DE69534037T2

DE69534037T2 - Beleuchtungsvorrichtung mit polarisiertem licht und projektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69534037T2
Application number: DE69534037T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Itoh; Kunio Yoneno; Junichi Nakamura; Tadaaki Mishimagun Nakayama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2015-07-22
Also published as: HK1033361A1; EP0753780A4; DE69534037D1; EP1063555A2; EP1063555A3; US20080218697A1; US7119957B2; US6445500B1; US20050083573A1; DE69532691D1; EP1063554B1; DE69532660T2; US6344927B1; US20070024974A1; WO1996020422A1; HK1033485A1; US20020093737A1; EP1063555B1; HK1014271A1; US20020141058A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polarisationsleuchte zum gleichmäßigen Beleuchten einer rechteckigen Beleuchtungsfläche oder dergleichen mit polarisierten Lichtwellen, bei der die Polarisationsrichtung derselben gleichmäßig gemacht wird. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Projektionsanzeige, die von dieser Polarisationsleuchte ausgesandtes, polarisiertes Licht mittels eines Lichtventils moduliert und eine Abbildung vergrößert und die Abbildung auf einem Bildschirm anzeigt.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
Bisher ist als Optik zum gleichmäßigen Beleuchten einer rechteckigen Beleuchtungsfläche eines Flüssigkristalllichtventils oder dergleichen ein optisches Integratorsystem mit zwei Linsenplatten bekannt. Das optische Integratorsystem ist zum Beispiel in JP-A-3-11806/1991 offenbart und bereits in der Praxis angewandt worden.
Gewöhnliche Projektionsanzeigen, bei denen zum Modulieren polarisierten Lichts geeignete Flüssigkristalllichtventile verwendet sind, können nur mit einer einzigen Art von polarisiertem Licht arbeiten. Um eine Abbildung durch optische Projektion zu erhalten, ist es daher wichtig, den Nutzungsgrad des Lichts zu verbessern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leuchte vorzuschlagen, die für eine Projektionsanzeige oder dergleichen verwendbar ist und mit einem Flüssigkristalllichtventil der zum Modulieren polarisierten Lichts geeigneten Art als Beleuchtungssystem arbeitet.
Genauer gesagt ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Polarisationsleuchte vorzuschlagen, die mit einem optischen Integratorsystem und einem Polarisationsumwandlungssystem versehen ist und polarisiertes Licht wirksam nutzen und darüber hinaus eine gleichmäßige Beleuchtung erzielen kann. Ferner ist es auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsanzeige vorzuschlagen, der mit dieser neu vorgeschlagenen Polarisationsleuchte versehen ist.
Weitere relevante Einrichtungen des Standes der Technik sind in JP 06-289387, JP 01-265228, JP 02-308204, DE 935 663 , JP 05-196891 und JP 01-265206 offenbart.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Polarisationsleuchte oder der Polarisationsbeleuchtungsapparat der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 3 und 4 definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, um eine Optik einer Polarisationsleuchte zu veranschaulichen, und zwar Beispiel 1; 1(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration derselben; 1(B) ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Linsenplatte derselben; 1(C) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Teilungseinheit für polarisiertes Licht derselben; 1(D) ist ein Diagramm zur Darstellung sekundärer Lichtquellenabbildungen, die auf einer zweiten Linsenplatte derselben gebildet werden; und 1(E) ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Halbwellenplättchens derselben.
2 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Optik eines Beispiels einer Projektionsanzeige, in die die in 1 dargestellte Polarisationsleuchte eingebaut ist.
3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines weiteren Beispiels einer Projektionsanzeige, in die die in 1 dargestellte Polarisationsleuchte eingebaut ist; 3(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Optik derselben; und 3(B) ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Farbfilters derselben.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung einer weiteren, die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung; 4(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Optik derselben; 4(B) ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines polarisiertes Licht teilenden Abschnitts derselben; und 4(C) ist ein Diagramm zur Darstellung sekundärer Lichtquellenabbildungen, die auf einer zweiten Linsenplatte derselben gebildet werden.
5 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Diagramm zur Darstellung einer weiteren die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
12(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Optik derselben; und 12(B) ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines polarisiertes Licht teilenden Abschnitts derselben.
13 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines Beispiels der Abwandlung einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines Beispiels einer Projektionsanzeige, die mit der in 12 gezeigten Polarisationsleuchte versehen ist.
17 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines Beispiels einer Projektionsanzeige der in 4 gezeigten Polarisationsleuchte.
18 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung.
19 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 14 der vorliegenden Erfindung; 19(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Optik derselben; 19(B) ist eine perspektivische Ansicht einer Kondensorspiegelplatte derselben; 19(C) ist ein Diagramm zur Darstellung eines Polarisationsvorgangs derselben; und 19(D) ist ein Diagramm zur Darstellung sekundärer Lichtquellenabbildungen, die auf der Kondensorspiegelplatte derselben gebildet werden.
20 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 15 der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 16 der vorliegenden Erfindung; 21(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration einer Optik derselben; und 21(B) ist eine perspektivische Ansicht einer Kondensorspiegelplatte derselben.
22 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 17 der vorliegenden Erfindung.
23 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer Polarisationsleuchte, und zwar Beispiel 18.
24 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 19 der vorliegenden Erfindung.
25 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 20 der vorliegenden Erfindung.
26 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 21 der vorliegenden Erfindung.
27 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines Beispiels einer Projektionsanzeige, die mit der in 19 gezeigten Polarisationsleuchte versehen ist.
28 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines weiteren Beispiels einer Projektionsanzeige der in 19 gezeigten Polarisationsleuchte.
29 ist ein Diagramm zur Darstellung einer anderen die vorliegenden Erfindung verkörpernden Positionsleuchte, und zwar Ausführungsform 22 der vorliegenden Erfindung; 29(A) ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung der Konfiguration der Optik derselben; und 29(B) ist ein Diagramm zur Darstellung der Konfiguration eines polarisiertes Licht teilenden Abschnitts derselben.
30 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines Beispiels einer Modifikation einer die Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar die Modifikation der Ausführungsform 23 der vorliegenden Erfindung.
31 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 24 der vorliegenden Erfindung.
32 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 25 der vorliegenden Erfindung.
33 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik einer die Erfindung verkörpernden Polarisationsleuchte, und zwar Ausführungsform 26 der vorliegenden Erfindung.
34 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Optik eines Beispiels einer Projektionsanzeige, die mit der in 31 gezeigten Polarisationsleuchte versehen ist.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend beschrieben, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden kann.
Übrigens sind in der nachfolgenden Beschreibung jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die gleichen Bezugszeichen zum Kennzeichnen entsprechender Teile verwendet. Damit wird eine wiederholte Beschreibung der entsprechenden Teile vermieden.
(Ausführungsform 1)
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf 1 beschrieben. Wie 1(A) zeigt, ist eine Polarisationsleuchte 100 mit einer Lichtquelle 101, einem optischen Integratorsystem 102, einer Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 mit Flüssigkristall sowie einem als Polarisatlonsumwandlungselement dienenden Halbwellenplättchen 104 versehen. Das optische Integratorsystem 102 besteht aus einer ersten Linsenplatte 105 und einer zweiten Linsenplatte 106. Die Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 ist auf der Seite der Eingangsfläche der ersten Linsenplatte 105, das heißt der Seite der Lichtquelle 101 angeordnet. Das Halbwellenplättchen 104 ist auf der Austrittsfläche der zweiten Linsenplatte 106 einstückig mit derselben ausgebildet. Ferner ist auf die Austrittsfläche dieses Halbwellenplättchens 104 eine Feldlinse 107 geklebt.
Wie 1(B) zeigt, ist die erste Linsenplatte 105 des optischen Integratorsystems 102 mit einer Vielzahl rechteckiger Mikrolinsen 108 versehen. Auch die zweite Linsenplatte 106 ist mit einer Vielzahl rechteckiger Mikrolinsen versehen, deren Anzahl der der Linsen 108 gleicht und deren Formgebungen denen der Linsen 108 ähnlich sind.
Von der Lichtquelle 101 abgestrahltes, polarisiertes Licht, welches eine willkürliche Polarisationsrichtung hat (tatsächlich als Mischlicht angesehen, welches aus einer p-polarisierten Lichtquelle und einer s-polarisierten Lichtquelle besteht), wird veranlaßt, auf die Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 aufzutreffen, deren Hauptkomponente ein Flüssigkristall ist. Dort wird es in eine p-polarisierte Lichtkomponente und eine s-polarisierte Lichtkomponente geteilt, die sich im austretenden Winkel geringfügig voneinander unterscheiden entsprechend einer Austrittswinkelabhängigkeit dieser Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103, die jedem polarisierten Licht entspricht. Wie in dieser Figur gezeigt, wird das polarisierte Licht in die p-polarisierte und die s-polarisierte Lichtkomponente aufgeteilt, deren austretende Richtungen sich voneinander um einen Winkel θ unterscheiden. Die beiden Arten polarisierten Lichts, die von der Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 ausgehen, treffen dann auf die erste Linsenplatte 105 des optischen Integratorsystems 102. Ferner wird ein Paar sekundärer Lichtquellenabbildungen, die aus Abbildungen der Lichtquelle bestehen, von denen eine vom p-polarisierten Licht und die andere vom s-polarisierten Licht wiedergegeben ist, in der Nähe des Brennpunktes jeder der rechteckigen Linsen 108 gebildet, aus denen die erste Linsenplatte besteht, und zwar im Innern jeder der rechteckigen Linsen der entsprechenden zweiten Linsenplatte 106.
