DE69319009T2

DE69319009T2 - Optisches Beleuchtungssystem und damit versehener Projektor

Info

Publication number: DE69319009T2
Application number: DE69319009T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kawasaki; Kazumi Kimura; Junko Kuramochi; Hideaki Mitsutake; Kohtaro Yano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: US5833341A; US5749642A; JPH05264904A; EP0561388B1; DE69319009D1; EP0561388A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Beleuchtungssystem und einen Projektor, der dasselbe benützt.

Zugehöriger Stand der Technik

Bei dem herkömmlichen optischen Beleuchtungssystem ist ein Reflektor um eine Lichtquellenlampe vorgesehen, um das Licht dazu zu bringen, sich dreidimensional in eine vorbestimmte Richtung auf zuspreizen.
Es sind bereits elliptische und parabolische Reflektoren bekannt, wobei ein bezüglich der optischen Achse rotationssymmetrischer Reflektor in dem Fall eingesetzt wird, bei dem die Lichtquellenlampe durch eine Punktlichtquelle gebildet ist, während ein röhrenförmiger Reflektor in dem Fall eingesetzt wird, bei dem die Lichtquellenlampe polförmig ist.
Bei einem optischen Beleuchtungssystem, das einen elliptischen Reflektor einsetzt, um einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl zu erhalten, ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine Punktlichtquellenlampe 501 auf einem ersten Brennpunkt O&sub5; positioniert, der aus den beiden Brennpunkten O&sub5;, O'&sub5; eines elliptischen, zu der optischen Achse F rotationssymmetrischen Reflektors 500 von dem zu beleuchtenden (nicht gezeigten) Objekt weiter entfernt liegt, wobei eine konkave Linse 502 mit ihrem Brennpunkt auf den zweiten Brennpunkt O'&sub5; auf der optischen Bahn des austretenden Lichts angeordnet ist, um das austretende Licht in einen parallelen Lichtstrahl umzuwandeln.
Bei einem derartigen optischen Beleuchtungssystem konvergiert das von der Lampe 501 ausgesendete und durch den elliptischen Reflektor 500 reflektierte Licht auf den zweiten Brennpunkt O'&sub5;. Das konvergierte Licht tritt in die konkave Linse 502 ein, wird somit in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt und tritt als das Beleuchtungslicht zu dem zu beleuchtenden Objekt aus. Auf die konkave Linse 502 kann in dem Fall verzichtet werden, bei dem der elliptische Reflektor durch einen parabolischen Reflektor ersetzt wird, weil das von dort austretende Licht bereits im wesentlichen ein paralleler Lichtstrahl ist.
Im folgenden wird ein Projektor, der das herkömmliche optische Beleuchtungssystem einsetzt, unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
Der Projektor ist mit einem optischen Beleuchtungssystem versehen, das einen parabolischen Reflektor 902 um eine Lichtquellenlampe 901 und eine rechteckige Flüssigkeitskristallanzeigenvorrichtung 903 aufweist, die eine Bilderzeugungseinrichtung bildet, wobei das durch die Lampe 901 ausgesendete Licht der Lichtquelle durch den parabolischen Reflektor 902 reflektiert wird, um auf die Flüssigkeitskristallvorrichtung 903 zu strahlen.
Das Beleuchtungslicht, das von dem optischen Beleuchtungssystem austritt, welches mit dem vorstehend erwähnten parabolischen Reflektor 902 ausgestattet ist, wird zu einem Lichtstrahl mit einem kreisförmigen Querschnitt (beleuchteter Bereich 904), der dazu in der Lage ist, die Flüssigkeitskristallvorrichtung 903 ausreichend zu beleuchten. Wenn die Flüssigkeitskristallvorrichtung 903 durch den Lichtstrahl mit kreisförmigem Querschnitt beleuchtet wird, wird der schraffierte Teil des Beleuchtungsbereichs 904 nicht zum Beleuchten der Flüssigkeitskristallvorrichtung 903 verwendet, weil die Vorrichtung 903 rechteckig ist.
In dem Fall, bei dem die Querschnittform des beleuchtenden Lichtstrahls, der aus dem optischen Beleuchtungssystem austritt, sich von der Form des zu beleuchtenden Objekts, wie beispielsweise der Bilderzeugungseinrichtung, unterscheidet, besteht die Gefahr, daß unter den beleuchtenden Lichtstrahlen die Lichtstrahlen, die das Objekt nicht beleuchten, ungewünschte Effekte, wie beispielsweise Geisterbilder oder Streulicht, mit sich bringen. Aus diesem Grund wurde eine Blende oder dergleichen eingesetzt, um die Form des beleuchtenden Lichtstrahls mit der des zu beleuchtenden Objekts in Übereinstimmung zu bringen, oder die innere Farbe des Geräts wurde schwarz gemacht, um ein unnötiges Licht zu absorbieren.
Bei dem herkömmlichen, in Fig. 1 gezeigten optischen Beleuchtungssystem konvergiert jedoch das austretende Licht, das nicht an dem elliptischen Reflektor reflektiert wird, nicht auf den zweiten Brennpunkt 05 und wird nicht zur Beleuchtung genutzt, wodurch die Rate der Lichtausnutzung verringert ist.
Auch in einem Fall, bei dem ein derartiges optisches Beleuchtungssystem bei einem Projektor angewendet wird, läßt ein derartiger Teil des Lichts, der nicht zur Beleuchtung genutzt wird, Geisterlichter und Streulicht oder dergleichen entstehen, wodurch eine klare Bildanzeige behindert wird.
Auch bei dem herkömmlichen, in Fig. 2 gezeigten Projektor geht der Teil des Lichts, der das Objekt nicht erreicht, nämlich der Teil des Lichts, der die Blende beleuchtet oder der durch die Innenwand des Geräts absorbiert wird, verloren, wobei die Rate der Lichtausnutzung verschlechtert wird. Außerdem wird ein derartig absorbiertes Licht in Wärme umgewandelt, wodurch eine Kühleinrichtung erforderlich wird, die eine größere Abmessung und höhere Kosten des Geräts mit sich bringt. Die JP-A- 59/165037, die WO-A-84/00217 und die JP-A-4/5643 geben weitere Beispiele des Stands der Technik für Anzeigevorrichtungen in Projektionsbauweise wieder.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Unter Berücksichtigung der vorgenannten Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bilderzeugungsgerät und einen Projektor zu schaffen, die ein kompaktes optisches Beleuchtungssystem nutzen, das dazu in der Lage ist, einen hohen Wirkungsgrad der Lichtausnutzung mit sich zu bringen und eine hohe Leuchtdichte in dem projizierten Bild zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch ein Bilderzeugungsgerät, das in Patentanspruch 1 definiert ist, und einen Projektor gelöst, der in Patentanspruch 5 definiert ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht des herkömmlichen optischen Beleuchtungs systems.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Projektors, der ein herkömmliches optisches Beleuchtungssystem einsetzt;
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
Fig. 5 ist eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektors;
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektors;
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen ebenen Spiegel zum Reflektieren des austretenden Lichts; die Figuren 9, 10 und 11 sind Querschnittansichten von anderen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
die Figuren 12 und 13 sind perspektivische Ansichten, die andere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Projektors zeigen;
Fig. 14 ist eine Querschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektors;
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
Fig. 16 ist eine Ansicht, die die Funktion eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems zeigt;
Fig. 17 ist eine Ansicht, die die Funktion eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems zeigt;
die Figuren 18A und 18B sind schematische Teilansichten eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
die Figuren 19A und 19B sind Ansichten, die die Funktion eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems zeigen;
Fig. 20 ist eine schematische Teilansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems;
Fig. 21 ist eine schematische Teilansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems; und
Fig. 22 ist eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektors.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nun wird die vorliegende Erfindung durch ihre bevorzugten, in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele detailliert geklärt.
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems zeigt.
Das optische Beleuchtungssystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit einem elliptischen Reflektor 100, der bezüglich einer optischen Achse P rotationssymmetrisch ist, einer Punktlichtquellenlampe 101, die auf einem ersten Brennpunkt O&sub1; von zwei Brennpunkten O&sub1;, O'&sub1; des Reflektors 100 positioniert ist, der von dem nicht dargestellten, zu beleuchtenden Objekt weiter entfernt liegt, und einem kreisförmigen Reflektor 102 versehen, der in der optischen Austrittsbahn positioniert ist.
Der kreisförmige Reflektor 102 hat eine Reflektionsfläche, die aus einem Teil einer sphärischen Fläche besteht, deren Radius im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den beiden Brennpunkten O&sub1;, O'&sub1; ist, wobei eine Öffnung 103 in der Mitte der Reflektionsfläche ausgebildet ist.
Der kreisförmige Reflektor 102 ist derart positioniert, daß er bezüglich der optischen Achse symmetrisch ist, wobei die Öffnung 103 mit dem zweiten Brennpunkt O'&sub1; des elliptischen Reflektors 100 zusammenfällt.
Der kreisförmige Reflektor 102 ist auch so bemessen, daß, wenn er auf der optischen Achse P wie vorstehend erwähnt positioniert ist, der Winkel von dem ersten Brennpunkt O&sub1; zu Rändern 102A, 102B (Randpositionen, die bezüglich der optischen Achse P symmetrisch sind) im wesentlichen gleich demjenigen von dem ersten Brennpunkt O&sub1; zu Rändern 100A, 100B (die in ähnlicher Weise symmetrisch zur optischen Achse P sind) des elliptischen Reflektors 100 ist.
Im folgenden wird hier die optische Austrittsbahn des optischen Beleuchtungssystems des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Zuerst tritt das von der Lampe 101 ausgesendete und an einem Punkt 100A des elliptischen Reflektors 100 reflektierte Licht Pa durch den zweiten Brennpunkt O'&sub1; und tritt daher durch die Öffnung 103 des kreisförmigen Reflektors 102 aus.
Somit wird das von der Lampe 101 ausgesendete und durch den optischen Reflektor 100 reflektierte Licht hauptsächlich auf die Nachbarschaft des zweiten Brennpunkts O'&sub1; konzentriert, wodurch es durch die Öffnung 103 des kreisförmigen Reflektors 102 ausgesendet wird, weil die Lampe 101 auf dem ersten Brennpunkt O&sub1; positioniert ist.
Andererseits wird der von der Lampe 101 ausgesendete Lichtstrahl Pb, der direkt ohne Reflektion an dem elliptischen Reflektor 100 austritt, an einem Punkt 102b des kreisfl-rmigen Reflektors 102 reflektiert und er kehrt zur Lampe 101 zurück. Dies liegt daran, weil der kreisförmige Reflektor 102 aus einem Teil einer sphärischen Fläche zusammengesetzt ist, deren Radius gleich dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Brennpunkt O&sub1;, O'&sub1; ist, wobei das gesamte, sich direkt zu dem kreisförmigen Reflektor 102 ausbreitende Licht zu der Lampe 101 zurückkehrt Der Lichtstrahl Pb, der zu der Lampe 101 zurückkehrt, wird durch diese übertragen und an einem Punkt 100b des elliptischen Reflektors 100 in derselben Weise wie das Licht Pa reflektiert, wodurch er auf den zweiten Brennpunkt O'&sub1; konzentriert wird und durch die Öffnung 103 austritt.
Das direkt austretende Licht, wie beispielsweise der Lichtstrahl Pb, ist bei der herkömmlichen Konfiguration nicht zur Beleuchtung genutzt worden, es ist aber bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Reflektion an dem kreisförmigen Reflektor 102 nutzbar gemacht worden. Da der kreisförmige Reflektor 102 des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart bemessen ist, daß der Winkel von dem ersten Brennpunkt O&sub1; zu den Rändern 102A, 102B gleich demjenigen von dem ersten Brennpunkt O&sub1; zu den Rändern 100A, 100B des elliptischen Reflektors 100 ist, kann das von der Lampe 101 zu dem Rand des elliptischen Reflektors 100 ausgesendete Licht auch durch den kreisförmigen Reflektor 102 reflektiert werden.
