 303 der kreisförmigen Öffnung im Spiegel 30 gegenüberliegt.
• Der Weg in diesem Beleuchtungssystem, längs welchem das von der Lichtquelle emittierte Licht von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 austritt, wird nun unter bezugnahme auf die Figuren 15A - 15D beschrieben. Im folgenden wird eine Beschreibung lediglich des Weges des Lichts, das von der Lichtquelle 21 zur oberen Hälfte der Figur 15 ausgesandt wird, gegeben. (Der Weg des zur unteren Hälfte von Figur 15 ausgesandten Lichts ist gleichartig).
(1) Direkt emittiertes Licht
• Von dem von der Lichtquelle 21 ausgesandten Licht wird das innerhalb des durch die Schraffur angegebenen Bereichs, der von den Lichtstrahlen α&sub1; und α&sub2; in der Figur 15A eingeschlossen ist, ausgesandte Licht zu der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 emittiert und tritt intakt als direktes Licht aus.
(2) Durch fünfmalige Reflexion emittiertes Licht
• Das durch einen Lichtstrahl β&sub1; in Figur 15B bezeichnete Licht, das von der Lichtquelle 21 zum oberen Endabschnitt der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 emittiert wird, wird als paralleles Licht durch den zweiten Parabolflächenspiegel 303 zum ersten Parabolflächenspiegel 30 hin reflektiert, weil der Brennpunkt des zweiten Parabolflächenspiegels 303 mit dem Brennpunkt des ersten Parabolflächenspiegels 30 zusammenfallend gemacht ist und die Lichtquelle 21 nahe diesen Brennpunkten angeordnet ist, worauf es durch den ersten Parabolflächenspiegel 30 zur Lichtquelle 21 zurückgeworfen wird. Etwas von diesem reflektierten Licht wird durch die Lichtquelle 21 aufgefangen oder gestreut, während der Rest von diesem durch die Lichtquelle 21 hindurchgeht sowie wieder als paralleles Licht durch den ersten Parabolflächen spiegel 30 zum zweiten Parabolflächenspiegel 303 hin reflektiert wird, und danach wird es durch den zweiten Parabolflächenspiegel 303 zur Lichtquelle 21 reflektiert. Dieses reflektierte Licht tritt mit Ausnahme von etwas Licht wieder durch die Lichtquelle 21 hindurch und wird vom ersten Parabolflächen Spiegel 30 reflektiert, worauf es als paralleles Licht von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel austritt. Demzufolge wird das durch den Lichtstrahl β&sub1; bezeichnete Licht zweimal durch den zweiten Parabolflächenspiegel 303 und dreimal durch den ersten Parabolflächenspiegel 30, also insgesamt fünfmal, reflektiert, worauf es aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel austritt.
• Von dem von der Lichtquelle 21 emittierten Licht wird das innerhalb des durch die Schraffur angegebenen Bereichs, der von den Lichtstrahlen und β&sub1; und β&sub2; in der Figur 15B umschlossen ist, ausgesandte Licht in derselben Weise fünfmal reflektiert, worauf es als paralleles Licht aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 austritt.
(3) Durch dreimalige Reflexion emittiertes Licht
• Durch einen Lichtstrahl γ&sub1; in Figur 15C bezeichnetes Licht wird als paralleles Licht durch den zweiten Parabolflächenspiegel 303 aus demselben Grund, wie er zum Punkt (2) oben angegeben wurde, zum ersten Parabolflächenspiegel 30 reflektiert, und es wird dann durch den ersten Parabolflächenspiegel 30 zur Lichtquelle 21 zurückgeworfen. Dieses reflektierte Licht tritt mit Ausnahme von etwas Licht durch die Lichtquelle 21 hindurch und wird wieder als paralleles Licht durch den ersten Parabolspiegel 30 reflektiert, worauf es dann aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 austritt. Demzufolge wird das durch den Lichtstrahl γ&sub1; angegebene Licht einmal vom zweiten Parabolflächenspiegel 303 sowie zweimal vom ersten Parabolflachenspiegel 30, also insgesamt dreimal, reflektiert, und dann tritt es aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 aus.