Die Anzahl Paare sekundärer Lichtquellenabbildungen ist gleich der Anzahl der rechteckigen Linsen, aus denen die erste Linsenplatte zusammengesetzt ist. Hier ist das Halbwellenplättchen 104 an der Austrittsseite der zweiten Linsenplatte 106 entsprechend jeder der Positionen angeordnet, an denen die sekundären Lichtquellenabbildungen jeweils gebildet werden, so daß beim Hindurchtreten einer der polarisierten Lichtkomponenten (beispielsweise das p-polarisierte Licht) durch dieses Halbwellenplättchen 104 die Polarisationsrichtung dieser polarisierten Lichtkomponente gewendet und in einen Zustand gebracht wird, in dem die Polarisationsebene dieses polarisierten Lichts mit der Polarisationsebene der anderen polarisierten Lichtkomponente (zum Beispiel das s-polarisierte Licht) zusammenfällt. Danach werden die Lichtstromkomponenten, deren Polarisationsrichtungen gleichmäßig sind, durch die an der Austrittsseite des Halbwellenplättchens angeordnete Feldlinse 107 auf eine zu beleuchtende Zone 109 gesammelt. Diese Zone 109 wird mit diesem Lichtstrom nahezu gleichmäßig beleuchtet. Deshalb trifft im Prinzip der gesamte von der Lichtquelle 101 ausgestrahlte Lichtstrom auf die Zone 109 auf.
1(C) zeigt die Konfiguration der Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103, in der eine Flüssigkristallschicht 111 schichtartig zwischen einem Prismenträger 112, der mit Nuten versehen ist, die eine geriffelte Oberflächenstruktur bilden, und einem Glasträger 113 angeordnet ist. Moleküle des Flüssigkristalls sind parallel zu den Nuten des Prismenträgers 112 ausgerichtet (sie sind homogen ausgerichtet), so daß ein Lichtstrom, der rechtwinklig in den Träger eintritt, in einen außerordentlichen Strahl und einen ordentlichen Strahl entsprechend den Molekülen des Flüssigkristalls aufgeteilt wird, die richtungsmäßig getrennt sind. Es sei nun angenommen, daß ein unpolarisierter Lichtstrahl 114, der nahezu rechtwinklig an der ebenen Oberfläche des Prismenträgers 112 eintritt, auf die geneigte Oberfläche einer Nut des Prismenträgers unter einem Winkel α einfällt. Wenn der Brechungsindex n₀ der dem ordentlichen Strahl entsprechenden Moleküle des Flüssigkristalls dem entsprechenden n₀ des Prismenträgers 112 gleicht, wird ein ordentlicher Strahl 116 an der geneigten Oberfläche 115 nicht gebrochen, sondern wandert in einer Geraden weiter, während ein außerordentlicher Strahl 117 gebrochen wird. Hierdurch wird ein Winkelunterschied θ zwischen der Bewegungsrichtung des ordentlichen Strahls und der des außerordentlichen Strahls hervorgerufen. Wenn n1 die Brechzahl des außerordentlichen Strahls bezeichnet, gilt etwa die folgende Gleichung: A = arctan{sinθ/(cosθ – n0/n1)}
Wenn der Prismenträger 112 aus PMMA besteht, ergibt sich eine Brechzahl desselben von 1,48 oder so ähnlich. Damit kann die Brechzahl des Flüssigkristalls für den ordentlichen Strahl so gewählt werden, daß sie nahezu der des Prismenträgers entspricht. Der Winkel θ kann vergrößert werden, indem die Differenz zwischen den Brechzahlen des Flüssigkristalls für den ordentlichen Strahl bzw. den außerordentlichen Strahl vergrößert wird. Gegenwärtig sind im Handel Flüssigkristalle erhältlich, die einen Unterschied in den Brechzahlen von 0,25 oder so ähnlich haben. Wenn als Lichtquelle 101 für den einfallenden Lichtstrom eine Metallhalogenidlampe benutzt wird, liegen die divergierenden Winkel der austretenden Lichtstrahlen in Bezug auf den Hauptstrahlbereich zwischen ±5° oder so ähnlich. Allerdings können die divergierenden Winkel austretender Lichtstrahlen auf einen Bereich von –3 bis +3° oder so ähnlich begrenzt werden, wenn eine Lampe benutzt wird, deren Bogenlänge kurz ist, und wenn weiterhin die Optik arrangiert wird. Wenn dann der Winkel θ zwischen den polarisierten Lichtkomponenten mindestens 6° beträgt, können die beiden polarisierten Lichtkomponenten vollständig voneinander getrennt werden. Der durch Einsetzen solcher Werte in die obige Gleichung bestimmte Winkel α ist 37°. Folglich ist der zwischen der ebenen Oberfläche und der geneigten Oberfläche des Prismenträgers 112 eingeschlossene Winkel etwa 37°. Der Prismenträger läßt sich daher leicht durch Verwendung eines organischen Stoffs, wie Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat herstellen.
Wie aus 1(C) zu entnehmen ist, fällt in der Praxis der auf die Eintrittsfläche 118 des Prismenträ gers 112 fallende Lichtstrom unter einem regulären Winkel β ein. Damit wird die Hauptstrahlen des durch Teilen des polarisierten Lichts erhaltenen gesamten Lichtstroms senkrecht zur Teilungseinheit für polarisiertes Licht. Folglich ist es leicht, die ganze Optik zu gestalten. Ein Winkel β gleicht dem Winkel θ/2. Wenn also der Winkel θ 6° ist, ist der Winkel β 3°. Praktisch braucht die Lichtquelle nur geringfügig gekippt zu werden.
Was den Wirkungsgrad betrifft, ist es besser, daß die Brechzahl des Flüssigkristalls für den außerordentlichen Strahl an die des Prismenträgers 112 angeglichen ist. Wenn so verfahren wird, wird der ordentliche Strahl 116 gebrochen. Aber der ordentliche Strahl ist eine p-polarisierte Lichtkomponente, die von der geneigten Oberfläche 115 des Prismenträgers 112 austreten soll, und der Einfallswinkel auf eine Grenzfläche ist nahe dem Brewster-Winkel, so daß der Reflexionsverlust auf 1% oder weniger begrenzt werden kann. Wenn also auf die Grenzfläche zwischen dem Prismenträger und Luft eine reflexmindernde Beschichtung aufgetragen wird, läßt sich theoretisch der Durchlaßgrad des Lichtstroms auf 97% oder mehr erhöhen.
Die in 1(C) gezeigte Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 ist mittels eines Flüssigkristalls erzeugt. Aber die Teilungseinheit für polarisiertes Licht kann im Prinzip auch mit Hilfe eines organischen Films erzeugt werden. Zum Beispiel kann der Phasenfilm zu geringen Kosten hergestellt werden, wenn die geriffelten Nuten durch Prägen ausgebildet werden. Außerdem glaubt man, daß ein solcher Phasenfilm thermisch stabil ist. Und wenn Monomere statt der Moleküle des Flüssigkristalls ausgerichtet und mittels ultravioletter Strahlen oder Wärme polymerisiert werden, kann außerdem eine thermisch stabile Teilungseinheit für polarisiertes Licht erhalten werden.
Im optischen Integratorsystem ähnelt die Gestalt einer rechteckigen Linse 121 der der Zone 109, die beleuchtet werden soll. Wegen der langgestreckten rechteckigen Gestalt des Bildschirms eines Fernsehgerätes wird die Gestalt der rechteckigen Linse 121 auch zu einem langgestreckten Rechteck entsprechend der Gestalt des Fernsehbildschirms, wenn ein optisches Integratorsystem in eine Projektionsanzeige eingebaut wird.
Im Fall eines gewöhnlichen, optischen Integratorsystems 102, welches nicht mit einer Teilungseinheit für polarisiertes Licht arbeitet, wird eine sekundäre Lichtquellenabbildung in der Mitte jeder der rechteckigen Linsen der zweiten Linsenplatte 106 gebildet. Wenn der divergierende Winkel des aus der Lichtquelle austretenden Lichts innerhalb von θ liegt und der Abstand zwischen der ersten Linsenplatte 105 und der zweiten Linsenplatte 106 L ist, wird die sekundäre Lichtquellenabbildung innerhalb einer kreisförmigen Zone 122 mit einem Durchmesser θL im mittleren Teil jeder der rechteckigen Linsen 121 gebildet, wie 1(D) zeigt. Hier ist zu erkennen, daß zu beiden Seiten jeder der rechteckigen Linsen 121 große Bereiche 123 vorhanden sind, die keine sekundären Lichtquellenabbildungen enthalten. Die Polarisationsleuchte führt also unter Nutzung dieser Bereiche 123 die Polarisationsumwandlung durch. Bei diesem Beispiel werden auf der zweiten Linsenplatte 106, wie 1(E) zeigt, zwei Arten sekundärer Lichtquellenabbildungen 131 bzw. 132 auf jeder der rechteckigen Linsen 121 gebildet, die den beiden Arten polarisierten Lichts entsprechen. Der Abstand zwischen den beiden sekundären Lichtquellenabbildungen gleicht dem Durchmesser θL jeder der sekundären Lichtquellenabbildungen, so daß die sekundären Lichtquellenabbil dungen genau so getrennt sind, wie in dieser Figur gezeigt. Außerdem paßt jede der sekundären Lichtquellenabbildungen in eine entsprechende der rechteckigen Linsen 121. Es versteht sich von selbst, daß das vorstehend beschriebene Phänomen nur für den Fall auftritt, daß die zu beleuchtende Zone länglich ist. Wenn allerdings die Größe jeder sekundären Lichtquellenabbildung ausreichend verkleinert werden kann, gilt ein derartiges Phänomen auch für den Fall, daß die zu beleuchtende Zone nicht länglich ist.