Da jedoch die Lampe 101 tatsächlich eine begrenzte Größe hat, wird das Licht auch von Positionen ausgesendet, die sich von dem ersten Brennpunkt O&sub1; unterscheiden. Aus diesem Grund ist der Winkel, der mit einer Seite von O&sub1; bis 102A und einer von O&sub1; bis 102B durch den kreisförmigen Reflektor 102 gebildet ist, vorzugsweise größer als der Winkel, der zwischen einer Seite von O&sub1; bis 100A und einer von O&sub1; bis 100B gebildet ist. Auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der kreisförmige Reflektor 102 derart positioniert, daß seine Öffnung 103 mit dem zweiten Brennpunkt O'&sub1; zusammenfällt, wodurch die Öffnung 103 kleiner gemacht werden kann, und wobei das durch den elliptischen Reflektor 100 reflektierte Licht und ein auf den zweiten Brennpunkt O'&sub1; konzentrierter Lichtstrahl alleine als ein Lichtstrahl austreten kann, der innerhalb eines vorbestimmten winkligen Bereichs um die optische Achse P divergiert.
Wenn das zu beleuchtende Objekt ein stark kollimiertes Beleuchtungslicht erfordert, wie beispielsweise ein Flüssigkeitskristallelement, kann das aus der Öffnung 103 austretende Licht durch ein optisches Element, wie beispielsweise eine konvexe Linse oder dergleichen, kollimiert werden.
Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel für das erf indungsgemäße optische Beleuchtungssystem unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert, die eine Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein kreisförmiger Reflektor 202 in Kontakt mit einem elliptischen Reflektor 200 montiert.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Lichtquellenlampe 201 auf einem ersten Brennpunkt 02 von zwei Brennpunkten O&sub2;, O'&sub2; eines elliptischen, zu der optischen Achse P rotationssymmetrischen Reflektors 200 montiert, der weiter von einem ungezeigten Objekt entfernt liegt.
Der kreisförmige Reflektor 202 ist wie bei dem Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Reflektionsfläche versehen, die aus einem Teil einer sphärischen Fläche zusammengesetzt ist, deren Radius gleich dem Abstand zwischen den beiden Brennpunkten O&sub2; und O'&sub2; ist, und er hat eine Öffnung 203 in der mittigen Position. Der kreisförmige Reflektor 202 ist so bemessen, daß, wenn er symmetrisch zur optischen Achse P angeordnet ist, wobei seine Öffnung 203 auf dem zweiten Brennpunkt O'&sub2; ist, sein Rand mit dem Rand des elliptischen Reflektors 202 zusammenfällt.
Auch bei dem vorstehend erwähnten optischen Beleuchtungssystem wird das von der Lampe 201 ausgesendete Licht in einen Lichtstrahl Pc, der anschließend durch den elliptischen Reflektor 200 reflektiert wird, und einen Lichtstrahl Pd aufgeteilt, der sich direkt zum kreisförmigen Reflektor 202 ausbreitet, ohne durch den elliptischen Reflektor 200 reflektiert zu werden.
Der Lichtstrahl Pc wird an einem Punkt 200c des elliptischen Reflektors 200 reflektiert, dann auf den zweiten Brennpunkt O'&sub2; konzentriert und tritt dann durch die Öffnung 203 des kreisförmigen Reflektors 202 aus.
Andererseits wird der Lichtstrahl Pd an einem Punkt 202d des kreisförmigen Reflektors 202 reflektiert, kehrt somit zurück und wird durch die Lampe 201 übertragen, dann an einem Punkt 200d des elliptischen Reflektors 200 reflektiert, auf den zweiten Brennpunkt O'&sub2; konzentriert und tritt aus der Öffnung 203 in derselben Weise wie der vorstehend erwähnte Lichtstrahl Pc aus.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel der kreisförmige Reflektor 202 mit dem elliptischen Reflektor 200 in Kontakt ist, kann der Lichtstrahl nur aus der Öffnung 203 austreten. Da andererseits das Innere des elliptischen Reflektors 200 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nahezu abgedichtet ist, kann ein Temperaturanstieg darin folgen und eine Wärmestrahlung sollte beispielsweise dadurch verbessert werden, daß der elliptische und kreisförmige Reflektor beispielsweise durch Kaltspiegel ersetzt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Projektors unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert.
Bei dem Projektor dieses Ausführungsbeispiels wird das von dem optischen Beleuchtungssystem 300 ausgesendete Beleuchtungslicht in einen parallelen Lichtstrahl durch eine konvexe Linse 405 zum Bestrahlen einer eine Bilderzeugungseinrichtung ausbildenden Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 ausgesendet, wobei ein davon austretendes Bildträgerlicht durch eine Projektionslinse 309 auf eine (nicht gezeigte) Bildwand projiziert wird.
Das optische Beleuchtungssystem 300 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist wie das in Fig. 3 gezeigte System mit einer Lichtquellenlampe 301, die auf einem ersten Brennpunkt O&sub3; von zwei Brennpunkten O&sub3;, O'&sub3; eines zu der optischen Achse P rotationssymmetrischen, elliptischen Reflektors 302 angeordnet ist, der von der das zu beleuchtende Objekt bildenden Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 weiter entfernt liegt, und mit einem kreisförmigen Reflektor 102 auf der austretenden optischen Bahn versehen.
Der kreisförmige Reflektor 102 ist mit einer Reflektionsfläche versehen, die aus einem Teil einer sphärischen Fläche gebildet ist, deren Radius gleich dem Abstand zwischen den beiden Brennpunkten ist, und sie hat eine Öffnung 304 an der mittigen Position. Der kreisförmige Reflektor 102 ist symmetrisch zur optischen Achse P derart positioniert, daß die Öffnung 304 mit dem zweiten Brennpunkt O'&sub3; zusammenfällt. Der kreisförmige Reflektor 102 ist auch derart bemessen, daß, wenn er auf der optischen Achse P in der vorstehend erwähnten Weise positioniert ist, der Winkel, der durch zwei Seiten von dem ersten Brennpunkt O&sub3; zu den Rändern 102A und 102B (Randpositionen, die symmetrisch zur optischen Achse P sind) des kreisförmigen Reflektors 102 ausgebildet ist, von dem ersten Brennpunkt O&sub3; aus gesehen gleich demjenigen der Ränder 302A, 302B (die in ähnlicher Weise symmetrisch zur optischen Achse P sind) des elliptischen Reflektors 302 ist.
Die Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 moduliert das Beleuchtungslicht auf jedem Pixel gemäß einer Bildinformation. An der Eingangs- und Austrittsseite der Flüssigkeitskristallvorrichtung ist jeweils eine Polarisationsplatte 306, die als eine Polarisator dient, und eine Polarisationsplatte 308 vorgesehen, die als ein Analysator dient. Die als Polarisator dienende Polarisationsplatte 306 löst eine der beiden linear polarisierten Lichtkomponenten heraus, die in dem beleuchtenden natürlichen Licht enthalten sind. Die als der Analysator dienende Polarisationsplatte 308 erhält den Bildlichtstrahl entsprechend entweder der Existenz oder der Nichtexistenz der Modulation in der Polarisationsrichtung von dem aus der Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 austretenden Licht.
Bei dem optischen Beleuchtungssystem 300 der vorstehend erwähnten Konfiguration tritt das Licht von der Lampe 301 durch die öffnung 304 des kreisförmigen Reflektors 102 nach einer Reflektion durch den elliptischen Reflektor 302 oder zwei Reflektionen durch den kreisförmigen Reflektor 102 und den elliptischen Reflektor 302 aus. Das austretende Licht wird als divergentes Licht ausgesendet, das innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs um die optische Achse P divergiert, und wird in einen parallelen Lichtstrahl durch eine konvexe Linse 405 zum Beleuchten der Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 umgewandelt.
Das beleuchtende Licht tritt zunächst durch die Polarisationsplatte 306, wodurch eine der beiden linear polarisierten Lichtkomponenten, die in dem parallelen Licht enthalten sind, zur Beleuchtung auf die Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 herausgenommen wird.
Bei Bestrahlung der Flüssigkeitskristallvorrichtung 307 mit dem beleuchtenden Licht treten aus der Vorrichtung 306 gemäß dem Bildsignal modulierte und nicht modulierte Lichtstrahlen aus.
Die aus der Vorrichtung 307 austretenden Lichtstrahlen treten in die Polarisationsplatte 308 ein, die aus den modulierten und nicht modulierten Lichtstrahlen denjenigen überträgt, der das Bild wiedergibt. Der Bildlichtstrahl, der durch die Polarisationsplatte 308 übertragen wird, wird durch die Projektionslinse 309 auf eine nicht gezeigte Bildwand projiziert.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel setzt die konvexe Linse 405 zum Umwandeln des divergenten Lichtstrahls von dem optischen Beleuchtungssystem 300 in einen parallelen (kollimierten) Lichtstrahl ein. Allgemein kann jedoch die Rate der Lichtausnutzung durch die Verwendung der Köhler'schen Beleuchtung, die auf die Pupille der Projektionslinse 309 fokussiert ist, verbessert werden, wobei die Brechkraft der konvexen Linse 405 derart reguliert werden kann, daß ein derartiger Beleuchtungszustand erzielt wird. Die konvexe Linse kann auch durch eine Fresnellinse mit einer ähnlichen Brechkraft ersetzt werden.
Natürlich kann das optische Beleuchtungssystem 300 so aufgebaut sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Vorstehend wurde ein Anzeigegerät für ein monochromatisches Bild oder ein Farbbild erläutert, das mit einer Flüssigkeitskristallvorrichtung als einer Bilderzeugungseinrichtung ausgestattet ist. Dasselbe Konzept ist auch auf ein Farbbildanzeigegerät anwendbar, das mit drei Flüssigkeitskristallvorrichtungen zum Ausbilden von jeweiligen Bildern in rot, grün und blau ausgestattet ist.
Ein derartiger Farbbildprojektor wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird weißes divergentes Licht, das von dem optischen Beleuchtungssystem 400 ausgesendet wird, welches dem in Fig. 3 gezeigten ähnlich ist, in einen parallelen Lichtstrahl durch eine konvexe Linse 405 umgewandelt, weiter in ein polarisiertes Licht mit einer ausgerichteten Polarisationsrichtung durch ein Polarisationskonvertermodul 405 umgewandelt, wobei das derart erhaltene polarisierte Licht in drei Lichtstrahlen der Farben rot (R), grün (G) und blau (B) mittels eines ersten und zweiten dichroitischen Spiegels 407, 408, einer λ/2-Platte 409 und einem Totalreflektionsspiegel 410 aufgeteilt wird. Die so erhaltenen Lichtstrahlen der Farben R, G und B bestrahlen jeweils eine erste bis dritte Flüssigkeitskristallvorrichtung (LCD's) 411, 412, 413, wobei die durch die LCD's übertragenen Bildlichtstrahlen mittels eines dritten dichroitischen Spiegels 416 und eines Polarisationsstrahlteilers 414, 415 überlagert werden. Die überlagerten Lichtstrahlen werden auf eine nicht gezeigte Bildwand durch eine Projektionslinse 417 projiziert.
Wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das optische Beleuchtungssystem 400 mit einer Lichtquellenlampe 401 auf einem ersten Brennpunkt 04 eines elliptischen Reflektors 402 vorgesehen, der zu der optischen Achse rotationssymmetrisch ist. Auf der austretenden optischen Bahn ist ein kreisförmiger Reflektor 102 vorgesehen, der eine Reflektionsfläche hat, die aus einem Teil einer sphärischen Fläche besteht, deren Radius gleich dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Brennpunkt O&sub4;, O'&sub4; des elliptischen Reflektors ist, und der eine Öffnung 404 an der mittigen Position der Reflektionsfläche hat. Der kreisförmige Reflektor ist symmetrisch zu der optischen Achse positioniert, wobei die Öffnung 404 auf dem zweiten Brennpunkt O'&sub4; ist.
Da das durch die Öffnung 404 des kreisförmigen Reflektors 102 des optischen Beleuchtungssystems 404 austretende Licht in einem vorbestimmten Winkelbereich divergiert, ist die konvexe Linse 405 zum Umwandeln des divergenten Lichts in einem parallelen Lichtstrahl zum Beleuchten der Flüssigkeitskristallvorrichtungen 411, 412, 413 vorgesehen.
Das Polarisationskonvertermodul 406 kann äquivalent zu dem in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 61-90584 oder Nr. 63-197913 offenbarten Modul sein und ist derart gestaltet, daß bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Polarisationsebene des austretenden Lichts ein P-polarisiertes Licht ist, das zu dem ersten dichroitischen Spiegel 407 gerichtet ist.