• Auch wird das durch einen Lichtstrahl γ&sub2; in Figur 15C bezeichnete Licht als paralleles Licht durch den ersten Parabolflächenspiegel 30 zum zweiten Parabolflächenspiegel 303 umgelenkt, und es wird danach durch den zweiten Parabolflächenspiegel 303 zur Lichtquelle 21 reflektiert. Dieses reflektierte Licht tritt mit Ausnahme von etwas Licht von diesem durch die Lichtquelle 21 und wird wieder als paralleles Licht vom ersten Parabolflächenspiegel 30 reflektiert, worauf es durch die rechteckige Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 austritt. Demzufolge wird das durch den Lichtstrahl γ&sub2; angegebene Licht einmal durch den zweiten Parabolflächenspiegel 303 und zweimal durch den ersten Parabolflächenspiegel 30, also insgesamt dreimal, reflektiert, worauf es aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolfächenspiegel 303 austritt.
• Von dem von der Lichtquelle 21 ausgesandten Licht wird das innerhalb des durch die Schraffur angegebenen, von den Lichtstrahlen γ&sub1; und γ&sub2; in der Figur 15C umschlossenen Bereichs emittierte Licht dreimal in derselben Weise reflektiert, worauf es dann aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 austritt.
(4) Durch einmalige Reflexion emittiertes Licht
• Durch einen Lichtstrahl δ&sub1; in Figur 15D bezeichnetes Licht wird vom ersten Parabolflächenspiegel 30 aus demselben Grund, wie oben im Punkt (2) herausgestellt wurde, als paralleles Licht reflektiert, und danach tritt es als paralleles Licht aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 aus.
• Von dem von der Lichtquelle 21 emittierten Licht wird das innerhalb des durch Schraffur angegebenen, von den Lichtstrahlen δ&sub1; und δ&sub2; in Figur 15D umgebenen Bereichs ausgesandte Licht einmal in derselben Weise reflektiert, und dann tritt es aus der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächen spiegel 303 aus.
• Als Ergebnis tritt das von der Lichtquelle 21 emittierte Licht mit Ausnahme des abgefangenen und gestreuten Lichts, wenn dieses Licht durch die Lichtquelle 21 hindurchgeht, und mit Ausnahme des Verlusts, wenn dieses Licht durch den ersten sowie zweiten Parabolflächenspiegel 30 sowie 303 reflektiert wird, von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 aus, wobei der Anwendungsbereich dieses emittierten Lichts ein Rechteck wird und deshalb nahezu sämtliches von der Lichtquelle 21 ausgesandtes Licht an der rechteckigen Wiedergabefläche eines (nicht dargestellten) Flüssigkristall-Lampenkolbens und an der (nicht dargestellten) Lichteinfallsfläche 1 der Polarisationseinrichtung 101 durch eine Kondensorlinse angewendet werden kann. Insbesondere kann durch Vorsehen des zweiten Parabolflächenspiegels 303 das von der Lichtquelle durch die Nachbarschaft des Randes der Öffnung im Parabolflächenspiegel hindurch emittierte Licht, das bisher überhaupt nicht genutzt wurde, dazu gebracht werden, als paralleles Licht von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 auszutreten, und kann an der rechteckigen Wiedergabefläche des (nicht dargestellten) Flüssigkristall-Lampenkolbens sowie an der Lichteinfallsfläche 1 der Polarisationseinrichtung angewendet werden, so daß dadurch der Lichtausnutzungsgrad gesteigert werden kann.
• Die Beziehung zwischen der Krümmung des ersten Parabolflächen spiegels 30 und der Krümmung des zweiten Parabolflächenspiegels 303 wird nun unter Bezugnahme auf die Figur 16 beschrieben.
• Der Querschnitt in Richtung der Längsachse soll für das Seitenverhältnis der Bildwiedergabefläche des Flüssigkristall Lampenkolbens oder der Lichteinfallsfläche 1 der Polarisationseinrichtung 101 als 3 : 4 betrachtet werden.
• Wenn, wie in Figur 16 gezeigt ist, der Scheitel des ersten Parabolflächenspiegels 30 der Ursprung ist, können, falls der erste Parabolflächenspiegel 30 als
• y² = -2P&sub1;x (P&sub1; > 0) (1)
• ausgedrückt wird, die Krümmung des ersten Parabolflächenspiegels 30 durch 1/P&sub1; und die Koordinaten des Brennpunkts F des ersten Parabolflächenspiegels 30 durch (P&sub1;/2, 0) dargestellt werden.
• Auch wird der verbundene zweite Parabolflächenspiegel 303, wobei dessen Brennpunkt mit dem Brennpunkt des ersten Parabolflächenspiegels 30 zusammenfallend gemacht wird und wobei die kreisförmige Öffnung in diesem sowie die kreisförmige Öffnung im ersten Parabolflächenspiegel 30 einander gegenüberliegen, somit durch