Wie 1(E) zeigt, sind Phasenschichten 104a und 104b, aus denen der Phasenfilm 104 zusammengesetzt ist, wie Streifen angeordnet entsprechend den sekundären Lichtquellenabbildungen 131 bzw. 132, die durch die beiden Arten polarisierten Lichts wiedergegeben sind. Vermutlich gibt es Fälle, bei denen die Polarisationsebenen der polarisierten Lichtkomponenten durch die Schichten 104a und 104b des Phasenfilms um 45° gedreht werden, so daß die Polarisationsebenen der polarisierten Lichtkomponenten sich in der gleichen Richtung erstrecken, und bei denen der Phasenfilm von nur einer einzigen Art Phasenschicht gebildet ist und die Polarisationsebene des polarisierten Lichts nur einer Art von dem Halbwellenplättchen 104 um 90° gewendet wird, ähnlich wie es bei diesem Beispiel der Fall ist. Übrigens ist bei diesem Beispiel der Phasenfilm 104 zwischen die zweite Linsenplatte 106 und die Feldlinse 107 geschichtet und damit verbunden, wie in 1(A) gezeigt, so daß der Reflexionsverlust aufgrund dieser Grenzfläche vermieden werden kann.
Außerdem ist bei diesem Beispiel die Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 vor der ersten Linsenplatte 105 angeordnet. Statt dessen kann die Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 aber auch zwischen der ersten Linsenplatte 105 und der zweiten Linsenplatte 106 angeordnet sein.
(Projektionsanzeige mit der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 1)
2 zeigt schematisch die Konfiguration der Projektionsanzeige mit Hilfe der in 1 gezeigten Polarisationsleuchte 100. In 2 sind die gleichen Bezugszeichen für die Bauelemente der in 1 gezeigten Polarisationsleuchte 100 verwendet.
In einer Projektionsanzeige 200 dieses Beispiels ist die Lichtquelle 101 eine Halogenlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine Xenonlampe oder dergleichen. Die von ihr ausgestrahlten Lichtstrahlen (Lichtstrom) werden von einem Reflexionsspiegel 101a zurückgeworfen und werden dadurch nahezu parallel. Von diesen Lichtstrahlen wird das Bündel der roten Strahlen von einem blau und grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 203 durchgelassen, der grüne und blaue Strahlen reflektieren kann und von dem Bündel grüner und blauer Strahlen zurückgeworfen werden. Anschließend wird das Bündel der roten Strahlen von einem doppelseitigen Totalreflexionsspiegel 206 und danach von Totalreflexionsspiegeln 210 und 211 reflektiert. Anschließend erreicht das Bündel der reflektierten roten Strahlen durch eine Sammellinse 213 ein Flüssigkristalllichtventil 109R. Das Bündel der grünen Strahlen wird zunächst von einem Totalreflexionsspiegel 207 und dann von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 212 reflektiert. Dann wird das Bündel der reflektierten grünen Strahlen von einem doppelseitigen Totalreflexionsspiegel 206 weiter reflektiert. Anschließend erreicht das Bündel reflektierter grüner Strahlen über eine Sammellinse 213 ein entsprechendes Flüssigkristalllichtventil 109G. Das Bündel der blauen Strahlen wird zuerst von einem Totalreflexionsspiegel 207 reflektiert und dann von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 212 durchgelassen. Als nächstes wird das Bündel der durchgelassenen blauen Strahlen von einem Totalreflexionsspiegel 217 reflektiert. Anschließend fällt das Bündel reflektierter blauer Strahlen durch die Sammellinse 213 auf ein Flüssigkristalllichtventil 109B, ähnlich wie die Bündel der anderen Farbstrahlen. Jedes der drei Flüssigkristalllichtventile 109 kann das Strahlenbündel einer entsprechenden Farbe modulieren und verursachen, daß die Strahlen Bildinformationen enthalten, welche eine Abbildung der entsprechenden Farbe wiedergeben. Diese Bündel modulierter Strahlen werden jeweils entsprechend den Farben von einem dichroitischen Prisma 215 synthetisiert. Im dichroitischen Prisma 215 sind zwei dielektrische Mehrschichtfilme über Kreuz gebildet, von denen einer ein Bündel roter Strahlen und der andere ein Bündel blauer Strahlen reflektieren kann. Die synthetisierten Strahlen treten durch eine Projektionslinse 216, so daß eine Abbildung derselben auf einem Bildschirm gebildet wird.
Das optische Integratorsystem 102 ist entsprechend dem Bündel der vom blau und grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 203 geteilten Strahlen angeordnet. Hinsichtlich der roten Strahlen sind die erste Linsenplatte 105 und die zweite Linsenplatte 106 vor und hinter dem doppelseitigen Totalreflexionsspiegel 206 angeordnet. Was die Bündel der grünen und blauen Strahlen betrifft, sind die erste Linsenplatte 105 und die zweite Linsenplatte 106 vor und hinter dem Totalreflexionsspiegel 207 angeordnet. Es ist wichtig, daß jeder der Totalreflexionsspiegel zwischen den Linsenplatten angeordnet ist. Ein dichroitischen Spiegel kann zwischen den Linsenplatten eingesetzt sein. In diesem Fall fallen auf den dichroitischen Spiegel Strahlenbündel, deren Einfallswinkel nicht gleichmäßig sind. Wegen der Winkelabhängigkeit des dielektrischen Mehrschichtfilms besteht die Wahrscheinlichkeit, daß Unbeständigkeiten in den Farben auf dem Bildschirm auftreten. Infolge der Verwendung der in 2 dargestellten Konfiguration wird eine wesentliche Arbeitsdistanz gleich der Entfernung von der zweiten Linsenplatte 106 zum Flüssigkristalllichtventil 109. Im Vergleich mit dem Fall, daß kein optisches Integratorsystem vorgesehen ist, wird die wesentliche Arbeitsdistanz zur Hälfte dessen in einem solchen Fall. In der Praxis wird der Wirkungsgrad der Nutzung der Strahlenbündel nahezu doppelt so groß wie im Fall ohne Einschluß eines optischen Integratorsystems. Die Ungleichmäßigkeit in der Anzeige ist nahezu vollständig eliminiert.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Teilungseinheit für polarisiertes Licht 103 aus Flüssigkristall an der Eingangsseite der ersten Linsenplatte 105 des optischen Integratorsystems 102 angebracht. Das Halbwellenplättchen 104, welches als Element zur Polaritätsumwandlung dient, ist an der Austrittsfläche der zweiten Linsenplatte 106 vorgesehen.
Bei dieser Projektionsoptik ist der hintere Brennpunkt der Projektionslinse 216 kurz. Folglich kann die Optik ohne weiteres so ausgelegt werden, daß die numerische Apertur der Projektionslinse groß ist, während ihre Größe kleingehalten wird. Folglich können die größtmöglichen Effekte des optischen Integrators erzielt werden.
Im Fall der gegenwärtig in der Praxis verwendeten Projektionsanzeigen (Flüssigkristallprojektoren) werden Flüssigkristalllichtventile einer Art benutzt, die polarisiertes Licht modulieren können.
Deshalb wird die Hälfte des von der Lichtquelle abgestrahlten, nicht polarisierten Lichts von einer Polarisationsplatte absorbiert und damit in Wärme umgewandelt. Hierdurch ergibt sich insofern ein Problem, als der Wirkungsgrad der Lichtnutzung kleiner wird und die Polarisationsplatte gekühlt werden muß, damit von ihr keine Wärme erzeugt wird. Bei diesem Beispiel ist aber dem optischen Integratorsystem ein Umwandlungssystem für polarisiertes Licht hinzugefügt. Außerdem werden die meisten von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtströme in eine einzige Art polarisierten Lichts umgewandelt und genutzt. Der Wirkungsgrad der Lichtnutzung wird also verbessert. Außerdem kann die nicht gezeigte Polarisationsplatte daran gehindert werden, Wärme zu erzeugen.
3 zeigt ein weiteres Beispiel der Konfiguration der Projektionsanzeige, die mit der in 1 gezeigten Polarisationsleuchte arbeitet. In 3 ist ein Beispiel der Projektionsanzeige dargestellt, bei dem zwei Flüssigkristalllichtventile benutzt sind.