Die LCD's 411, 412, 413 sind in einer selben transparenten Art mit einer selben Form zum jeweiligen Ausbilden von roten, grünen und blauen Bildern und dienen dazu, das beleuchtende Licht für jeden Pixel durch Hauptfarbbildsignale zu modulieren, die jeweils den Bildern entsprechen. Die Modulation wird beispielsweise durch Drehen der Polarisationsebene des austretenden Lichts um 900 bezüglich der des einfallenden Lichts erreicht.
Der erste dichroitische Spiegel 407 überträgt das Licht in den Farben G und B aber reflektiert das Licht in der Farbe R, während der zweite dichroitische Spiegel 408 das Licht in der Farbe B überträgt, aber das Licht in den Farben R und G reflektiert, wobei der dritte dichroitische Spiegel 416 das Licht in den Farben R und G überträgt, aber das Licht in der Farbe B reflektiert.
Im folgenden wird die Funktion des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Das optische Beleuchtungssystem 400 sendet ein Licht aus, das in einem vorbestimmten Winkelbereich divergiert und in einen parallelen Lichtstrahl die konvexe Linse 405 umgewandelt wird. Der parallele Lichtstrahl wird durch das Polarisationskonvertermodul 406 in ein P-polarisiertes Licht PW umgewandelt wird, das durch den ersten dichroitischen Spiegel 407 auf eine reflektierte R-Komponente PR und übertragene G- und B-Kornponenten (PG + PB) einfallend ist. Die durch den ersten dichroitischen Spiegel 407 reflektierte R-Komponente PR tritt in die λ/2-Platte 409 ein, während sich die übertragenen Komponenten (PG + PB) zu dem zweiten dichroitischen Spiegel 408 ausbreiten, in dem die Komponenten in eine reflektierte G-Kornponente PG und eine übertragene B-Komponente PB aufgeteilt werden. Die reflektierte G-Komponente PG beleuchtet die zweite LCD 412 für ein grünes Bild, während die übertragene B-Komponente PB die dritte LCD 413 für ein blaues Bild beleuchtet.
Andererseits wird die durch den ersten dichroitischen Spiegel 407 reflektierte R-Komponente PR durch die λ/2-Platte 409 in eine S-polarisierte R-Komponente SR durch eine Drehung der Polarisationsebene um 90º umgewandelt. Die R-Kornponente wird dann durch den Totalreflektionsspiegel 410 reflektiert und beleuchtet die erste LCD 411 für ein rotes Bild. Die erste LCD 411 dreht die Polarisationsrichtung um 90º der R-Komponente SR in Pixeln, die dem Lichtbereich des Vorlagenfarbbildsignals entsprechen, um die R-Komponente SR in eine P-polarisierte R- Lichtstrahlkomponente PR umzuwandeln, aber sie überträgt die S- polarisierte R-Lichtstrahlkomponente SR ohne eine derartige Drehung der Polarisationsrichtung in den Pixeln, die dem dunklen Bereich des Farbbildsignals entsprechen. Die austretenden R- Komponenten PR und SR werden auf den Strahlteiler 414 gerichtet, in dem die R-Komponente PR übertragen wird, während die R- Komponente SR durch den Strahlteiler 414 reflektiert wird und aus der optischen Projektionsbahn abgezweigt wird. Folglich dient der Strahlteiler 414 als ein Analysator für die erste LCD 411, die daher keine als einen Analysator dienende Polarisationsplatte hat, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Weiterhin dreht die zweite LCD 412 für das grüne Bild, die durch den G-Komponentenlichtstrahl PG beleuchtet wird, der durch den zweiten dichroitischen Spiegel 408 reflektiert wird, die Polarisationsrichtung der G-Komponente PG durch die Pixel, die im Lichtbereich des Vorlagenfarbbildsignals entsprechen, um 90º, so daß eine S-polarisierte G-Komponente SG erhalten wird. Sie überträgt aber die P-polarisierte G-Komponente PG ohne eine derartige Drehung der Polarisationsrichtung durch die Pixel, die dem dunklen Bereich des Bildsignals entsprechen. Die austretenden G-Komponenten SG und PG werden zu dem Strahlteiler 414 gerichtet, in dem die G-Komponente PG durch den Strahlteiler 415 übertragen wird und aus der optischen Projektionsbahn abgelenkt wird. Die andere G-Komponente SG wird durch den Strahlteiler 414 reflektiert, dann mit der R-Komponente PR, die aus der ersten LCD 411 austritt und durch den ersten Strahlteiler 414 übertragen wird, überlagert und als eine Lichtkomponente (PR + SG) ausgesendet. Somit dient der Strahlteiler 414 auch als der Analysator für die zweite LCD 412 und verwirklicht auch die Überlagerung der R-Komponente PR und der G-Komponente SG Daher braucht die zweite LCD 412 keine als einen Analysator dienende Polarisationsplatte in ähnlicher Weise wie bei der ersten LCD 411.
Andererseits dreht die dritte LCD 413 für ein blaues Bild, die durch die B-Lichtstrahlkomponente PB beleuchtet wird, die durch den zweiten dichroitischen Spiegel 408 übertragen wird, die Polarisationsrichtung der B-Komponente PB in den Pixeln um 90º, die dem Lichtbereich des Vorlagenfarbbildsignals entsprechen, so daß eine S-polarisierte B-Komponente SB erhalten wird. Sie überträgt aber die P-polarisierte B-Komponente PB ohne derartige Drehung der Polarisationsrichtung in den Pixeln, die den dunklen Bereich entsprechen, in derselben Weise wie bei der zweiten LCD 412.
Die B-Komponenten PB und SB, die aus der dritten LCD 413 austreten, werden dann zu dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 415 gerichtet und darin in die reflektierte B-Komponente SB und die übertragene B-Komponente PB aufgeteilt. Die reflektierte B- Komponente SB wird auf den dritten dichroitischen Spiegel 416 gerichtet, während die übertragene B-Komponente PB aus der optischen Projektionsbahn abgelenkt wird. Somit dient der Strahlteiler 415 als der Analysator für die dritte LCD 413 in derselben Weise wie der Strahlteiler 414, wobei daher die dritte LCD 413 keine als ein Analysator dienende Polarisationsplatte in derselben Weise wie bei der ersten und zweiten LCD 411, 412 braucht. Weiterhin kann eine andere Polarisationsplatte vorgesehen sein, um das Polarisationsverhältnis jeder LCD zu erhöhen.
Die durch den Strahlteiler 415 reflektierte B-Komponente SB wird weiter durch den dritten dichroitischen Spiegel 416 reflektiert und mit den Lichtkomponenten (PR + SG) von dem Strahlteiler 414 überlagert, um ein Überlagerungslicht (SB + SG + PR) vorzusehen, welches auf die nicht wiedergegebene Bildwand durch die Projektionslinse 417 projiziert wird.
Der Projektor dieses Ausführungsbeispiels kann das dem dunklen Bereich des Bilds entsprechende Licht aus der optischen Projektionsbahn freigeben und hat daher nahezu keinen Temperaturanstieg der LCD's, weil sie keinen als Analysator dienenden Polarisationsfilter haben. Weiterhin ist das optische System zwischen der Projektionslinse und den LCD's nicht kompliziert, weil der als der Analysator dienende Strahlteiler (414 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) auch die Überlagerung der Lichtkomponenten bewirkt.
Bei dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel des in Fig. 5 gezeigten Projektors können die als ein Polarisator und ein Analysator eingesetzten Polarisationsplatten auch durch Polarisationsstrahlteiler ersetzt werden, wie es in Fig. 6 der Fall ist. Da in diesem Fall die unnötigen Lichtkomponenten, wie beispielsweise die andere linear polarisierte Lichtkomponente, die nicht zur Beleuchtung der Flüssigkeitskristallvorrichtung genutzt wird, und die Lichtkornponenten, die sich von denjenigen unterscheiden, die die aus der Flüssigkeitskristallvorrichtung austretende Bildlichtstrahlen sind, aus der optischen Projektionsbahn abgelenkt werden, können somit die aus der Bestrahlung der optischen Elemente durch die unnötigen Lichtkomponenten folgenden Temperaturerhöhungen unterdrückt werden.
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems, bei dem eine Punktlichtquellenlampe 101 auf einem Brennpunkt O&sub1; eines parabolischen Reflektors 2 positioniert ist, der zu der optischen Achse P rotationssymmetrisch ist, wobei erste und zweite ebene Spiegel 104A, 104B, die einen ebenen Austrittslichtreflektionsspiegel bilden, in der optischen Bahn des durch den parabolischen Reflektors 2 austretenden Lichts senkrecht zu der optischen Achse P der Bahn vorgesehen sind.
Die Lampe 101 ist beispielsweise durch eine Metallhalogenidlampe oder dergleichen mit einer transparenten Glaswand gebildet.
Da der parabolische Reflektor 2 zu der optischen Achse P rotationssymmetrisch ist, wie vorstehend erläutert ist, wird das von der Lampe 101 ausgesendete und durch den parabolischen Reflektor 2 reflektierte Licht in einen parallelen Lichtstrahl geformt, der einen kreisförmigen Beleuchtungsbereich auf einer zu der optischen Achse B senkrechten Ebene hat.
Der zweite und erste ebene Spiegel 104B, 104A ist jeweils in L- Form und sie sind in dieser Reihenfolge an der Seite der Lichtquellenlampe 101 angeordnet, wodurch eine rechteckige Öffnung 103 definiert ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der aus der Lampe 101 erzeugte und durch den parabolischen Reflektor 2 reflektierte parallele Lichtstrahl durch die Öffnung 103 übertragen, wodurch der Beleuchtungsbereich zu einem rechteckigen Bereich, der der Form der Öffnung 103 entspricht, auf einer Ebene begrenzt ist, die zu der optischen Achse P senkrecht ist.
Die Bahn des von der Lampe 101 ausgesendeten Lichts wird im folgenden erläutert.
Ein von der Lampe 101 ausgesendeter Lichtstrahl P&sub1; wird an einem Punkt a&sub1; des parabolischen Reflektors 2 reflektiert und erreicht den ersten ebenen Spiegel 104A als ein zu der optischen Achse P paralleler Lichtstrahl. Auf dem ersten ebenen Spiegel 104A wird der Lichtstrahl P&sub1; an einem Punkt A&sub1; senkrecht reflektiert und kehrt zu der Lampe 101 auf derselben Bahn zurück. Da die Lampe 101 eine transparente äußere Wand hat, wie vorstehend erläutert ist, wird der Lichtstrahl P&sub1; durch sie übertragen, dann an einem Punkt b&sub1; des parabolischen Reflektors 2 reflektiert und tritt durch die Öffnung 103 aus.
Der vorstehend erwähnte Lichtstrahl P&sub1; ist der Lichtstahl, der von der Lampe 101 senkrecht zur optischen Achse P ausgesendet wird und entlang der Bahnen symmetrisch zur optischen Achse verläuft, wenn er durch den ersten ebenen Spiegel 104A oder durch den zweiten ebenen Spiegel 104B reflektiert wird. Wenn der Abstand LA zwischen dem Ende A&sub0; des ersten ebenen Spiegels 104A und der optischen Achse P und der Abstand LB zwischen dem Ende B des zweiten ebenen Spiegels 104B und der optischen Achse P jeweils kleiner als der Abstand La oder (Lb) zwischen dem Brennpunkt O&sub1; und dem Reflektionspunkt a&sub1; (oder b&sub1;) des parabolischen Reflektors 2 ist, kann der Lichtstrahl P&sub1; nicht aus der Öffnung 103 austreten.
In Fig. 7 kann die Reflektionsfläche des parabolischen Reflektors 2 wiedergegeben werden durch:
x = (Y²/4f) - f
wobei der Ursprungspunkt im Brennpunkt O&sub1; angenommen wird, die x- Achse sich entlang der optischen Achse P erstreckt, die y-Achse sich entlang der Strecke a&sub1; - b&sub1; erstreckt, die zu der optischen Achse P senkrecht ist, und wobei die Brennweite (O&sub1; - O&sub2;) als f bezeichnet wird. Die Ordinaten der vorstehend erwähnten Reflektionspunkte a&sub1;, b&sub1; sind wiedergegeben durch a&sub1; = (0, 2f) und b&sub1; = (0, -2f), wobei von dem gesamten, in dem Reflektionsbereich reflektierten Licht, der die Punkte a&sub1;, b&sub1; umfaßt, angenommen wird, daß es durch die Öffnung 103 austritt, wenn zumindest eine der Strecken La oder Lb die Bedingung erfüllt:
La (oder Lb) = 2 f
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllen die Stecke Lb und die Strecke LB zwischen dem Ende B&sub0; des zweiten ebenen Spiegels 104B und der optischen Achse P die vorstehend erwähnte Bedingung.
Andererseits wird ein Lichtstrahl P&sub2;, nachdem er von der Lampe 101 ausgesendet worden ist, an einem Punkt a&sub2; des parabolischen Reflektors 102 reflektiert und zu dem ersten ebenen Spiegel 104A gerichtet. Da in diesem Fall der Abstand zwischen der optischen Achse P und dem Reflektionspunkt a&sub2; länger als der Abstand zwischen dem vorstehend erwähnten Reflektionspunkt a&sub1; und der optischen Achse P ist, wird der Lichtstrahl P&sub2; an einem Punkt A&sub2; des ersten ebenen Spiegels 104A reflektiert und kehrt zu der Lampe 101 auf derselben Bahn zurück. Anschließend wird der Lichtstrahl durch die Lampe 101 übertragen, an einem Punkt b&sub2; des parabolischen Reflektors 2 reflektiert und zu dem zweiten ebenen Spiegel 104B gerichtet. Da der Abstand zwischen dem Reflektionspunkt b&sub2; und der optischen Achse P kleiner als der Abstand zwischen dem vorstehend erwähnten Punkt b&sub1; und der optischen Achse P ist, schneidet der zweite ebene Spiegel 104B die Bahn des Lichtstrahls P&sub2; nicht, sondern dieser tritt durch die Öffnung 103 aus.