• y² = 2P&sub2; [x + ½ (P&sub1; + P&sub2;)] (P&sub2; > 0) (2)
• dargestellt, wobei dessen Krümmung 1/P&sub2; ist.
• Aus den Gleichungen (1) und (2) ergeben sich die Koordinaten der oberen und unteren Verbindungsstellen A sowie A&sub1; der ersten und zweiten Parabolflächenspiegel 30 und 303 als:
• Auch beträgt das Verhältnis der Länge (des Durchmessers) der kreisförmigen Öffnung im ersten Parabolflächenspiegel 30 zur Longitudinallänge der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 (siehe Figur 16) 5 : 3, und deshalb sind die Koordinaten der zwei Punkte B sowie B&sub1; am ersten Parabolflächenspiegel 30, an denen die oberen und unteren Enden der rechteckigen Öffnung 304 gleich der y-Achse sind:
• Damit das gesamte, von der im Brennpunkt F angeordneten Lichtquelle 21 emittierte Licht dazu gebracht wird, von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 mit fünfmaliger oder geringerer Anzahl an Reflexionen, wie in Figur 15 gezeigt ist, auszutreten, müssen folglich der Brennpunkt F sowie der Punkt B&sub1; auf derselben Linie liegen, und deshalb kann aus der Tatsache, daß die Neigungen der die Verbindungsstelle A mit dem Brennpunkt F verbindenden geraden Linie und der den Brennpunkt F sowie den Punkt B&sub1; verbindenden geraden Linie gleich sind,
• gefunden werden.
• Aus der Gleichung (3) ist zu erkennen, daß in diesem Fall die Krümmung (1/P&sub2;) des zweiten Parabolflächenspiegels 303 mit dem 0,6fachen der Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächen spiegels 30 bestimmt werden kann.
• Auch kann hinsichtlich des Querschnitts in der Querrichtung des zu beleuchtenden Objekts, wie dem Flüssigkristall-Lampenkolben, wenn in Betracht gezogen wird, daß das Verhältnis der Länge (Durchmesser) der kreisförmigen Öffnung im ersten Spiegel 30 mit parabolischer Fläche zur Laterallänge der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Spiegel 303 mit parabolischer Fläche 5 : 4 ist (siehe Figur 16), die Krümmung (1/P&sub3;) des zweiten Parabolflächenspiegels 303, damit das gesamte, von der Lichtquelle 21 ausgesandte Licht dazu gebracht wird, von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 mit fünfmaliger oder geringerer Reflexion auszutreten, gefunden werden als:
• und kann mit dem 0,8fachen der Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächenspiegels 30 bestimmt werden.
• Der Punkt, den es hier zu beachten gilt, ist, daß dann, wenn die Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächenspiegels 30 und die Krümmung (1/P&sub2;, 1/P&sub3;) des zweiten Parabolflächenspiegels 303 einander gleich gemacht werden, das von der in der Fokus- Position angeordneten Lichtquelle 21 zum ersten Parabolflächenspiegel 30 oder zum zweiten Parabolflächenspiegel 303 emittierte Licht sich immer längs desselben Strahlengangs bewegt sowie zwischen diesen beiden Parabolflächenspiegeln reflektiert wird und deshalb nicht von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 austritt. Um zu bewirken, daß dieses Licht von der rechteckigen Öffnung 304 im zweiten Parabolflächenspiegel 303 nach einer mehrmaligen Reflexion austritt, ist es folglich notwendig, die Krümmung (1/P&sub2;, 1/P&sub3;) des zweiten Parabolflächenspiegels 303 kleiner als die Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächenspiegels zu machen.
• Die Krümmung (1/P&sub4;) des zweiten Parabolflächenspiegels 303 in der Längsrichtung des zu beleuchtenden Objekts, wie dem Flüssigkristall-Lampenkolben, damit das gesamte von der Lichtquelle 21 emittierte Licht zum Austreten von der rechteckigen Öffnung im zweiten Parabolflächenspiegel 303 mit einer dreimaligen oder geringeren Anzahl an Reflexionen gebracht wird, wird mit