Wie in 3(A) dargestellt, durchsetzt bei einer Projektionsanzeige 300 dieses Beispiels der von der Lichtquelle 101 ausgestrahlte Lichtstrom das optische Integratorsystem, welches aus der ersten Linsenplatte 105 und der zweiten Linsenplatte 106 besteht, nachdem er vom Reflexionsspiegel 101a reflektiert wurde. Als nächstes wird ein weißer Lichtstrom von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 301 in ein Bündel grüner Strahlen und ein Bündel Magentastrahlen geteilt. Das Bündel der grünen Strahlen und das Bündel der Magentastrahlen wird von einem Totalreflexionsspiegel 302 bzw. 317 reflektiert. Die reflektierten Strahlenbündel treffen dann jeweils durch eine Sammellinse 313 auf ein Flüssigkristalllichtventil 109a bzw. 109b. Anschließend werden die modulierten Strahlenbündel von einem dichroitischen Prisma zum Synthetisieren der grünen Strahlenbündel und der Magentastrahlenbündel synthetisiert. Die synthetisierten Strahlen durchsetzen anschließend eine Projektionslinse 316, und eine Abbildung wird angezeigt.
Bei dieser Konfiguration gibt es zwei Flüssigkristalllichtventile. Deshalb ist es nötig, Farbfilter im Feld eines der Lichtventile vorzusehen und die beiden Farbstrahlenbündel zu trennen und zu modulieren. 3(B) ist ein Diagramm, welches die Konfiguration von Pixeln des Flüssigkristalllichtventils 109b zeigt. Wie aus der Figur hervorgeht, sind abwechselnd Rottransmissionsfilter 304 und Blautransmissionsfilter 305 vorgesehen.
Bei dieser Konfiguration werden nur zwei Flüssigkristalllichtventile benutzt. Dadurch ist die Konfiguration der Optik im Vergleich mit dem in 2 gezeigten Beispiel sehr stark vereinfacht. Außerdem wird für grünes Licht ein einziges Flüssigkristalllichtventil benutzt. Die Auflösung ist bei diesem Beispiel deshalb kaum schlechter als bei dem in 2 gezeigten Beispiel. Ferner wird die Helligkeit einer projizierten Abbildung hauptsächlich durch die des grünen Lichts bestimmt. Infolgedessen ist die Helligkeit der Abbildung in dem in 3(A) gezeigten Fall nicht so viel schlechter als die Abbildung bei dem Beispiel gemäß 2. Wenn es um die Anzeige eines gewöhnlichen Bildes geht, ist deshalb die Verwendung einer solchen vereinfachten Ausführung nicht problematisch, außer wenn gleichzeitig drei Farben auf einem einzigen Pixel angezeigt werden müssen, wie das bei einem Bildschirm eines Rechnersystems der Fall ist.
Die Farbreproduzierbarkeit ist bei dem in 3(A) gezeigten Beispiel übrigens nicht ausreichend, denn rot und blau werden unzureichend reproduziert. Die spektrale Verteilung der Lichtquelle sollte also so geregelt sein, daß die Menge an Rot und Blau etwas größer ist als in gewöhnlichen Fällen. Bei einer Metallhalogenid-Leuchtstofflampe mit drei Banden wird zum Beispiel ein jeder Primärfarbe entsprechendes Halogenid hinzugefügt. Eine gegenwärtig im Handel erhältliche Metallhalogenidlampe ist mit Halogeniden, wie Lithium, Thallium und Indium gefüllt. Hier entsprechen Lithium und Indium dem Rot bzw. Blau. Diese Halogenide müssen der Lampe nur soweit zugefügt werden, daß die Mengen dieser Halogenide etwas größer sind als die üblicherweise hinzugefügten.
Metallhalogenidlampen zum Anzeigen von Abbildungen, die gegenwärtig im Handel erhältlich sind, haben den üblichen Nachteil, daß es sehr wahrscheinlich zu einem Mangel an Rot kommt. Es kann aber für ein Verfahren gesorgt werden, mit dem ein einziges Flüssigkristalllichtventil zum Modulieren eines Bündels roter Strahlen vorbereitet wird und auch ein gemeinsames Feld zum Modulieren grüner und blauer Strahlen vorbereitet wird, als Beispiel einer Abwandlung des in 3(A) gezeigten Systems. Im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Projektionsanzeige, bei der ein Verfahren angewandt wird, die Menge an grünem Licht zu verringern, um den Mangel an rotem Licht auszugleichen, kann mit dem Verfahren gemäß diesem Beispiel eine ausreichende Menge an rotem Licht erhalten und damit die Notwendigkeit umgangen werden, die Menge an grünem Licht zu verringern. Die Mengen an rotem Licht und grünem Licht sind nämlich nahezu gleich, ohne daß die Menge an grünem Licht verringert wird.
Auch bei diesem Beispiel einer Projektionsanzeige ist wie beim vorhergehenden Beispiel der hintere Brennpunkt einer Projektionslinse kurz. Trotz der Verwendung des optischen Integrators kann also die Projektionsanzeige gemäß diesem Beispiel so ausgelegt werden, daß die Projektionslinse klein ist, und die gesamte Konfiguration der Projektionsanzeige dieses Beispiels kann sehr stark vereinfacht werden. Außerdem ist die Auflösung und die Helligkeit einer projizierten Abbildung aber nicht so viel schlechter als mit dem vorgenannten Beispiel erhalten, und die Projektionsanzeige dieses Beispiels ist sehr gut geeignet, ein gewöhnliches Bild zu zeigen.
(Ausführungsform 2)
Die Polarisationsleuchte der Ausführungsform 1 hat eine Optik, die mit einem Flüssigkristallmaterial als Teilungseinrichtung für das polarisierte Licht arbeitet. In dieser Optik ist der Wirkungsgrad der Lichtnutzung verbessert. Die Polarisationsleuchte der Ausführungsform 1 zeichnet sich dadurch aus, daß eine helle projizierte Abbildung erhalten werden kann. Die Brechzahl des Flüssigkristallmaterials hängt aber stark von der Temperatur ab. Wenn also ein solches Flüssigkristallmaterial in das System der Lichtquelle der Projektionsanzeige eingeschlossen ist, in dem die Temperatur sich nennenswert verändern kann, besteht Gefahr, daß der Teilungswinkel des polarisierten Lichts, der zwischen den durch das Aufspalten des Lichts erhaltenen polarisierten Lichtkomponenten gebildet wird, unstabil wird.
In diesem Beispiel wird eine Leuchte verwirklicht, die selbst in einer Umgebung, in der nennenswerte Temperaturänderungen auftreten können, unveränderlich gute Leistung erbringen kann. Hierzu wird als Teilungseinrichtung für das polarisierte Licht ein Prismenstrahlteiler verwendet, der sich durch die Temperaturabhängigkeit des Teilungswinkels des polarisierten Lichts auszeichnet.
4 ist eine Draufsicht auf die allgemeine Konfiguration der Polarisationsleuchte dieses Beispiels. Wie 4(A) zeigt, hat die Polarisationsleuchte 400 dieses Beispiels einen Lichtquellenabschnitt 401, einen Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und ein optisches Integratorsystem 403, die längs einer optischen Achse L des Systems angeordnet sind. Die Leuchte ist so gesetzt, daß vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes Licht durch den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und das optische Integratorsystem 403 eine zu beleuchtende rechtwinklige Zone 404 erreicht.
Der Lichtquellenabschnitt 401 besteht hauptsächlich aus einer Lichtquellenlampe 411 und einem Parabolreflektor 412. Von der Lichtquellenlampe 401 ausgestrahltes, polarisiertes Licht, welches Komponenten mit willkürlichen Polarisationsrichtungen hat (nachfolgend einfach als willkürlich polarisiertes Licht bezeichnet), wird vom Parabolreflektor 412 in einer einzigen Richtung zurückgeworfen und wird damit zu einem Bündel nahezu paralleler Lichtstrahlen (Lichtstrom), die dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 auftreffen. Hier sei angemerkt, daß anstelle des Parabolreflektors 412 auch ein Ellipsoidreflektor oder ein sphärischer Reflektor verwendet werden kann.
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 stellt eine Verbesserung gegenüber gewöhnlichen Strahlenteilern dar und besteht hauptsächlich aus einem rechtwinkligen Prisma in Form eines Dreieckgestänges, einem Dreiecksäulenprisma 421 und einem flachen Prisma in Form einer Vierecksäule 422. Bei diesem Beispiel ist auf eine Austrittsfläche 423 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 ein Ablenkungsprisma 424 optisch aufgekittet.
Wie aus 4(B) hervorgeht, ist auf einer geneigten Fläche 425 des Dreiecksäulenprismas 421 ein Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet. Eine erste Seitenfläche des Vierecksäulenprismas 422 ist auf die geneigte Fläche 425 des Dreiecksäulenprismas 421 optisch so aufgekittet, daß der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 schichtartig zwischen diesen Prismen aufgenommen ist. Auf einer zweiten Seitenfläche 428 gegenüber der ersten Seitenfläche 427 des Vierecksäulenprismas 422 ist ein Reflexionsfilm 429 gebildet. Der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 ist so gebildet, daß er zu einer Eintrittsfläche 431 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 unter einem Winkel α geneigt ist. Bei diesem Beispiel hat der Winkel α 45°. Der Reflexionsfilm 429 ist so gebildet, daß er zum Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 unter einem Winkel θ geneigt ist. Übrigens ist der Winkel α zwischen dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 und der Eintrittsfläche 431 nicht auf 45° beschränkt, sondern kann entsprechend dem Einfallswinkel eines vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlten Lichtstroms gesetzt werden.