Auch der Lichtstrahl P&sub3; verläuft in einer ähnlichen Weise. Nachdem er von der Lampe 101 ausgesendet worden ist, verläuft er durch eine Bahn entlang des parabolischen Reflektors (Reflektionspunkt b&sub3;), den zweiten flachen Spiegel 104B (Reflektionspunkt B&sub1;), den parabolischen Reflektor 2 (Reflektionspunkt b&sub3;), die Lampe 101 und den parabolischen Reflektor 2 (Reflektionspunkt a&sub3;). Er tritt dann durch Öffnung 103 aus.
Folglich hat der beleuchtende Lichtstrahl, der durch die Öffnung 103 austritt, eine rechteckige Beleuchtungsfläche auf einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse P, obwohl der Reflektor rotationssymmetrisch ist.
Fig. 9 ist eine Querschnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystem ist eine Punktlichtquellenlampe 301, wie beispielsweise eine Metallhalogenidlampe, auf einem ersten Brennpunkt O&sub1; von zwei Brennpunkten eines elliptischen Reflektors 302 positioniert, der bezüglich der optischen Achse P rotationssymmetrisch ist. Auf der optischen Bahn des von der Lichtquellenlampe 301 ausgesendeten und durch den elliptischen Reflektor 302 reflektierten Lichts ist zwischen der Lampe 301 und dem zweiten Brennpunkt O&sub2; auch eine konkave Linse 305 zum Umwandeln des austretenden Lichts in einen parallelen Lichtstrahl vorgesehen. Weiterhin ist ein ebener Spiegel 303 mit einer Öffnung 304 senkrecht zu der optischen Achse P in der optischen Bahn des von der konkaven Linse 305 austretenden Lichtstrahls vorgesehen.
Die Öffnung 304 des ebenen Spiegels 303 hat eine dem beleuchteten Bereich entsprechende Form, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der ebene Spiegel 303 so positioniert ist, daß die Mitte der Öffnung 304 mit der optischen Achse P zusammenfällt.
Im folgenden werden die Bahnen des austretenden Lichts erläutert.
Ein von der Lampe 301 senkrecht zu der optischen Achse P ausgesendeter Lichtstrahl P&sub1; wird an einem Punkt a&sub1; des elliptischen Reflektors 302 reflektiert und dann parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 305 verschoben. Da der Abstand zwischen dem Lichtstrahl P&sub1; und der optischen Achse P kleiner als der Abstand zwischen der optischen Achse P und dem Ende A&sub0; der Öffnung 304 ist, tritt der Lichtstrahl P&sub1; durch die Öffnung 304 des ebenen Spiegels 303 aus.
Ein Lichtstrahl P&sub2; wird in ähnlicher Weise an einem Punkt a&sub2; des elliptischen Reflektors 302 reflektiert und parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 305 verschoben. Da der Abstand zwischen dem parallelen Lichtstrahl P&sub2; und der optischen Achse P kleiner als bei dem vorstehend erwähnten Lichtstrahl P&sub1; ist, tritt der Lichtstrahl P&sub2; in ähnlicher Weise wie beim Fall des Lichtstrahls P&sub1; durch die Öffnung 304 aus.
Ein Lichtstrahl P&sub3;, nachdem er von der Lampe 301 ausgesendet worden ist, wird in ähnlicher Weise an einem Punkt a&sub3; näher an dem Rand des elliptischen Reflektors 302 reflektiert und parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 305 verschoben. Er tritt jedoch in den ebenen Spiegel 303 ein, da der Abstand zwischen dem Lichtstrahl P&sub3; und der optischen Achse P größer als der zwischen der optischen Achse P und dem Ende A&sub0; der Öffnung 304 ist. Der Lichtstrahl P&sub3; wird an einem Punkt A&sub1; des ebenen Spiegels 303 reflektiert und kehrt zu der Lampe 301 über dieselbe Bahn (Reflektionspunkt A&sub1; - konkave Linse 305 - Reflektionspunkt a&sub3;) zurück. Er wird dann durch die Lampe 301 übertragen, an einem Punkt b&sub1; des elliptischen Reflektors 302 reflektiert und tritt erneut in die konkave Linse 305 ein. Der Lichtstrahl P&sub3; wird somit wieder parallel zu der optischen Achse P verschoben, weil aber der Abstand zu der optischen Achse P kleiner als der Abstand zwischen der optischen Achse P und dem Ende A&sub0; der Öffnung 304 ist, tritt er durch die Öffnung 304 des ebenen Spiegels 303 aus.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der ebene Spiegel 303 auf dem zweiten Brennpunkt 02 positioniert. Er kann jedoch an jeder Position vorgesehen sein, nach der das austretende Licht in den parallelen Lichtstrahl umgewandelt ist, nämlich hinter der konkaven Linse 305. Der ebene Spiegel 303 kann in Kontakt mit der konkaven Linse 304 mit dem Zweck einer Kompaktisierung positioniert sein. Zur weiteren Kompaktisierung kann die konkave Linse 305 mit einem vergrößerten Durchmesser in Kontakt mit dem elliptischen Reflektor 302 positioniert sein. Durch Positionieren des ebenen Spiegels 303 zwischen der konkaven Linse 305 und dem Reflektor 302 und durch axiales Bewegen des ebenen Spiegels 303 kann auch die Größe des beleuchteten Bereich verändert werden.
Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems unter Bezug auf Fig. 10 erläutert.
Bei dem vorangehenden, in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine konkave Linse zwischen dem zweiten und ersten Brennpunkt zum Umwandeln des austretenden Lichts in einen parallelen Lichtstrahl positioniert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine konvexe Linse 405 an einer zur Lampe entgegengesetzten Seite des zweiten Brennpunkts O&sub2; zur Umwandlung des austretenden Lichts in einen parallelen Lichtstrahl vorgesehen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Lichtquellenlarnpe 401 auf einem ersten Brennpunkt O&sub1; eines elliptischen Reflektors 402 wie bei dem vorangehenden, in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel positioniert. Wie vorstehend erläutert ist, ist eine konvexe Linse 405 in der optischen Bahn des austretenden Lichts an einer der Lampe 401 entgegengesetzten Seite des zweiten Brennpunkts O&sub2; zum Umwandeln des austretenden Lichts in einem parallelen Lichtstrahl positioniert. An einer der Lampe entgegengesetzten Fläche der konvexen Linse 405 ist ein ebener Spiegel 403 festgemacht, der eine Öffnung 404 mit einer Form hat, die dem beleuchteten Bereich entspricht.
Im folgenden wird die optische Bahn des austretenden Lichts erläutert.
Ein Lichtstrahl P&sub1;, der von der Lampe 401 senkrecht zu der optischen Achse P ausgesendet wird, wird an einem Punkt a&sub1; des elliptischen Reflektors 402 reflektiert und konvergiert auf dem zweiten Brennpunkt O&sub2;. Nachfolgend tritt der Lichtstrahl P&sub1; in die konkave Linse 405 divergent ein und wir in einen zu der optischen Achse P parallelen Lichtstrahl verschoben. Da der Abstand zwischen dem Lichtstrahl P&sub1; und der optischen Achse P kleiner als der zwischen der optischen Achse P und dem Ende B der Öffnung 404 ist, tritt der Lichtstrahl P&sub1; durch die Öffnung 404 aus.
Ein Lichtstrahl P&sub2; wird auch in ähnlicher Weise durch den elliptischen Reflektor 402 (Reflektionspunkt a&sub2;) reflektiert, konvergiert dann auf den zweiten Brennpunkt O&sub2; und wird parallel zu der optischen Achse P durch die konvexe Linse 405 verschoben. Da der Abstand des Lichtstrahls P&sub2; zu der optischen Achse P&sub1; kleiner als in dem Fall des vorstehend erwähnten Lichtstrahls P&sub1; ist, tritt der Lichtstrahl P&sub2; durch die Öffnung 404 aus.
Ein Lichtstrahl P&sub3; wird auch durch den elliptischen Reflektor 402 (Reflektionspunkt a&sub3;) reflektiert, konvergiert dann auf den zweiten Brennpunkt 02 und wird parallel zu der optischen Achse P durch die konvexe Linse 405 verschoben. Da der Abstand des Lichtstrahls P&sub3; zu der optischen Achse P größer als der zwischen der optischen Achse P und dem Ende B&sub0; der Öffnung 404 ist, wird der Lichtstrahl P&sub3; an einem Punkt B&sub1; des ebenen Spiegels 403 reflektiert und kehrt zu der Lampe 401 durch dieselbe optische Bahn (Reflektionspunkt B&sub1; - konvexe Linse 405 - zweiter Brennpunkt O&sub2; - Reflektionspunkt a&sub3;) zurück. Der Lichtstrahl P&sub3; wird dann durch die Lampe 401 übertragen, an einem Punkt b&sub1; des elliptischen Reflektors 402 reflektiert, er konvergiert dann wieder auf den zweiten Brennpunkt O&sub2; und wird parallel zu der optischen Achse P verschoben. Da in diesem Zustand der Abstand des Lichtstrahls P&sub3; zu der optischen Achse P kleiner als der Abstand zwischen der optischen Achse P und dem Ende A&sub0; der Öffnung 404 ist, tritt der Lichtstrahl P&sub3; durch die Öffnung 404 aus.
Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystems unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Licht von einer an dem ersten Brennpunkt O&sub1; positionierten Lichtquellenlampe 501 ausgesendet, dann durch einen elliptischen Reflektor 502 reflektiert, somit auf den zweiten Brennpunkt O&sub2; konvergiert und er wird dann in einen parallelen Lichtstrahl durch eine konkave Linse 505 wie bei dem vorangehenden, in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel umgewandelt, wobei aber ein erster und zweiter ebener Spiegel 503A, 503B zur Ausbildung einer zu der vorstehend erläuterten Öffnung ähnlichen Öffnung 504 in der optischen Bahn des von der konkaven Linse 505 austretenden parallelen Lichtstrahls vorgesehen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl der erste als auch der zweite ebene Spiegel 503A, 503B L-förrnig und in dieser Reihenfolge von der Seite der Lampe 501 positioniert. Der erste und zweite ebene Spiegel 503A, 503B bilden in Kombination eine Öffnung 504 mit einer der beleuchteten Fläche entsprechenden Form in einer ähnlichen Weise wie der erste und zweite Spiegel 104A, 104B (siehe Fig. 8), die bei dem vorangehenden, in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel eingesetzt sind.
Im folgenden werden die optischen Bahnen des austretenden Lichts bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutert.
Ein Lichtstrahl P&sub1;, der von der Lampe 501 senkrecht zu der optischen Achse P ausgesendet wird, wird durch den elliptischen Reflektor 502 (Reflektionspunkt a&sub1;) reflektiert, wird dann parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 505 verschoben und tritt durch die Öffnung 504 aus.
Ein Lichtstrahl P&sub2; wird in ähnlicher Weise durch den elliptischen Reflektor 502 (Reflektionspunkt a&sub2;) reflektiert, dann parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 505 verschoben und tritt durch die Öffnung 504 aus.
Ein Lichtstrahl P&sub3; hat, wenn er parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 505 verschoben ist, einen größeren Abstand zu der optischen Achse P als der Abstand zwischen der optischen Achse P und dem Ende A&sub0; der Öffnung 504. Der Lichtstrahl P&sub3; wird daher durch den ersten ebenen Spiegel 503A (Reflektionspunkt A&sub1;) reflektiert und kehrt zu der Lampe 501 über dieselbe Bahn (Reflektionspunkt A&sub1; - konkave Linse 505 - Reflektionspunkt a&sub3;) zurück. Nachfolgend wird der Lichtstrahl P&sub3; durch die Lampe 501 übertragen, dann durch den elliptischen Reflektor 502 (Reflektionspunkt b&sub1;) reflektiert und er wird parallel zu der optischen Achse P durch die konkave Linse 505 wieder verschoben. Da der Abstand des Lichtstrahls P&sub3; zu der optischen Achse P kleiner als der Abstand zwischen der optischen Achse P und dem Ende B&sub0; der Öffnung 504 ist, tritt der Lichtstrahl P&sub3; durch die Öffnung 504 aus.
In den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist der beleuchtete Bereich des von dem optischen Beleuchtungssystems austretenden Lichts durch die Öffnung bestimmt, die in dem ebenen Spiegel ausgebildet ist, der senkrecht zu der optischen Achse P positioniert ist. Folglich ist es durch Ausbilden der Öffnung entsprechend dem durch das optische System zu beleuchtenden Bereich möglich gemacht, nur den Bereich zu beleuchten und das Licht erneut auszunutzen, das außerhalb des Bereich gerichtet ist, wodurch der Verlust an Licht bemerkenswert verringert wird und die Rate der Ausnutzung des Lichts verbessert wird.
Bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist auch eine rechteckige Öffnung durch eine oder zwei ebene Spiegel definiert, wobei aber eine derartige Konfiguration nicht beschränkend ist und eine große Anzahl ebener Spiegel beispielsweise zur Definition einer Öffnung eingesetzt werden kann, die einem kreisförmigen oder polygonalen beleuchteten Bereich entspricht. Beispielsweise kann eine Konfiguration eingesetzt werden, die ähnlich den Lamellen einer Blende ist, die bei Kameras eingesetzt wird. Die Öffnung der Lamellen kann geeignet reguliert werden.
Für den Fall, daß die Öffnung durch mehrere ebene Spiegel definiert ist, kann eine geeignete Antriebseinrichtung vorgesehen sein, um die ebenen Spiegel jeweils zu bewegen, so daß eine willkürliche Größe der Öffnung erhalten werden kann.
Die bei den vorherigen Ausführungsbeispielen eingesetzte Lichtquellenlampe kann mit einer diffusen Glaswand, wie beispielsweise einer trüben Glaswand, anstelle der transparenten Glaswand versehen sein. Bei einer derartigen Lampe mit einer diffusen Wand wird das in die Lampe eintretende Licht dreidimensional durch die Wand diffundiert, wobei das derart diffundierte Licht das Licht einer Nebenlichtquelle bildet und wobei die Bahn des derart diffundierten Lichts in derselben Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen angesehen werden kann.
Es kann auch eine stabförmige Lampe anstelle der punktförmigen Lampe eingesetzt werden, wobei in einem derartigen Fall jeder Reflektor in einer röhrenartigen Weise aufgebaut sein kann.
Der parabolische oder elliptische Reflektor kann kostengünstig durch einen Metallaufbau, wie beispielsweise gepreßtes Aluminium, vorgesehen sein, aber für eine höhere Reflektivität kann ein dünner Metallfilm oder ein Aluminiumüberzug eingesetzt werden. Zur Wärmedissipation können die Reflektoren auch aus Kaltspiegeln aufgebaut sein.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Projektors erläutert.
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektors.
Der erfindungsgemäße Projektor ist mit einem optischen Beleuchtungssystem, das sich, wie in Fig. 7 gezeigt ist, aus einer Lichtquellenlampe 101, einem parabolischen Reflektor 2, einem ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B zusammensetzt, und mit einer durchlässigen Flüssigkeitskristallvorrichtung 601 versehen, die eine Bilderzeugungseinrichtung bildet, welche durch das Licht von dem optischen Beleuchtungssystem zu bestrahlen ist und welche das bildtragende Licht aussenden soll, wobei das bildtragende, von der Flüssigkeitskristallvorrichtung 601 ausgesendete Licht in einer vergrößerten Weise durch eine nicht wiedergegebene Projektionslinse projiziert wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die durch den ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B definierte Öffnung 103 derart ausgebildet, daß sie dem zu beleuchtenden Bereich der Flüssigkeitskristallvorrichtung 601 entspricht.
Das von der Lampe 101 des optischen Beleuchtungssystems ausgesendete Licht wird durch den parabolischen Reflektor 2 reflektiert, um einen parallelen Lichtstrahl auszubilden, der den ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B in einem kreisförmigen Beleuchtungsbereich 600 bestrahlt. Von dem auf den ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B fallenden Licht beleuchtet das durch die Öffnung 103 hindurchtretende Licht die Flüssigkeitskristallvorrichtung 601 in einem beleuchteten Bereich, der dem zu beleuchteten Bereich der Vorrichtung 601 entspricht.
Andererseits wird der nicht durch die Öffnung 103 hindurchtretende Lichtstrahl durch den ersten oder zweiten ebenen Spiegel 104A oder 104B reflektiert, kehrt somit zu der Lampe über dieselbe Bahn zurück und wird erneut durch den parabolischen Reflektor 2 in Richtung zu dem ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B reflektiert. Da die optische Bahn näher an der optischen Achse P als in dem vorherigen Zeitpunkt ist, bei dem das Licht darin fehlgelaufen ist, durch die Öffnung 103 hindurch zu treten, tritt das zu dem ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B gerichtete Licht durch die Öffnung 103 zu diesem Zeitpunkt hindurch, wodurch die Flüssigkeitskristallvorrichtung 601 beleuchtet wird.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Projektors zeigt.
Der Projektor des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist mit einem optischen Beleuchtungssystem, das sich, wie in Fig. 9 gezeigt ist, aus einer Lichtquellenlampe 301, einem elliptischen Reflektor 302 und einem ebenen Spiegel 303 mit einer Öffnung 304 zusammensetzt, und einer durchlässigen Flüssigkeitskristallvorrichtung 701 versehen, die die Bilderzeugungseinrichtung bildet, wobei das bildtragende, von der Flüssigkeitskristallvorrichtung 701 austretende Licht durch eine nicht wiedergegebene Projektionslinse projiziert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Öffnung 304 des ebenen Spiegels 303 eine Form, die dem zu beleuchtenden Bereich der Flüssigkeitskristallvorrichtung 701 entspricht.
Das von der Lampe 301 ausgesendete Licht wird durch den elliptischen Reflektor 302 reflektiert und wird durch die konkave Linse 305 in einem parallelen Lichtstrahl konvertiert, der den ebenen Spiegel 303 mit einem kreisförmigen Beleuchtungsbereich 700 bestrahlt. Von dem auf den ebenen Spiegel 303 fallenden Licht beleuchtet ein durch die Öffnung 304 tretender Abschnitt die Flüssigkeitskristallvorrichtung 701 in einem Beleuchtungsbereich, der dem zu beleuchtenden Bereich der Vorrichtung 701 entspricht.
Der verbleibende Abschnitt, der nicht durch die Öffnung 304 tritt, wird durch den ebenen Spiegel 303 reflektiert und kehrt zu der Lampe über dieselbe Bahn zurück. Er wird erneut durch den elliptischen Reflektor 302 reflektiert und zu dem ebenen Spiegel 303 gerichtet. Da die optische Bahn nun näher an der optischen Achse P ist, tritt das erneut in den ebenen Spiegel 303 eintretende Licht durch die Öffnung 304 und beleuchtet die Flüssigkeitskristallvorrichtung 701.
Bei den vorherigen Ausführungsbeispielen des Projektors ist der ebene Spiegel mit der vorstehend erwähnten Öffnung zwischen der Flüssigkeitskristallvorrichtung, die die Bilderzeugungseinrichtung bildet, und der Lichtquellenlampe positioniert, wobei eine ähnliche Wirkung durch Positionieren der Flüssigkeitskristallvorrichtung zwischen der Lichtquellenlampe und dem ebenen Spiegel erzielt werden kann.
Die vorherigen Ausführungsbeispiele zeigen ein monochromatisches Anzeigegerät, das mit einer Flüssigkeitskristallvorrichtung als der Bilderzeugungseinrichtung ausgestattet ist, aber ein ähnliches Konzept ist auf ein Farbbildanzeigegerät anwendbar, das mit drei Flüssigkeitskristallvorrichtungen ausgestattet ist, um jeweils rote, grüne und blaue Bilder zu bilden.
Im folgenden wird das vorstehend erwähnte Farbbildanzeigegerät unter Bezugnahme auf Fig. 14 erläutert, die ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Projektors darstellt.
Bei dem Projektor des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird das weiße Licht, das durch ein optisches Beleuchtungssystem 801 ähnlich dem in Fig. 7 gezeigten ausgesendet wird, in einem Polarisationskonvertermodul 802 in polarisiertes Licht einer ausgerichteten Polarisationsrichtung umgewandelt, das in Lichtstrahlen der Farben rot (R), grün (G) und blau (B) mittels eines ersten und zweiten dichroitischen Spiegels 803, 804, einer λ/2-Platte 807 und eines Totalreflektionsspiegels 808 aufgeteilt wird. Die derart aufgeteilten Lichtstrahlen der Farben R, G und B beleuchten jeweils eine erste bis dritte Flüssigkeitskristallvorrichtung (LCD) 809, 811, 805, wobei die durch die LCD's übertragenen und bildtragenden Lichtstrahlen der Farben R, G und B durch einen dritten dichroitischen Spiegel 812 und Polarisationsstrahlteiler 806, 810 überlagert werden und durch eine Projektionslinse 813 auf eine nicht wiedergegebene Bildwand projiziert werden.
Das optische Beleuchtungssystem 801 ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist, mit einer Lichtquellenlampe 101 auf einem Brennpunkt eines parabolischen Reflektors 2, der zu der optischen Achse rotationssymmetrisch ist, und einem ersten und zweiten ebenen Spiegel 104A, 104B in der optischen Austrittsbahn senkrecht zu seiner optischen Achse versehen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel definieren der erste und zweite ebene Spiegel 104A, 104B eine Öffnung 103, deren Form dem zu beleuchtenden Bereich der LCD's 809, 811, 805 entspricht, welche die zu beleuchtenden Objekte bilden.
Das Polarisationskonvertermodul 802 kann zu dem äquivalent sein, daß in den japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nr. 61-90584 und Nr. 63-197913 offenbart ist, wobei es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gestaltet ist, daß die Polarisationsrichtung des austretenden Lichts zu dem ersten dichroitischen Spiegel 803 P-polarisiert ist.
Die LCD's 809, 811, 805 sind in durchlässiger Bauart in derselben Form, um jeweils rote, grüne und blaue Bilder zu bilden, und dienen dazu, jeden Pixel gemäß jedem Vorlagenfarbbildsignal zu modulieren. Die Modulation wird durch Drehen der Polarisationsrichtung des austretenden Lichts um 900 bezüglich der des einfallenden Lichts erzielt.
Der erste dichroitische Spiegel 803 überträgt die Lichtstrahlen G und B, aber er reflektiert den Lichtstrahl R, während der zweite dichroitische Spiegel 804 das Licht B überträgt, aber die Lichtstrahlen R und G reflektiert, und wobei der dritte dichroitische Spiegel 812 die Lichtstrahlen R und G überträgt, aber den Lichtstrahl B reflektiert.
Im folgenden wird die Funktion des vorliegenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Das optische Beleuchtungssystem 801 sendet weißes Licht mit einem dem zu beleuchtenden Bereich der LCD's 809, 811 und 805 entsprechenden Beleuchtungsbereich aus, wobei das weiße Licht durch das Polarisationskonvertermodul 802 in P-polarisiertes weißes Licht PW umgewandelt wird, das in den ersten dichroitischen Spiegel 803 eintritt und in eine reflektierte R- Komponente PR und übertragene G- und B-Komponenten (PG + PB) aufgeteilt wird. Die R-Kornponente PR, die durch den ersten dichroitischen Spiegel 803 reflektiert wird, wird zu der λ/2- Platte 807 gerichtet, während die Komponenten (PG + PB), die durch den dichroitischen Spiegel 803 übertragen werden, zu dem zweiten dichroitischen Spiegel 804 gerichtet werden, in dem die Komponenten in einer reflektierte G-Komponente PG und eine übertragene B-Komponente PB auf geteilt werden. Die reflektierte G-Komponente PG beleuchtet die zweite LCD 811 für eine grüne Bilderzeugung, während die übertragende B-Komponente PB die dritte LCD 805 für eine blaue Bilderzeugung beleuchtet.
Andererseits wird die durch den ersten dichroitischen Spiegel 803 reflektierte R-Komponente durch die λ/2-Platte 807 übertragen, worauf die Polarisationsrichtung um 900 gedreht wird, um eine S-polarisierte R-Komponente SR zu erzeugen, die dann durch den Totalreflektionsspiegel 808 zum Beleuchten der ersten LCD 809 für eine rote Bilderzeugung reflektiert wird. Die erste LCD 809 dreht in den dem Lichtbereich des Vorlagenfarbbildsignals entsprechenden Pixeln die Polarisationsrichtung der R-Komponente SR, um eine P-polarisierte R-Komponente PR zu erhalten, aber in den einem dunklen Bereich entsprechenden Pixeln wird die S-polarisierte R-Kornponente SR ohne eine derartige Drehung der Polarisationsrichtung übertragen. Die R-Komponente PR und SR werden zu den Polarisationsstrahlteiler 810 gerichtet, in dem die R-Komponente PR übertragen wird, aber die andere R-Komponente SR reflektiert und aus der optischen Projektionsbahn abgelenkt wird. Somit dient der Polarisationsstrahlteiler 810 als der Analysator für die erste LCD 809, die daher keinen Polarisationsfilter benötigt, der als der Analysator dient.