• gefunden, weil zu dieser Zeit der Punkt B, der Brennpunkt F und der Punkt B in der Figur 16 auf derselben Linie liegen und deshalb die Neigung der geraden Linie, die den Punkt B und den Brennpunkt F miteinander verbindet, sowie die Neigung der geraden Linie, die den Brennpunkt F und den Punkt B&sub1; miteinander verbindet, gleich sind. Es ist zu erkennen, daß die Krümmung (1/P&sub4;) des zweiten Parabolflächenspiegels mit dem 0,36fachen der Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächenspiegels 30 bestimmt werden kann. Gleicherweise ist zu erkennen, däß die Krümmung (1/P&sub5;) des zweiten Parabolflächenspiegels 303 in der Querrichtung des zu beleuchtenden Objekts, wie dem Flüssigkristall-Lampenkolben, zu dieser Zeit mit dem 0,64fachen der Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächenspiegels 30 festgesetzt werden kann.
• Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der zweite Parabolflächenspiegel 303, der die in seinem zentralen Teil ausgebildete rechteckige Öffnung 304 besitzt und eine kreisförmige Öffnung von gleicher Größe wie diejenige im ersten Parabolflächenspiegel 30 sowie eine kleinere Krümmung als die Krümmung des ersten Parabolflächenspiegels 30 hat, mit dem ersten Parabolflächenspiegel verbunden, wobei der Brennpunkt von jenem übereinstimmend mit dem Brennpunkt des ersten Parabolflächenspiegels 30 gemacht wird und wobei die kreisförmige Öffnung von jenem der kreisförmigen Öffnung im ersten Parabolflächenspiegel gegenüberliegt. Jedoch kann die Anwendung eines sphärischen Spiegels, der eine rechteckige Öffnung in seinem zentralen Teil sowie eine kreisförmige Öffnung von gleicher Größe wie diejenige im ersten Parabolflächenspiegel 30 und eine geringere Krümmung als die Krümmung (1/P&sub1;) des ersten Parabolflächenspiegels 30 besitzt, auch bewirken, daß das Licht, das bisher nicht genutzt werden konnte, um mehrere Male zwischen dem sphärischen Spiegel sowie dem ersten Parabolflächenspigel 30 reflektiert zu werden und um danach von der genannten rechteckigen Öffnung auszutreten, einen gleichartigen Effekt erzielen kann, indem der sphärische Spiegel mit dem ersten Parabolflächenspiegel 30 verbunden wird, wobei die kreisförmige Öffnung im sphärischen Spiegel der kreisförmigen Öffnung im ersten Parabolflächenspiegel 30 gegenüberge stellt wird. Auch ist die Verschlechterung in den Bildfehlern, wenn der sphärische Spiegel verwendet wird, von gleichem Grad wie diejenige, wenn der Parabolflächenspiegel verwendet wird, und deshalb führt, wenn die Leichtigkeit der Herstellung in Betracht gezogen wird, die Anwendung des sphärischen Spiegels zu den niedrigen Kosten des Beleuchtungssystems. Wenn für die Lichtquelle 21 Gebrauch von einer Lichtquelle gemacht wird, die eine Lichtemissionswinkelverteilung in der Gestalt der arabischen Ziffer 8, wie in Fig. 17 gezeigt ist, hat, kann diese Lichtquelle so eingebaut werden, daß die Richtung der Lichtemission, bei der die Lichtemissionswinkelverteilung gleich 0 ist, rechtwinklig zur Bestrahlungsfläche des Flüssigkristall-Lampenkolbens oder der Polarisationseinrichtung sein kann, wodurch der Anteil des unmittelbar von der Lichtquelle zum zu beleuchtenden Objekt, wie dem Flüssigkristall-Lampenkolben, emittierten direkten Lichts reduziert wird und nahezu das gesamte Licht durch die ersten und zweiten Parabolflächenspiegel reflektiert wird sowie als paralleles Licht zum zu beleuchtenden Objekt, wie dem Flüssigkristall-Lampenkolben, austritt, so daß somit die Kondensorlinse unnötig wird.
• Der zweite Parabolflächenspiegel und der sphärische Spiegel müssen nicht immer mit dem ersten Parabolflächenspiegel verbunden werden. Auch kann die Abmessung der Öffnungen im zweiten Parabolflächenspiegel und im sphärischen Spiegel, die dem ersten Parabolflächenspiegel benachbart sind, mehr oder weniger größer als die Abmessung der Öffnung im ersten Para bolflächenspiegel sein. Falls der sphärische Spiegel verwendet wird, können ferner das Krümmungszentrum des sphärischen Spiegels und der Brennpunkt des ersten Parabolflächenspiegels im wesentlichen miteinander zusammenfallend gemacht werden.
• Durch direktes oder indirektes Beleuchten von beispielsweise der rechteckigen Bildwiedergabefläche des Flüssigkristall- Lampenkolbens des bereits gezeigten Projektors durch eines dieser Beleuchtungssysteme kann die Bildhelligkeit höher als im Stand der Technik gemacht werden.