Bei dieser Ausführungsform besteht das Dreiecksäulenprisma 421 und das Vierecksäulenprisma 422 aus hitzebeständigem Glas. Der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 ist aus einer mehrschichtigen, dielektrischen Folie aus einem anorganischen Stoff gemacht. Der Reflexionsfilm 429 besteht aus einem gewöhnlichen, aufgedampften Aluminiumfilm.
Das optische Integratorsystem 403 mit der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 ist darin als eine Stufe im Anschluß an den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und das Ablenkungsprisma 424 angeordnet. Wie oben unter Hinweis auf 1(B) beschrieben, ist sowohl die erste Linsenplatte 441 als auch die zweite Linsenplatte 442 ein zusammengesetztes Linsenelement aus Mikrolinsen 443 und 444, die in gleicher Anzahl vorgesehen sind. Hier sei erwähnt, daß jede Mikrolinse der ersten Linsenplatte 441 eine seitlich langgestreckte, rechteckige Gestalt ähnlich wie die zu beleuchtende Zone 404 hat.
Ferner ist bei dieser Ausführungsform in der zweiten Linsenplatte 442 ein Halbwellenplättchen 446, welches als Polaritätsumwandlungselement dient, zwischen einem Satz der Mikrolinsen 444 und einer plankonvexen Linse 445 gebildet. In einem weiter unten noch näher beschriebenen Verfahren ist das Halbwellenplättchen 446 an einer Stelle, an der von der ersten Linsenplatte 441 eine sekundäre Lichtquellenabbildung erzeugt wird, so gebildet, daß es sich in Richtung senkrecht zur optischen Achse L des Systems erstreckt. Im Halbwellenplättchen 446 gebildete Phasenschichten 447 sind so gebildet, daß sie den Stellen entsprechen, an denen regelmäßig sekundäre Lichtquellenabbildungen des p-polarisierten Lichts, unter den sekundären Abbildungen aus s-polarisiertem Licht und p-polarisiertem Licht, entstehen.
Mit der so aufgebauten Polarisationsleuchte 400 wird von dem Lichtquellenabschnitt 401 willkürlich polarisiertes Licht ausgestrahlt, das dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 auftritt, wie in 4(A) gezeigt. Das auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 auftreffende, willkürlich polarisierte Licht kann als Mischlicht aus p-polarisierten und s-polarisierten Lichtkomponenten betrachtet werden. Im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 werden die Mischlichtkomponenten vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 in zwei Arten polarisierten Lichts, nämlich das p-polarisierte Licht und das s-polarisierte Licht seitlich getrennt (übrigens in 4(A) gesehen vertikal). Eine in dem willkürlich polarisierten Licht enthaltene s-polarisierte Lichtkomponente wird vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 reflektiert, so daß sich ihre Ausbreitungsrichtung ändert. Im Gegensatz dazu wird eine darin enthaltene p-polarisierte Lichtkomponente vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 unverändert durchgelassen und erst mal vom Reflexionsfilm 429 reflektiert. Hier ist der Reflexionsfilm 429 so gebildet, daß er zum Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 unter einem Winkel θ geneigt ist. Wenn diese polarisierten Lichtkomponenten von den aus Glas bestehenden Prismen durchgelassen werden, unterscheiden sich die Ausbreitungsrichtungen der beiden Arten polarisierten Lichts geringfügig voneinander um eine Winkeldifferenz von 2θ in Querrichtung (entsprechend der vertikalen Richtung in 4(A), das heißt entsprechend der Längsrichtung der zu beleuchtenden Zone 404).
Beim Austritt aus dem Ablenkungsprisma 424 sind die austretenden Winkel der beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen sich geringfügig voneinander unterscheiden, so gesetzt, daß diese polarisierten Lichtkomponenten Einfallswinkel haben, die nahe symmetrisch zur optischen Achse L des Systems in Querrichtung sind. Diese polarisierten Lichtkomponenten werden veranlaßt, in diesem Zustand auf das optische Integratorsystem 403 aufzutreffen.
Im optischen Integratorsystem 403 treffen die beiden Arten polarisierten Lichts auf die erste Linsenplatte 441 auf, und dann werden sekundäre Lichtquellenabbildungen der zweiten Linsenplatte 442 gebildet. Das Halbwellenplättchen 446 ist an derjenigen Stelle plaziert, an der die sekundären Lichtquellenabbildungen gebildet werden.
Im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 unterscheiden sich die Ausbreitungsrichtungen der beiden Arten polarisierten Lichts geringfügig voneinander in Querrichtung. Damit sind die Einfallswinkel der beiden Arten polarisierten Lichts, welches in die erste Linsenplatte 441 eintritt, geringfügig voneinander verschieden. Wie die aus den beiden Arten polarisierten Lichts gebildeten sekundären Lichtquellenabbildungen veranschaulichen, siehe 4(C), werden bei Betrachtung der zweiten Linsenplatte 442 von der zu beleuchtenden Zone 404 nebeneinander zwei Arten sekundärer Lichtquellenabbildungen geformt, nämlich eine Art sekundärer Lichtquellenabbildung C1 (unter den kreisförmigen Abbildungen die kreisförmigen Zonen, die mit parallelen Schräglinien von oben links nach unten rechts schraffiert sind), die aus einer p-polarisierten Lichtkomponente gebildet ist, und die andere Art sekundärer Lichtquellenabbildung C2 (unter den kreisförmigen Abbildungen kreisförmige Zonen, die mit parallelen Schräglinien von unten links nach oben rechts schraffiert sind), die aus einer s-polarisierten Lichtkomponente gebildet ist. Ferner bildet jede Mikrolinse 443, aus denen die erste Linsenplatte 441 zusammengesetzt ist, eine sekundäre Lichtquellenabbildung C1 als Ergebnis einer p-polarisierten Lichtkomponente und die andere sekundäre Lichtquellenabbildung C2 als Ergebnis einer s-polarisierten Lichtkomponente. Im Gegensatz dazu ist im Halbwellenplättchen 446 die Phasenschicht 447 wahlweise entsprechend Positionen ausgebildet, an denen die sekundären Lichtquellenabbildungen C1 aus dem p-polarisierten Licht resultieren. Beim Durchsetzen der Phasenschicht 447 wird also die Polarisationsrichtung des p-polarisierten Lichts gewendet, um in s-polarisiertes Licht umgewandelt zu werden. Das s-polarisierte Licht andererseits durchsetzt nicht die Phasenschicht 447 und verläßt also das Halbwellenplätchen 446 ohne eine Änderung der Polarisationsrichtung zu erfahren. Folglich werden die meisten der vom optischen Integratorsystem 403 ausgestrahlten Lichtströme als s-polarisiertes Licht abgegeben.
Die Lichtströme, die zu s-polarisiertem Licht gemacht wurden, werden auf die zu beleuchtende Zone 404 gelenkt. Abbildungen von Abbildungsebenen, die mittels der Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 extrahiert wurden, werden von der zweiten Linsenplatte 442 an einer einzigen Stelle so gebildet, daß sie diesen überlagert werden. Beim Durchsetzen des Halbwellenplättchens 446 werden ferner die Lichtkomponenten in polarisiertes Licht einer einzigen Art umgewandelt. Damit erreicht der größte Teil des Lichts die zu beleuchtende Zone 404. Infolgedessen wird die zu beleuchtende Zone 404 mit polarisierten Lichtkomponenten, von denen die meisten aus der einzigen Art bestehen, gleichmäßig beleuchtet.
Wie schon gesagt, wird mit der Polarisationsleuchte 400 dieser Ausführungsform vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 in zwei Arten polarisierten Lichts geteilt, die sich in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten. Danach wird jede der beiden Arten polarisierten Lichts zu einer vorherbestimmten Zone des Halbwellenplättchens 446 geleitet, woraufhin eine p-polarisierte Lichtkomponente in eine s-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt wird. So kann das vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte, willkürlich polarisierte Licht auf die zu beleuchtende Zone in einem Zustand aufgebracht werden, in dem das meiste des polarisierten Lichts s-polarisiertes Lichts sein soll.
Die große Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402, polarisiertes Licht aufzuteilen, ist deshalb nötig, weil die beiden Arten polarisierten Lichts der vorherbestimmten Zone des Halbwellenplättchens 446 zugeführt werden sollen. Bei diesem Beispiel ist der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 aus den aus Glas bestehenden Prismen und dem dielektrischen Mehrschichtfilm aus einem anorganischen Stoff aufgebaut. Die Fähigkeit, polarisiertes Licht zu teilen, die der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 hat, ist also wärmebeständig. Damit kann der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 jederzeit stabil seine Fähigkeit, polarisiertes Licht zu teilen ausüben, sogar wenn die Leuchte eine große Menge Licht abgeben muß. Folglich kann die Polarisationsleuchte verwirklicht werden, die eine zufriedenstellende Fähigkeit hat.