Auch die zweite LCD 811 für die grüne Bilderzeugung, die durch die G-Komponente PG beleuchtet wird, welche durch den zweiten dichroitischen Spiegel 804 reflektiert wird, dreht die Polarisationsrichtung des G-Komponentenlichtstrahls PG um 90º in den Pixeln, die einem Lichtbereich des Vorlagenfarbbildsignals entsprechen, wodurch eine S-polarisierte G-Komponente SG erzeugt wird, aber sie überträgt die P-polarisierte G-Komponente PG ohne eine Drehung der Polarisationsrichtung in den Pixeln, die einem dunklen Bereich entsprechen. Die austretenden G-Komponenten SG und PG werden zu dem Polarisationsstrahlteiler 810 gerichtet, in dem die G-Komponente PG übertragen wird und aus der optischen Projektionsbahn abgelenkt wird, während die andere G-Komponente SG reflektiert und mit der von der ersten LCD 809 austretenden R- Komponente PR über lagert wird und durch den Strahlteiler 810 übertragen wird, wodurch eine Lichtkomponente (PR + SG) erzeugt wird. Somit dient der Strahlteiler 810 auch als ein Analysator für die zweite LCD 811 und bewirkt eine Überlagerung der R- Komponente PR und G-Komponente SG Folglich braucht auch die zweite LCD 811 wie die erste LCD 809 keinen Polarisationsfilter, der als der Analysator dient.
Die dritte LCD 805 zur blauen Bilderzeugung, die durch die B- Komponente PB beleuchtet wird, welche durch den zweiten dichroitischen Spiegel 804 übertragen wird, dreht wie die vorstehend erwähnte zweite LCD 811 die Polarisationsrichtung der B-Komponente PB um 90º in den Pixeln, die einem Lichtbereich des Vorlagenfarbbildsignals entsprechen, um eine s-polarisierte B- Komponente SB zu erzeugen, aber sie überträgt die P-polarisierte B-Komponente PB ohne eine derartige Drehung der Polarisationsrichtung in den Pixeln, die einem dunklen Bereich entsprechen.
Die B-Komponenten PB und SB, die aus der dritten LCD 805 austreten, werden zu dem Polarisationsstrahlteiler 806 gerichtet, in dem die Komponenten in die reflektierte B- Komponente SB und die übertragene B-Komponente P13 aufgeteilt werden. Die reflektierte Komponente SB wird zu dem dritten dichroitischen Spiegel 812 gerichtet, aber die übertragene B- Komponente PB wird aus der optischen Projektionsbahn abgelenkt. Somit dient der Strahlteiler 806 als der Analysator für die dritte LCD 805, die daher wie die erste und zweite LCD 809, 811 keinen Polarisationsfilter braucht, der als der Analysator dient.
Die in dem Strahlteiler 806 reflektierte B-Komponente SB wird weiter in dem dritten dichroitischen Spiegel 812 reflektiert und mit den von dem Strahlteiler 810 kommenden Lichtkomponenten (PR + SG) überlagert, wodurch ein überlagertes Licht (SD + SG + PR) geschaffen wird, das zu der nicht wiedergegebenen Bildwand zugeführt wird und durch die Projektionslinse 813 darauf projiziert wird.
Der Projektor des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat nahezu keinen Temperaturanstieg der LCD's, der aus der Lichtabsorption in den Polarisationsfiltern folgt, da das dem dunklen Bereich des Bilds entsprechende Licht aus der optischen Projektionsbahn freigegeben wird, so daß keine LCD den als den Analysator dienenden Polarisationsfilter hat. Auch das optische System zwischen der Projektionslinse und den LCD's ist nicht kompliziert, weil der als der Analysator dienende Strahlteiler (810 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) auch zur Farbüberlagerung dient.
Der Projektor des vorliegenden Ausführungsbeispiels setzt das optische Beleuchtungssystem ein, das mit dem parabolischen Reflektor 2 ausgestattet ist, aber ein optisches Beleuchtungssystem, das einen elliptischen Reflektor nutzt, kann in ähnlicher Weise eingesetzt werden.
Bei den vorherigen Ausführungsbeispielen des optischen Beleuchtungssystems und des Projektors ist die durch den ebenen Spiegel oder die ebenen Spiegel definierte Öffnung vorzugsweise gleich dem zu beleuchtenden Bereich ausgebildet, wenn der lichtaussendende Teil der Lichtquellenlampe eine vollständige Punktlichtquelle bildet, aber in der Praxis kann die Öffnung und der zu beleuchtende Bereich einen geringen Unterschied in der Form haben, da der beleuchtende Lichtstrahl aufgrund einer bestimmten begrenzten Größe des lichtaussendenden Teils nicht vollständig parallel ist. Es ist daher möglich, den Wirkungsgrad der Lichtausnutzung weiter zu verbessern, indem die Öffnung entsprechend dem zu beleuchtenden Bereich unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Faktoren gebildet wird.
Dieselben Wirkungen können in den vorherigen Ausführungsbeispielen auch erzielt werden, indem der ebene Spiegel durch eine Tripelspiegelanordnung (Corner-Cube-Feld) ersetzt wird.
Fig. 15 zeigt ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, wobei eine Lichtquelle 1; ein parabolischer Reflektor 2; ein sphärischer Reflektor 3, der einen Nebenreflektor bildet; ein zu beleuchtendes Objekt 4, das bei den vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Flüssigkeitskristalllichtventil (LCD) ist; und Lichtstrahlen L1 - L6 gezeigt sind.
Die Lichtquelle 1 ist an dem Brennpunkt des Reflektors 2 positioniert. Der sphärische Reflektor 3 ist derart positioniert, daß sein Krümmungsmittelpunkt an der Lichtquelle 1 ist. Er hat auf der Seite der Lichtquelle 1 eine Spiegelfläche Der Rand 3' des Reflektors 3 ist durch die Lichtstrahlen L5, L6 definiert, die den Randteil 4' der LCD 4 erreichen. Der Reflektor 3 reflektiert im wesentlichen senkrecht das direkt ohne Reflektion durch den Reflektor 2 austretende Licht, wie beispielsweise den Lichtstrahl L1, und das Licht, das durch den Reflektor 2 reflektiert wird und nach vorne austritt, aber aus dem zu beleuchtenden Bereich der LCD 4 herausfällt, wie beispielsweise einen Lichtstrahl L2, wodurch derartige Lichtstrahlen auf die Lichtquelle 1 konzentriert werden. Diese Lichtstrahlen verhalten sich, als würden sie direkt von der Lichtquelle 1 ausgesendet und durch den Reflektor 2 reflektiert, wodurch die LCD 4 beleuchtet wird.
Ein Bodenabschnitt 2' des Reflektors 2 wird gewöhnlich zum Befestigen eines Stützelements 1' für die Lichtquelle 1 verwendet und dient nicht als der Reflektor. Das sich von der Lichtquelle 1 zu dem Bodenabschnitt 2' ausbreitende Licht ist aber begrenzt und wegen des vorhandenen Stützelements 1' vernachlässigbar.
Der Radius des sphärischen Reflektors 3 ist vorzugsweise so gering wie möglich, weil ein Teil des nach vorne durch den Reflektor 2 freigegebenen Lichtstrahls durch den Reflektor 3 geschnitten wird. Wenn beispielsweise die Lichtquelle 1 vollständig punktförmig ist, ergibt sich ein unbeleuchteter Bereich aufgrund einer derartigen Überschneidung durch den sphärischen Reflektor 3. Tatsächlich wird eine im wesentlichen einheitliche Beleuchtung durch die nicht parallelen Lichtstrahlen erzielt, die sich aus der begrenzten Größe der Lichtquelle 1 ergeben, wobei aber die Beleuchtung in der Nähe der optischen Achse dunkler wird, wenn der Reflektor 3 übermäßig groß ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt sich der Reflektor aus einem sphärischen Reflektor zusammen, aber der Bereich der vorliegenden Erfindung deckt auch eine Konfiguration ab, bei der der Reflektor 3 keine Reflektionsfunktion in der Nähe der optischen Achse hat, wodurch das Licht von der Lichtquelle direkt den Bereich in der Nähe der optischen Achse beleuchten kann.
Die Figuren 16, 17, 18A und 18B stellen ein noch anderes Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Form des sphärischen Reflektors, der in Fig. 15 gezeigt ist, für einen rechteckigen Beleuchtungsbereich definiert ist.
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die die LCD 4 und einen parabolischen Reflektor 2 zeigt, wobei a, b und c Ecken der rechtwinkligen LCD bezeichnen. Pfeile bezeichnen parallele Lichtstrahlen, die zu den Kanten ab und bc der LCD 4 verlaufen. Bei Rückwärtsverfolgung werden diese Lichtstrahlen durch den Reflektor 2 reflektiert und erreichen die Lichtquelle 1, wobei sie an dem Randabschnitt (der in Fig. 15 dem Bezugszeichen 3' entspricht) des (nicht gezeigten) Reflektors 3 vorbeitreten.
Fig. 17 zeigt den Zustand dieser Lichtstrahlen, wobei der Reflektor 2 weggelassen ist. Diese Lichtstrahlen, die die Ecken a, b, c der LCD 4 erreichen, haben Reflektionspunkte a', b', c' auf dem Reflektor 2. Bögen a'b' und b'c' bezeichnen Trajektoren der Reflektionspunkte auf dem Reflektor 2 von den parallelen Lichtstrahlen, die die Kanten ab, bc der LCD 4 erreichen. Ein Punkt 0 bezeichnet den Brennpunkt des parabolischen Reflektors 2, an dem die Lichtquelle 1 positioniert ist. Die parallelen Lichtstrahlen erreichen eine Kante ab der LCD 4, breiten sich auf einer konischen Ebene aus, die durch den Brennpunkt o und den Bogen a' b' definiert ist, werden dann an dem Bogen a'b' reflektiert (ein parabolischer Bogen, wie später erläutert wird) an dem Reflektor 2 reflektiert und breiten sich entlang einer Ebene abb'a' aus.
Fig. 18A ist eine vergrößerte Ansicht der Nachbarschaft der in Fig. 17 gezeigten Lichtquelle 1. Die Kante des sphärischen Reflektors 3, die nahe an der Lichtquelle 1 bei 0 positioniert ist, besteht aus einer Kurve 3', die durch die konische Ebene definiert ist, welche durch den Brennpunkt 0 und den Bogen a'b' gebildet ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die LCD 4 ein rechteckigen Randverlauf, der durch längere und kürzere Kanten oder durch vier gerade Linien definiert ist, so daß die Kante des Reflektors 3 durch vier gekrümmte Linien definiert ist. Fig. 18B zeigt die Form des sphärischen Reflektors 3, der durch Kurven 3' definiert ist, wie in Fig. 18A gezeigt ist.
Die Kurve 3' kann mathematisch in der folgenden Weise ausgedrückt werden, wobei der Ursprungspunkt im Brennpunkt 0 und die x- und y-Achsen so angenommen werden, wie in den Figuren 19A und 19B gezeigt ist. Die z-Achse wird senkrecht zu der Zeichenebene angenommen, wobei die Minusseite nach vorne zeigt. Durch Annahme der Ecken a, b der LCD 4 mit den Ordinaten (t, A, B) und (t, A, -B) ist die LCD 4 in den Bereichen -A ≤ y ≤ A und -B ≤ z ≤ B vorhanden. Wenn die Brennweite des Reflektors 2 mit F bezeichnet wird und der Radius des Reflektors 3 mit R bezeichnet wird, können die Formen der Reflektoren 2, 3 ausgedrückt werden als:
x = {(y² + z²)/4F} - F (1)
und
x² +y² +z² = R² (2).
Die in Fig. 17 gezeigte Ebene abb'a' ist durch y = A wiedergegeben. Der Bogen a'b', der als die Schnittlinie der Ebene abb'a' mit dem parabolischen Reflektor 2 definiert ist, wird wiedergegeben als:
Diese Gleichung entspricht einer Parabel in der x-z Ebene.
Eine gerade Linie, die einen Punkt z = z&sub0;, der durch die Gleichung (3) in dem Bereich -B ≤ z ≤ B wiedergegeben ist, mit dem Ursprungspunkt 0 verbindet, kann wiedergegeben werden als:
x/x&sub0; = y/y&sub0; = z/z&sub0; (4)
wobei
Da die Kurve 3' die Schnittlinie der Gleichungen (2) und (4) ist, werden diese Gleichungen als gleichzeitige Gleichungen gelöst, um die folgenden Lösungen zu ergeben:
wobei
Die Kurve 3' ist durch die Trajektoren der Punkte wiedergegeben, die durch die vorstehend gezeigten Gleichungen wiedergegeben sind.
Fig. 20 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei die zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel äquivalenten Komponenten durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 3 durch einen Reflektionsfilm 3a ersetzt, der durch Bedampfen einer Kolbenfläche der Lichtquelle 1 ausgebildet ist. Der Reflektionsfilm 3a ist auf seiner Reflektionsfläche so gestaltet, daß er hauptsächlich eine normale Reflektion mit begrenzter Diffusion bewirkt. Der Reflektionsfilm 3a ist jedoch so gestaltet, daß ein Teil des Lichts absorbiert wird, um die Temperatur der Lichtquelle 1 aufrechtzuerhalten. Die Lichtquelle 1 ist derart positioniert, daß die Mitte der Lichtaussendung auf dem Brennpunkt des parabolischen Reflektors 2 mit einer Brennweite f' liegt.