Claims (11)

1. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung umfaßt:

- Polarisationseinrichtungen (101) mit einer Lichteinfallfläche (1), die eine Lichteintrittsöffnung von rechteckiger Gestalt bestimmt; und

- Beleuchtungsmittel (100) zur Beleuchtung der erwähnten

- Polarisationseinrichtungen (101), die vor der Lichteintrittsöffnung der erwähnten Polarisationseinrichtungen (101) angeordnet sind und einen Reflektor (30, 31; 33, 32; 30, 301; 46, 301; 30, 303) mit einer zentralen Achse sowie eine Lichtquelle (21) zum Emittieren von nichtpolarisiertem Licht enthalten, die im wesentlichen auf der besagten Achse in einem Brennpunkt des genannten Reflektors angeordnet ist, wodurch Licht von der erwähnten Lichtquelle einmal oder wiederholt von der Fläche des genannten Reflektors (30, 31; 33, 32; 30, 301; 46, 301; 30, 303) derart reflektiert wird, daß es als ein paralleler Lichtstrahl oder als ein konzentriert er Lichtstrahl zu der besagten Lichteintrittsöffnung (1) hin gerichtet wird;

- diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß:

- der genannte Reflektor (30, 31; 33, 32; 30, 301; 46, 301; 30, 303) eine frontseitige Öffnung besitzt, die im wesentlichen auf der besagten Achse zentriert vor der erwähnten Lichtquelle (21) angeordnet ist und eine Lichtaus trittsöffnung von rechteckiger Gestalt bestimmt; und

- der genannte Lichtstrahl, der von der erwähnten Austrittsöffnung austritt, als ein Strahl, der einen Querschnitt an der besagten Lichteinfallfläche (1) der erwähnten Polarisationseinrichtungen (101) von im wesentlichen derselben Abmessung sowie rechteckigen Gestalt wie diejenige der besagten Lichteintrittsöffnung (1) hat, gerichtet wird.

2. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der genannte Reflektor (30, 31) aus konkaven vorderen und hinteren Spiegeln (31, 30) mit Rotationsparaboloidflächen besteht, welche Spiegel in Gegenüberlage zueinander angeordnet sind, im wesentlichen koaxial und im wesentlichen konfokal sind, wobei der genannte vordere Spiegel (31) eine kleinere parabolische Krümmung als der genannte hintere Spiegel (30) hat sowie der genannte hintere Spiegel (30) eine Öffnung größer als die besagte frontseitige Öffnung besitzt; und

- die erwähnte Lichtquelle (21) im wesentlichen im gemeinsamen Brennpunkt der genannten vorderen und hinteren Spiegel (31, 30) angeordnet ist.

3. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der genannte Reflektor (33, 32) aus einem vorderen Spiegel (32) mit einer Rotationsellipsoidfläche sowie einem hinteren Planspiegel (33), der im wesentlichen orthogonal zu der besagten Achse im wesentlichen auf halbem Weg zwischen den vorderen sowie hinteren Brennpunkten des genannten vorderen Spiegels (32) angeordnet ist, besteht;

- die erwähnte Lichtquelle (21) im wesentlichen im vorderen Brennpunkt des genannten vorderen Spiegels (32) angeordnet ist; und

- die besagten Beleuchtungsmittel auch eine Kondensorlinse (34) enthalten, die vor der besagten Lichtaustrittsöffnung mit ihrem hinteren Brennpunkt im wesentlichen mit dem vorderen Brennpunkt des genannten vorderen Spiegels (32) zusammenfallend angeordnet ist.

4. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der genannte Reflektor (30, 301) aus einem sphärischen, konkaven vorderen Spiegel (301) sowie einem hinteren Spiegel (30) mit einer Rotationsparaboloidfläche besteht, welche Spiegel in Gegenüberlage zueinander angeordnet sowie im wesentlichen koaxial sind, wobei der Krümmungsmittelpunkt des genannten vorderen Spiegels (301) im wesentlichen mit dem Brennpunkt des genannten hinteren Spiegels (30) zusammenfallend angeordnet ist; und

- die erwähnte Lichtquelle (21) im wesentlichen im Brennpunkt des genannten hinteren Spiegels (30) angeordnet ist.

5. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der genannte vordere Spiegel (301) die besagte vordere, die erwähnte Austrittsöffnung bestimmende Öffnung (331) besitzt, und der genannte hintere Spiegel (30) eine vordere Öffnung (325) aufweist, die bei Betrachtung von der besagten Achse aus von gleicher Abmessung sowie rechtwinkliger Gestalt wie die erwähnte Austrittsöffnung (331) ist.

6. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtuflg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der genannte Reflektor (46, 301) aus einem sphärischen, konkaven vorderen Spiegel (301) sowie einem hinteren Spiegel (46) mit einer Rotationsellipsoidfläche besteht, welche Spiegel in Gegenüberlage zueinander angeordnet sowie im wesentlichen koaxial sind, wobei der Krümmungsmittelpunkt des genannten vorderen Spiegels (301) im wesentlichen mit dem hinteren Brennpunkt des genannten hinteren Spiegels (46) zusammenfallend angeordnet ist; und

- die erwähnte Lichtquelle (21) im wesentlichen im hinteren Brennpunkt des genannten hinteren Spiegels (46) angeordnet ist.

7. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtuflg nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Reflektor (30, 31; 33, 32; 30, 301; 46, 301; 30, 303) mit der besagten zentralen Achse orthogonal zu der genannten Lichteinfallflache (1) angeordnet ist.

8. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Lichtquelle (21) Licht mit minimaler Intensität in der Richtung der besagten Lichteinfalifläche (1) aussendet, wodurch im wesentlichen sämtliches Licht, das die besagte Lichteinfallfläche erreicht, reflektiertes Licht ist.

9. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Polarisationseinrichtungen (101) eine Polarisationspiatte oder einen Polarisationsstrahlenteiler (26) enthalten.

10. Eine Polarisationsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Polarisationseinrichtungen (101) Mittel (26), um das nichtpolarisierte Licht in erste sowie zweite polarisierte Lichter, deren Polarisationsebenen zueinander orthogonal sind, zu zerlegen, und Mittel (27, 28), um die Polarisationsebenen der genannten ersten sowie zweiten polarisierten Lichter miteinander zusammenfallend zu machen, besitzen.

11. Eine Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (21) weggelassen ist.