Außerdem haftet das Ablenkungsprisma 424 an der Austrittsfläche 423 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 zwischen diesem Abschnitt 402 und dem optischen Integratorsystem 403 und ist daher auf solche Weise gebildet, daß es mit dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 einstückig ist. Der Verlust an Licht aufgrund der optischen Reflexion, die durch die Grenzfläche zwischen dem Dreiecksäulenprisma 421 und dem Ablenkungsprisma 424 verursacht wird, kann also verringert werden.
Außerdem werden bei dieser Ausführungsform die beiden Arten des vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 ausgestrahlten polarisierten Lichts in Querrichtung getrennt, so daß sich als Formen der Mikrolinsen 444 der zweiten Linsenplatte 442 seitlich langgestreckte Rechtecke ergeben. Daher wird keine Menge an Licht verschwendet, selbst wenn die zu beleuchtende Zone 404 die Gestalt eines seitlich länglichen Rechtecks hat. Hier sei angemerkt, daß eine zu beleuchtende Zone 404, deren Gestalt ein seitlich längliches Rechteck ist, insofern Vorteile hat, daß bei Verwendung einer solchen Zone zum Anzeigen verschiedener Arten von Abbildungen die dargestellten Bilder leichter zu sehen sind und besser gefallen als diejenigen, die die Gestalt eines in Längsrichtung langgestreckten Rechtecks haben.
Übrigens ist die plankonvexe Linse 445 an der Austrittsseite der zweiten Linsenplatte 442 angeordnet, um die zweite Linsenplatte 442 verlassende Lichtströme zu der zu beleuchtenden Zone 404 zu leiten. Folglich kann die plankonvexe Linse 445 weggelassen werden, wenn man als zweite Linsenplatte 442 eine dezentrierte Linse benutzt.
Bei dieser Ausführungsform ist außerdem die Phasenschicht 447 des Halbwellenplättchens 446 an einer Stelle gebildet, wo das p-polarisierte Licht gesammelt wird. Die Phasenschicht 446 kann aber auch an einer Stelle gebildet werden, wo s-polarisiertes Licht gesammelt wird. In diesem Fall wird s-polarisiertes Licht in p-polarisiertes Licht umgewandelt, so daß die polarisierten Lichtkomponenten, die in einen Zustand gebracht wurden, in dem die polarisierten Lichtkomponenten p-polarisiertes Licht sind, auf die zu beleuchtende Zone 404 aufgebracht werden können. Der Ort für die Anordnung des Halbwellenplättchens 446 ist außerdem nicht darauf beschränkt, zwischen der Mikrolinse 449 und der plankonvexen Linse 445 zu sein. Das Halbwellenplättchen 446 kann an anderer Stelle angeordnet werden, solange sich diese in der Nähe eines Ortes befindet, an dem die sekundäre Lichtquellenabbildung gebildet wird.
Außerdem können die zwei Phasenschichten, die unterschiedliche Eigenschaften haben, an einer Stelle angeordnet werden, an der p-polarisiertes Licht gesammelt wird bzw. an einer Stelle, an der s-polarisiertes Licht gesammelt wird, um zu dem Licht gemacht zu werden, das eine einzige spezifizierte Polarisierungsrichtung hat.
Bei dieser Ausführungsform ist übrigens jede der Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 eine seitlich längliche, rechteckige Linse. Im Gegensatz dazu gibt es keine Begrenzung für die Gestalt jeder der Mikrolinsen 444 der zweiten Linsenplatte 442. Da die sekundäre Lichtquellenabbildung C1, die aus p-polarisiertem Licht gebildet wird, und die sekundäre Lichtquellenabbildung C2, die aus s-polarisiertem Licht gebildet wird, in Querrichtung nebeneinander entstehen, wie in 4(C) gezeigt, kann die Gestalt jeder der Mikrolinsen 444 der zweiten Linsenplatte 442 ein seitlich längliches Rechteck ähnlich dem jeder der Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 entsprechend den Orten, an denen solche Abbildungen gebildet werden, sein.
(Ausführungsform 3)
Bei der Ausführungsform 2 ist das Ablenkungsprisma 424 vorgesehen, um der Austrittsrichtung jeder der beiden Arten polarisierten Lichts eine vorherbestimmte Richtung zu geben. Der Ort, an dem das Ablenkungsprisma 424 angeordnet wird, ist nicht auf einen Ort an der Austrittsseite des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht beschränkt, sondern kann auch ein Ort an der Eingangsseite desselben sein, nämlich ein Ort auf Seiten des Lichtquellenabschnitts oder ein Ort neben der ersten Linsenplatte des optischen Integratorsystems.
Die Polarisationsleuchte kann nämlich so gestaltet sein, wie in der Ausführungsform 3 gemäß 5. Die grundlegende Konfiguration dieser Polarisationsleuchte sowie die der nachfolgend beschriebenen Beispiele ähnelt der der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 2. Aus diesem Grund werden mit den gleichen Bezugszeichen Teile bezeichnet, die die gleichen Funktionen haben. Außerdem werden solche Teile nicht noch einmal beschrieben.
Bei der in 5 gezeigten Polarisationsleuchte 500 ist das Ablenkungsprisma 424 ähnlich angeordnet, nämlich zwischen dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und dem optischen Integratorsystem 403. Aber das Ablenkungsprisma 424 ist mit der ersten Linsenplatte 441 des optischen Integratorsystems 403 verbunden und so ausgebildet, daß es mit dem optischen Integratorsystem 403 einstückig ist. Folglich kann der Verlust an Licht aufgrund der optischen Reflexion, die an der Grenzfläche zwischen dem Ablenkungsprisma 424 und der ersten Linsenplatte 441 verursacht wird, verringert werden.
(Ausführungsform 4)
Ähnlich wie im Fall der in 6 gezeigten Polarisationsleuchte 600 ist außerdem das Ablenkungsprisma 424 zwischen dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und dem Lichtquellenabschnitt 401 angeordnet. Ferner ist das Ablenkungsprisma 424 mit der Eintrittsfläche 431 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 verbunden und kann mit dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 einstückig sein. In diesem Fall kann der Lichtverlust aufgrund der optischen Reflexion, die an der Grenzfläche zwischen dem Ablenkungsprisma 424 und dem Dreiecksäulenprisma 421 entsteht, verringert werden. Ferner ist bei einer solchen Konfiguration die erste Linsenplatte 441 des optischen Integratorsystems 403 mit der Austrittsfläche 423 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 verbunden. Das Ablenkungsprisma 424, der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und das optische Integratorsystem 403 können deshalb einstückig miteinander ausgebildet werden. Hierdurch kann der Lichtverlust aufgrund der an der Grenzfläche zwischen ihnen verursachten optischen Reflexion noch weiter verringert werden.
Übrigens kann das Ablenkungsprisma 424 weggelassen werden, wenn die Richtung, längs der sich der Lichtquellenabschnitt 401 erstreckt, gegenüber der optischen Achse L des Systems geringfügig geneigt ist, wie mit den gestrichelten Linien angedeutet.
(Ausführungsform 5)
Bei der in 7 gezeigten Polarisationsleuchte 700 ist im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 der Winkel, den die Eintrittsfläche 431 mit dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 einschließt, 45°. Für den Fall, daß der Winkel zwischen der Eintrittsfläche 431 und dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 nicht mehr als 45° beträgt, braucht das Ablenkungsprisma 424 nur in eine Richtung entgegengesetzt zu der in 4(A) dargestellten gewendet zu werden. Selbst wenn also die Konfiguration des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 geändert wird, ist es unnötig, die Konfiguration des optischen Integratorsystems 403 zu ändern, denn diese kann beibehalten werden.
(Ausführungsform 6)
Bei der in 8 gezeigten Polarisationsleuchte 800 ist die Anordnung der Optiken ähnlich der der Ausführungsform 2. Das Dreiecksäulenprisma 421, welches zusammen mit dem Vierecksäulenprisma 422 den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 bildet, besteht aus einem Prismenstrukturelement 421G, welches sechs transparente Platten besitzt, die die Wände dieses Prismas darstellen, sowie einer Flüssigkeit 421L, mit der das Innere des Prismenstrukturelements 421G gefüllt ist. Damit können die Kosten für das Dreiecksäulenprisma 421 gesenkt werden. Außerdem kann das Gewicht des Dreiecksäulenprismas 421 verringert werden, wenn das Innere des Prismenstrukturelements 421F mit einer Flüssigkeit gefüllt wird, die ein niedriges spezifisches Gewicht hat, wie die Flüssigkeit 421L.
Wenn ein schichtartig zwischen dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 und dem Reflexionsfilm 429 liegender Teil, nämlich das Innere des Vierecksäulenprismas 422 mit transparenter Flüssigkeit gefüllt wird, können Kosten und Gewicht des Vierecksäulenprismas verringert werden.