Bei der in Fig. 20 gezeigten Konfiguration hat bei dem von der Lichtquelle 1 ausgesendeten Licht der direkt durch den Reflektor 2 aufgenommene Abschnitt einen sterischen Winkel von 2π, wobei der verbleibende Abschnitt (mit einem sterischen Winkel 2π) durch den Reflektionsfilm gefangen wird. Für einen vorgegebenen Durchmesser der Austrittsöffnung 6 muß die Brennweite des Reflektors 2 der herkömmlichen Konfiguration kleiner gemacht werden, um einen größeren Anteil des Lichts von der Lichtquelle 1 durch den Reflektor 2 aufzunehmen, aber bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel muß die Brennweite nicht kleiner gemacht werden, weil das gesamte nach vorne von der Lichtquelle ausgesendete Licht darauf durch den Reflektionsfilm 3a gerichtet wird. Diese Tatsache bedeutet, daß der Spreizwinkel α des austretenden Lichtstrahls, der von der Lichtquelle 1 ausgesendet und durch den Reflektor 2 reflektiert wird, kleiner als bei der herkömmlichen Konfiguration gemacht werden kann, so daß der Wert der Parallelität des austretenden Lichtstrahls verbessert ist.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel schafft auch eine sehr kompakte Konfiguration der Lichtquelle und des Reflektors, da die Tiefe des parabolischen Reflektors 2 zu der Brennweite f' vergleichbar gemacht werden kann.
Fig. 21 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das eine Abwandlung des Fig. 20 gezeigten Ausführungsbeispiels ist und zur Ausbildung eines rechteckigen Beleuchtungsbereichs gestaltet ist. Die Form des Reflektionsfilms 3a ist so definiert, wie bereits unter Bezug auf die Figuren 16, 17, 18A und 18B erläutert wurde.
Dieses Ausführungsbeispiel setzt eine Metallhalogenidlampe mit Elektroden an beiden Enden ein, wobei die Kolbenfläche semisphärisch ausgebildet ist. Es sind ein Kolben 101 aus Glas oder Quarz; ein keramisches Stützelement 102;
Stromzufuhrelektroden 103; lichtaussendende Elektroden 104; und Stützteile 105 für den Kolben 101 und die Elektroden 103, 104 gezeigt, die aus Glas oder Quarz hergestellt sind.
Ein semisphärischer Reflektionsfilrn 3a ist mit einer inneren Spiegelfläche versehen. Der Reflektionsfilm 3 ist ähnlich wie der Reflektor 3 in Figuren 18A und 18B geformt, der durch Kurven 3' definiert ist.
Die innere Spiegelf läche des Reflektionsfilrns 3a ist im Idealfall eine vollständig reflektierende Fläche. Da jedoch die Reflektionsfläche nahe an dem lichtaussendenden Teil, dessen Wirkung auf einer Bogenentladung zwischen den Elektroden 104 beruht, positioniert ist und da auch der lichtaussendende Teil tatsächlich eine begrenzte Größe hat, kann die innere Spiegelfläche des Reflektionsfilrns 2a einen gewissen diffusen Charakter haben, wobei der derart erhaltene diffuse Lichtstrahl als eine Nebenlichtquelle angesehen werden kann, der in der Nachbarschaft des lichtaussendenden Teils vorhanden ist. Aus diesem Grund kann der Reflektionsfilm 3a auch aus einem keramischen Material zusammengesetzt sein, das eine weiße Oberfläche mit geringer Absorption hat.
Der Reflektionsfilm 3a kann auch als ein einschichtiger oder mehrschichtiger Film eines wärmebeständigen Metalls ausgebildet sein, das dazu in der Lage ist, ultraviolettes oder infrarotes Licht zu absorbieren. Ein derartiger Film reflektiert das sichtbare Licht von der Lichtquelle 1 aber absorbiert das nicht sichtbare Licht, wodurch Wärme erzeugt wird und was dazu dient, die Temperatur aufrechtzuerhalten.
Die Metallhalogenidlarnpe ist oft mit einem Lichtabsorptionselement auf der Kolbenf läche zum Aufrechterhalten der Temperatur des Kolbens und zum dadurch hervorgerufenen Stabilisieren der Entladung versehen, wobei der vorstehend erwähnte Reflektionsfilm 3a auch für eine derartige Funktion dient.
Fig. 22 ist eine schematische Ansicht eines Projektors, der das erfindungsgemäße optische Beleuchtungssystem einsetzt. Das erfindungsgemäße optische Beleuchtungssystem ist aus einer Lichtquelle 1, wie beispielsweise einer Halogenlampe oder einer Metallhalogenidlampe; einem nicht dargestellten Reflektor 3, der nahe an der Lichtquelle 1 positioniert ist&sub1; oder einem Reflektionsfilm 3a und einem Reflektor 2 zum Reflektieren des von der Lichtquelle 1 ausgesendeten Lichts zusammengesetzt. Es sind auch ein Wärmeabschaltfilter 9 zum Absorbieren oder Reflektieren der thermischen Strahlung des direkt von der Lichtquelle 1 oder über den Reflektor 2 eintretenden Lichtstrahls; eine Polarisationsplatte 5 zum Umwandeln des Lichtstrahls nach der Beseitigung der thermischen Strahlung in ein linear polarisiertes Licht; eine LCD 7 zum Modulieren des linear polarisierten Lichts gemäß einem Bildsignal; eine Polarisationsplatte 8 zum Übertragen einer Komponente der übertragenen Achse aus dem derart modulierten linear polarisierten Licht und eine Projektionslinse 10 zur vergrößerten Projektion des derart übertragenen linear polarisierten Lichts auf eine nicht dargestellte Bildwand vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorherigen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern unterliegt zahlreichen Abwandlungen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Die Lichtquelle ist nicht auf die Metallhalogenidlampe beschränkt, sondern eine Xenon-Lampe oder eine Halogenlampe kann zu diesem Zweck eingesetzt werden.
Für den Fall einer Farbanzeige mit dem Projektor wird allgemein eine Konfiguration wie bei anderen Ausführungsbeispielen eingesetzt, bei der ein optisches System zur Farbaufteilung zwischen dem optischen Beleuchtungssystem und den LCD's vorgesehen ist, um das Beleuchtungslicht in Lichtstrahlen der Farben rot, grün und blau aufzuteilen und die LCD's mit diesen farbigen Lichtstrahlen zu beleuchten, die jeweils für diese Farben vorgesehen sind. Das optische System zur Farbaufteilung kann aus dichroitischen Spiegeln oder dichroitischen Prismen zusammengesetzt sein. Ein optisches System zur Farbüberlagerung kann zwischen den mehreren LCD's und der Projektionslinse vorgesehen sein, aber es ist auch möglich, die Farben R, G und B durch Projektionslinsen zu projizieren, die den jeweiligen LCD's entsprechen.
Bei den in den Figuren 15 bis 22 gezeigten Ausführungsbeispielen wird ein im wesentlicher paralleler Lichtstrahl durch den rotationssymmetrischen parabolischen Reflektor erzielt, ein derartiger im wesentlichen paralleler Lichtstrahl an aber auch durch eine Kombination eines rotationssymmetrischen elliptischen Reflektors und einer Linse erzielt werden. Die Linse kann eine konvexe Linse oder eine konkave Linse sein, wobei die konvexe Linse LCD-seitig bezüglich der beiden Brennpunkte der rotationselliptischen Fläche anzuordnen ist, während die konkave Linse zwischen den beiden Brennpunkten anzuordnen ist. Es kann auch eine Fresnellinse eingesetzt werden. Die Lichtquelle liegt im allgemeinen an einem Brennpunkt von zwei Brennpunkten, der weiter von der LCD entfernt ist.
Eine konvexe Linse kann in der Nähe der LCD vorgesehen sein, so daß das Beleuchtungslicht durch die Projektionslinse 10 treten kann, ohne durch deren Pupille verdunkelt zu werden.
Die durch das optische Beleuchtungssystern, beleuchtete LCD ist im allgemeinen vor und hinter sich mit Polarisationsplatten versehen, die als Polarisator und Analysator bezeichnet werden, wobei eine derartige Polarisationsplatte durch einen Polarisationsstrahlteiler oder ein Polarisationskonvertersystem ersetzt werden kann, wie in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 3-191318 offenbart ist.
Wenn der Reflektor 3 vollständig sphärisch bei den in den Figuren 15 bis 22 gezeigten Ausführungsbeispielen ist, wird das von der Lichtquelle 1 ausgesendete achsnahe Licht in einem achsnahen Abschnitt des Reflektors 3 reflektiert, dann durch die Lichtquelle übertragen und wieder in der Nähe des Bodenabschnitts 2' des Reflektors 2 reflektiert, wobei ein derartiger Abschnitt des Lichts nicht zur Wirkung kommen kann, weil ein derartiger Bodenabschnitt 2' keine Reflektionskraft hat oder weil ein derartiger Abschnitt des Lichts gegen das Element 1 stößt, oder weil es erneut gegen den Reflektor 3 stößt, selbst wenn es erfolgreich durch den Reflektor 2 reflektiert worden ist.
Dieser Nachteil kann verhindert werden, indem (1) die Mitte der Kurve des Reflektors 3 von der Lichtquelle 1 versetzt wird, oder indem (2) der Reflektor 3 asphärisch ausgebildet wird. Das Verfahren (2) ist wirkungsvoll, indem die achsnahe Krümmung variiert wird.
Wie zuvor erläutert ist, kann die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen schaffen.
Das erfindungsgemäße optische Beleuchtungssystem kann stark die Rate der Lichtausnutzung verbessern, da das von der Lichtquellenlampe ausgesendete und direkt zum Ausgang ohne Reflektion an dem elliptischen Reflektor verlaufende Licht, nämlich das Licht, das nicht auf den zweiten Brennpunkt konzentriert ist, durch den kreisförmigen Reflektor reflektiert wird und auf den zweiten Brennpunkt konzentriert wird, nachdem es durch die Nähe der Lichtquellenlampe hindurchgetreten ist.
Das erfindungsgemäße optische Beleuchtungssystem schafft auch das Beleuchtungslicht durch eine Öffnung, die in dem ebenen Spiegel zum Reflektieren des austretenden Lichts ausgebildet ist, so daß das Beleuchtungslicht nur in dem erforderlichen Bereich erhalten werden kann, indem die Öffnung dem zu beleuchtenden Bereich entsprechend ausgebildet wird, wobei der Verlust an Licht verringert werden kann.
Das durch den ebenen Spiegel reflektierte austretende Licht wird wieder auf den ebenen Spiegel nach einer Reflektion an dem parabolischen oder elliptischen Reflektor gerichtet und als das Beleuchtungslicht durch die Öffnung freigegeben. Folglich kann der größte Teil des Lichts von der Lichtquelle zur Beleuchtung ausgenutzt werden. Somit kann der Lichtverlust in dem Gerät verringert werden, um eine Wärmeerzeugung darin zu vermeiden, so daß auf die Kühleinrichtung verzichtet werden kann oder diese vereinfacht werden kann. Folglich kann das Gerät kompakter bei geringeren Kosten gemacht werden.
Das erfindungsgemäße optische Beleuchtungssystem ist auch hinsichtlich der Kosten vorteilhaft, da es für mehrere unterschiedliche, zu beleuchtende Bereiche verwendet werden kann, ohne daß der ebene Spiegel ersetzt werden muß. Insbesondere in dem Fall, bei dem die Öffnung durch die Kombination mehrerer ebener Spiegel ausgebildet ist, kann die Form der Öffnung verändert werden, indem die mehreren ebenen Spiegel gegeneinander versetzt werden. Sie kann flexibel auf die Objekte in unterschiedlichen Formen angepaßt werden.
Des weiteren kann das erfindungsgemäße optische Beleuchtungssystem, das in den Figuren 15 bis 22 gezeigt ist, den Wirkungsgrad der Lichtausnutzung weiter verbessern, da die Anzahl an Reflektionen an dem Reflektor und dem Nebenreflektor auf maximal zwei gehalten werden kann. Eine weitere Verbesserung des Beleuchtungswirkungsgrads kann erzielt werden, weil die Beleuchtung auf den unnötigen Bereich vermieden werden kann, indem die Form des Nebenreflektors entsprechend der Form des Objekts definiert wird.
Der erfindungsgemäße Projektor kann auch den größten Teil des Lichtstrahls, der von der Lichtquellenlampe des optischen Beleuchtungssystems ausgesendet wird, zur Beleuchtung der Bilderzeugungseinrichtung ausnutzen. Folglich kann das projizierte Bild in seiner Leuchtdichte verbessert werden, wobei Geisterbilder, Streulicht und dergleichen vermieden werden können, die durch das unausgenutzte Licht erzeugt werden. Somit ist eine klare Farbanzeige möglich gemacht.
Die Erfindung schafft einen Projektor, der dazu in der Lage ist, das Licht von der Lichtquelle wirkungsvoll auszunutzen und das Licht bemerkenswert zu verringern, das außerhalb des zu beleuchtenden Bereichs beleuchtet, wodurch ein hervorragender Wirkungsgrad der Lichtausnutzung erzielt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem, das mit einer Lichtquelle und einem Reflektor versehen ist, ist weiterhin ein kreisförmiger Reflektor mit einer sphärischen Fläche zum Zurückführen des Lichts zu der Lichtquelle vorgesehen, das von der Lichtquelle zum Äußeren um den zu beleuchtenden Bereich austritt, ohne an dem Reflektor reflektiert zu werden. Es ist auch ein ebener bzw. flacher Spiegel oder ein im wesentlichen sphärischer Nebenreflektor zum Zurückführen des Lichts zu der Lichtquelle vorgesehen, das sich zum Äußeren um den zu beleuchtenden Bereich ausbreitet, nachdem es an dem Reflektor reflektiert worden ist. Der Nebenreflektor kann in der Nähe der Lichtquelle vorgesehen sein.