(Ausführungsform 7)
In dem in 9 gezeigten Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 einer Teilungsvorrichtung für polarisiertes Licht 900 ist ein plattenartiges Vierecksäulenprisma 422 vorgesehen, welches zwei entgegengesetzte Seitenflächen hat, nämlich eine erste Seitenfläche 921, auf der der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet ist, sowie eine zweite Seitenfläche 922, auf der ein Reflexionsfilm 429 gebildet ist. Geneigte Seitenflächenabschnitte 911A, 911B, 911C und 911D kleiner rechtwinkliger Prismen (Dreiecksäulenprismen) 91A, 91B, 91C und 91D sind mit der ersten Seitenfläche 921 des Vierecksäulenprismas 422 so verbunden, daß der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 schichtartig zwischen der ersten Seitenfläche 921 und jedem der geneigten Seitenflächenabschnitte 911A, 911B, 911C und 911D liegt. Kleine Ablenkungsprismen 90A, 90B, 90C und 90D sind mit der Austrittsfläche des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 verbunden, und zwar mit der Austrittsfläche jedes der rechtwinkligen Prismen 91A, 91B, 91C und 91D. Hier ist anzumerken, daß die Anzahl rechtwinkliger Prismen 91A, 91B, 91C und 91D nicht notwendigerweise der der Mikrolinsen 443 gleich ist, die in Richtung der Breite der ersten Linsenplatte 411 ausgerichtet sind.
Mit einer solchen Konfiguration, bei der die rechtwinkligen Prismen 91A bis 91D und die Ablenkungsprismen 90A bis 90D eine kleine Größe haben können, kann trotz der großen Anzahl dieser Prismen das Gewicht und die Kosten der ganzen Vorrichtung verringert werden.
(Ausführungsform 8)
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 der in 10 gezeigten Polarisationsleuchte 1000 umfaßt: ein erstes plattenartiges Vierecksäulenprisma 422, welches zwei entgegengesetzte Seitenflächen hat, nämlich eine erste Seitenfläche 427, auf der der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet ist, sowie eine zweite Seitenfläche 428, auf der ein Reflexionsfilm 429 gebildet ist; und ein zweites Vierecksäulenprisma 422A, welches mit dem ersten Vierecksäulenprisma 422 einstückig so ausgebildet ist, daß sich der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 schichtartig zwischen dem ersten Vierecksäulenprisma 422 und dem zweiten Vierecksäulenprisma 422A befindet. In einer so aufgebauten Polarisationsleuchte 1000 kann der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 aus dünnen ersten und zweiten Vierecksäulenprismen 422 und 422A zusammengesetzt sein. Folglich kann das Gewicht dieses Abschnitts verringert werden.
(Ausführungsform 9)
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 einer in 11 gezeigten Polarisationsleuchte 1100 umfaßt ein erstes Dreiecksäulenprisma 1102, auf dessen geneigter Oberfläche der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet ist, und ein zweites Dreiecksäulenprisma 1104, auf dessen geneigter Oberfläche der Reflexionsfilm 429 gebildet ist. Das erste Dreiecksäulenprisma 1102 und das zweite Dreiecksäulenprisma 1104 sind mittels nicht gezeigter Rahmen oder dergleichen so befestigt, daß ein vorherbestimmter Spalt G zwischen der geneigten Oberfläche 1101 (auf der der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet ist) und der geneigten Oberfläche 1103 (auf der der Reflexionsfilm 429 gebildet ist) entsteht, und sie sind einstückig miteinander. Das Innere des Spalts G ist mit Flüssigkeit H gefüllt. Außerdem ist die Flüssigkeit H im Spalt G durch ein Dichtmittel 1105 gehalten.
Bei einer so aufgebauten Polarisationsleuchte 1100 kann der Spalt G willkürlich verengt werden, anders als in dem Fall, wo ein Spalt zwischen dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 und dem Reflexionsfilm 429 gesichert und ein vorherbestimmter Winkel θ durch Heranziehen der Dicke des Prismas vorherbestimmt ist, wie bei der Ausführungsform 2 oder 8. Diese Ausführungsform hat also insofern einen Vorteil, als der Lichtverlust verringert werden kann.
(Ausführungsform 10)
12 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Draufsicht auf die Konfiguration eines primären Teils einer Polarisationsleuchte der Ausführungsform 10 und zur Darstellung einer Außenansicht der Konfiguration von Prismen, die bei dieser Polarisationsleuchte im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht verwendet sind.
Ähnlich wie die Polarisationsleuchte der Ausführungsform 2 hat, wie 12(A) zeigt, die Polarisationsleuchte 1200 dieses Beispiels einen Lichtquellenabschnitt 401, einen Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 und ein optisches Integratorsystem 403, die längs einer optischen Achse L des Systems angeordnet sind. Diese Leuchte ist so aufgebaut, daß vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes Licht eine zu beleuchtende rechteckige Zone 404 durch den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 und das optische Integratorsystem 403 erreicht. Übrigens ist der Lichtquellenabschnitt 401 der zu beleuchtenden rechteckigen Zone 404 zugewandt, und die optische Achse L des gesamten Systems ist eine Gerade.
Ähnlich wie im Fall der Ausführungsform 2 ist der Lichtquellenabschnitt 401 so gestaltet, daß von der Lichtquellenlampe 411 ausgehendes, willkürlich polarisiertes Licht von einem Parabolreflektor 412 in einer einzigen Richtung reflektiert wird und dadurch zu einem Bündel nahezu paralleler Lichtstrahlen (Lichtstrom) wird, die dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 auftreffen. Es ist anzumerken, daß der Lichtquellenabschnitt 401 in eine Richtung weist, die unter einem vorherbestimmten Winkel zur optischen Achse L des Systems gekippt ist.
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 ist aus quadratgestängeartigen Prismenverbundelementen 1205A, 1250B, 1205C und 1205D zusammengesetzt, von denen jedes aus ersten und zweiten rechtwinkligen Prismen 1202 und 1203 (nämlich Dreieckprismen) und einem ebenen Viereckprisma 1204 besteht.
Wie 12(B) zeigt, ist für jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205D der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 auf einer der beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 1211 und 1212 des Viereckprismas 1204, und zwar auf der ersten Seitenfläche 1211 gebildet. Ferner ist der Reflexionsfilm 429 auf der zweiten Seitenfläche 1212 gebildet. Die geneigte Oberfläche 1221 des ersten Dreiecksäulenprismas 1202 ist mit der ersten Seitenfläche 1211 des Viereckprismas 1204 so verbunden, daß der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 sich schichtartig zwischen den Flächen 1211 und 1221 befindet. Ferner ist die geneigte Oberfläche 1231 des zweiten Dreiecksäulenprismas 1203 mit der zweiten Seitenfläche 1212 des Viereckprismas 1204 so verbunden, daß der Reflexionsfilm 429 sich schichtartig zwischen den Flächen 1212 und 1231 befindet. Übrigens hat das Prismenverbundelement 1205E lediglich die Aufgabe, das von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte, willkürlich polarisierte Licht zu reflektieren. Infolgedessen ist darin der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 nicht gebildet. Anstelle des Prismenverbundelements 1205E kann also ein anderes optisches Bauelement mit einer Reflexionsfunktion benutzt werden.
Die in der genannten Weise gestalteten Prismenverbundelemente 1205A bis 1205E weisen in die gleiche Richtung und sind in einer Reihe in Querrichtung ausgerichtet, die senkrecht zur optischen Achse L des Systems verläuft. Deshalb sind unter den Prismenverbundelementen 1205A bis 1205D die Teilungsfilme für polarisiertes Licht 426 ebenso parallel zueinander wie die Reflexionsfilme 429.
Jeder der Teilungsfilme für polarisiertes Licht 426 ist hierbei so gebildet, daß er unter einem Winkel α zur Eintrittsfläche des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1201 geneigt ist. Bei diesem Beispiel ist der Winkel α 45°. Jeder der Reflexionsfilme 429 ist so gebildet, daß er unter einem Winkel θ zu einem entsprechenden der Teilungsfilme für polarisiertes Licht 426 gekippt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist das erste und zweite Dreieckprisma 1202 und 1203 sowie das Vierecksäulenprisma 1204 aus wärmebeständigem Glas gemacht. Der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 besteht aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm. Der Reflexionsfilm 429 ist ein gewöhnlicher, aufgedampfter Film aus Aluminium.
Um noch einmal auf 12(A) zurückzukommen, ist bei diesem Beispiel eine Richtung, in der vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 ausgehendes, polarisiertes Licht sich ausbreitet, dadurch geregelt, daß der Lichtquellenabschnitt 401 in eine Richtung gerichtet wird, die unter einem vorherbestimmten Winkel zur optischen Achse L des Systems gekippt ist. Folglich ist ein Ablenkungsprisma weggelassen.
Bei dieser Ausführungsform durchsetzt vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes Licht, wie noch näher beschrieben wird, den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201, indem es in Querrichtung um einen Abstand verschoben wird (das heißt in Richtung nach oben in 12(B)), der der Breite jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205B entspricht. Der Lichtquellenabschnitt 401 ist also gegenüber der optischen Achse L des Systems in eine Richtung (nämlich in Abwärtsrichtung in 12(B)) entgegengesetzt zu der Richtung verschoben, in der das Licht verschoben ist, und zwar um einen Abstand, der der Breite jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205E entspricht.