Claims

1. Bilderzeugungsgerät mit folgendem:

einer Bilderzeugungseinrichtung (306, 307, 308; 411, 412, 413) zum Ausbilden eines Bildes durch Modulieren eines einfallenden Lichts, die eine Lichteinfallfläche hat; und

einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Bilderzeugungseinrichtung, die umfaßt

eine Lichtquelle (301; 401; 501);

einen elliptischen ersten Spiegel (302; 402; 502), der derart positioniert ist, daß die Lichtquelle auf einen Brennpunkt der beiden Brennpunkte des elliptischen Spiegels gesetzt ist, und der dazu angepaßt ist, das Licht von der Lichtquelle zu der Lichteinfallfläche der Bilderzeugungseinrichtung zu reflektieren;

eine Linse (305; 405; 505) zum Ausbilden eines parallelen Lichtstrahls aus dem durch den elliptischen Spiegel reflektierten Licht;

einen zweiten Spiegel (102; 303; 403; 503A, 5038), der derart angeordnet ist, daß die Randstrahlen des Lichtstrahls, nachdem sie durch den zweiten Spiegel zu der Lichtquelle reflektiert worden sind, dazu gebracht werden, auf die Lichteinfallfläche der Bilderzeugungseinrichtung einzufallen.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei der zweite Spiegel eine mittige Öffnung (103; 304; 404; 504) hat, die kleiner als der Durchmesser des parallelen Lichtstrahls ist, und wobei der zweite Spiegel entweder

ein sphärischer Spiegel (102), der seine Mitte der Krümmung an der Lichtquelle hat und der zwischen dem elliptischen ersten Spiegel und der Linse angeordnet ist, oder

ein ebener Spiegel (303; 403; 503A, 5038) ist, der mit seiner zu der optischen Achse (P) des optischen Beleuchtungssystems normalen ebenen Reflektionsfläche versehen ist und in der optischen Bahn des parallelen Lichtstrahls angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Bilderzeugungseinrichtungen eine rechteckige Lichtaufnahmefläche haben und die Fläche der Öffnung des zweiten Spiegels auch rechteckig ähnlich der Form der Lichtaufnahmefläche ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bilderzeugungseinrichtungen eine Flüssigkeitskristallvorrichtung (307) aufweisen.

5. Projektor mit

einem Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und

einem Projektionslinsensystem zum Aufnehmen des Lichts von der Bilderzeugungseinrichtung, um ein Farbbild zu projizieren.

6. Projektor nach Anspruch 5, wobei die Bilderzeugungseinrichtungen drei Flüssigkeitskristallvorrichtungen (411, 412, 413) haben, die jeder der Farben rot, blau und grün entsprechen, und wobei das Projektionslinsensystem ein Licht von den drei Flüssigkeitskristallvorrichtungen aufnimmt, um ein Farbbild zu projizieren.