Das aus zwei Linsenplatten, nämlich der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 bestehende optische Integratorsystem ist in einer Stufe im Anschluß an den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 angeordnet. Sowohl die erste Linsenplatte 441 als auch die zweite Linsenplatte 442 ist ein zusammengesetztes Linsenelement, welches mit Mikrolinsen 443 bzw. 444 in gleicher Anzahl versehen ist. Jede der Mikrolinsen 443 ist ein Rechteck entsprechend der zu beleuchtenden Zone 404 und hat eine Gestalt ähnlich der der Zone 404. Ferner ist in der zweiten Linsenplatte 442 das Halbwellenplättchen 446 zwischen den Mikrolinsen 444 und der plankonvexen Linse 451 gebildet, die an der Austrittsseite angeordnet ist. Im Halbwellenplättchen 446 sind die Phasenschichten 447 an Orten gebildet, an denen von der ersten Linsenplatte 441 sekundäre Lichtquellenabbildungen gebildet werden. Außerdem sind die Phasenschichten 447 regelmäßig an Stellen gebildet, an denen jeweils eine sekundäre Lichtquellenabbildung aus entweder einer s-polarisierten Lichtkomponente oder einer p-polarisierten Lichtkomponente, und zwar aus dem p-polarisierten Licht gebildet wird.
In der so aufgebauten Polarisationsleuchte 1200 wird von dem Lichtquellenabschnitt 401 willkürlich polarisiertes Licht ausgestrahlt, welches dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 auftrifft. Das in den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 eingefallene, willkürlich polarisierte Licht wird zuerst vom Reflexionsfilm 429 in Querrichtung reflektiert. Dann fällt das reflektierte Licht auf die angrenzenden Prismenverbundelemente 1205A bis 1205D. Hier kann man das willkürlich polarisierte Licht als Mischlicht aus p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht betrachten. Das Mischlicht wird also vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 in zwei Arten polarisierten Lichts, nämlich p-polarisiertes und s-polarisiertes Licht seitlich getrennt. Und zwar wird eine s-polarisierte Lichtkomponente, die in dem zu den Prismenverbundelementen 1205A bis 1205D verschobenen, willkürlich polarisierten Licht enthalten ist, von dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 reflektiert, so daß die Ausbreitungsrichtung, in der sich die s-polarisierte Lichtkomponente fortpflanzt, geändert wird. Im Gegensatz dazu wird eine darin enthaltene p-polarisierte Lichtkomponente vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 ohne irgendeine Änderung durchgelassen und erstmals vom Reflexionsfilm 429 reflektiert. Hier ist der Reflexionsfilm 429 so gebildet, daß er unter einem Winkel θ zum Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 geneigt ist. Die Ausbreitungsrichtungen der beiden Arten polarisierten Lichts sind geringfügig voneinander verschieden, und zwar um eine Winkeldifferenz von 2Ú in Querrichtung, wenn diese polarisierten Lichtkomponenten von den jeweiligen Prismen aus Glaswerkstoffen durchgelassen werden.
Außerdem werden die beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen voneinander unterschiedlich gemacht sind, veranlaßt, auf das optische Integratorsystem 403 aufzutreffen.
Im optischen Integratorsystem 403 fallen die beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen sich geringfügig voneinander unterscheiden, auf die erste Linsenplatte 441 und bilden dann auf der zweiten Linsenplatte 442 sekundäre Lichtquellenabbildungen. An der Stelle, an der die sekundären Lichtquellenabbildungen entstehen, ist das Halbwellenplättchen 446 angeordnet. Im Halbwellenplättchen 446 sind die Phasenschichten 447 wahlweise entsprechend denjenigen Stellen gebildet, an denen aus dem p-polarisierten Licht die sekundären Lichtquellenabbildungen entstehen. Beim Durchsetzen der Phasenschichten 447 wird also die Polarisationsrichtung des p-polarisierten Lichts gewendet, so daß p-polarisiertes Licht in s-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Andererseits verläuft das s-polarisierte Licht nicht durch die Phasenschicht 447 und durchsetzt infolgedessen das Halbwellenplättchen 446, ohne eine Änderung seiner Polarisationsrichtung zu erfahren. Die meisten der vom optischen Integratorsystem 403 ausgestrahlten Lichtströme werden also zu s-polarisiertem Licht gemacht. Die auf diese Weise erhaltenen Ströme s-polarisierten Lichts werden mittels der dezentrierten Linse 1231 auf die zu beleuchtende Zone 404 gerichtet.
Wie schon gesagt, wird mit der Polarisationsleuchte 1200 dieser Ausführungsform das von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte, willkürlich polarisierte Licht vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 in zwei Arten polarisierten Lichts aufgeteilt, die sich in unterschiedlichen Richtungen ausbreiten, jede der beiden Arten polarisierten Lichts wird zu einem vorherbestimmten Bereich des Halbwellenplättchens 446 geleitet, woraufhin eine p-polarisierte Lichtkomponente in eine s-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt wird. Die Polarisationsleuchte 1200 gemäß dieser Ausführungsform übt also ihre Wirkungen so aus, daß von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht auf die zu beleuchtende Zone 404 geleitet werden kann, während der größte Teil des polarisierten Lichts sich in einem Zustand s-polarisierten Lichts befindet. Es sei darauf hingewiesen, daß die große Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1201, polarisiertes Licht aufzuspalten, nötig ist, um jede der beiden Arten polarisierten Lichts zum vorherbestimmten Bereich des Halbwellenplättchens 446 zu leiten. Aber bei diesem Beispiel besteht der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 aus Prismen aus Glas und dem dielektrischen Mehrschichtfilm. Die Fähigkeit zur Spaltung polarisierten Lichts, die der Teilungsabschnitt 1201 für polarisiertes Licht hat, ist also wärmebeständig. Deshalb übt der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 jederzeit auch dann eine stabile Teilungsfähigkeit für polarisiertes Licht aus, wenn die Leuchte eine große Menge Licht abgeben muß. Folglich kann die Polarisationsleuchte verwirklicht werden, die eine zufriedenstellende Fähigkeit hat.
Ferner werden bei dieser Ausführungsform die vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 ausgestrahlten beiden Arten polarisierten Lichts in Querrichtung getrennt. Folglich sind die Mikrolinsen 444 der zweiten Linsenplatte 442 so gebildet, daß deren Gestalten seitlich verlängerte Rechtecke sind. Die Zone 404, deren Gestalt ein seitlich verlängertes Rechteck ist, kann also beleuchtet werden, ohne irgendeine Menge an Licht zu verschwenden. Hier sei erwähnt, daß die Verwendung einer zu beleuchtenden Zone 404, deren Gestalt ein seitlich längliches Rechteck ist, den Vorteil hat, daß beispielsweise bei Verwendung einer solchen Zone zum Anzeigen verschiedener Arten von Abbildungen, die gezeigten Bilder leicht zu sehen sind und gut gefallen im Vergleich zur dem Fall, bei dem ein Projektionsmuster verwendet wird, dessen Gestalt ein seitlich verlängertes Rechteck ist.
(Beispiel einer Abwandlung der Ausführungsform 10)
Ausführungsform 10 befindet sich übrigens in einem Zustand, in dem die Breite jeder der Mikrolinsen 44 der ersten Linsenplatte 441 der jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205E in Form von Viereckprismen gleicht. Angenommen, die Breite W1 jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205E sei (1/n) mal die Breite W2 jeder der rechteckigen Linsen 443 der ersten Linsenplatte 441, wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, ist eine solche Bedingung äquivalent zu der Bedingung, daß n = 1. Mit allmählicher Erhöhung von n auf 2, 3 ... nimmt die Breite jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205E ab. Es kann also die Dicke jedes der Prismenverbundelemente 1205A bis 1205E reduziert werden.
Wenn zum Beispiel n auf 2 gesetzt ist, erhält der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 der Polarisationsleuchte 1250 die in 13 gezeigte Gestalt. Und zwar ist die Breite W1 jedes der vierecksäulenartigen Prismenverbundelemente 1205A, 1205B, 1205C ... 1/2 mal die Breite W2 jeder der rechteckigen Linsen 443 der ersten Linsenplatte 441. In diesem Fall kann die Dicke des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1201 verkleinert werden. Außerdem kann der Abstand X verkleinert werden, um den der Lichtquellenabschnitt 401 von der optischen Achse L verschoben ist.
Bei dem in 12 gezeigten Beispiel ist hingegen der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 im Lichtquellenabschnitt der ersten Linsenplatte 441 angeordnet. Statt dessen kann aber der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 zwischen der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 angeordnet werden.
(Ausführungsform 11)
14 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Draufsicht auf einen primären Teil einer Polarisationsleuchte der Ausführungsform 11. Ähnlich wie bei der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 2 hat die Polarisationsleuchte 1400 dieses Beispiels einen Lichtquellenabschnitt 401, einen Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 und ein optisches Integratorsystem 403, die längs einer optischen Achse L des Systems angeordnet sind. Diese Leuchte ist so aufgebaut, daß vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes Licht durch den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 und das optische Integratorsystem 403 eine zu beleuchtende rechteckige Zone 404 erreicht. Der Lichtquellenabschnitt 401 ist der zu beleuchtenden rechteckigen Zone 404 zugewandt, und die optische Achse L des ganzen Systems ist eine Gerade.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform 2 ist der Lichtquellenabschnitt 401 so aufgebaut, daß von der Lichtquellenlampe 411 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht von einem Parabolreflektor 412 in einer einzigen Richtung reflektiert wird und damit zu einem Bündel nahezu paralleler Lichtstrahlen (Lichtstrom) wird, die dann in den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 einfallen.
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 ist aus quadratgestängeartigen Prismenverbundelementen 1404A, 1404B, 1404C und 1404D zusammengesetzt, von denen jedes aus ersten und zweiten rechtwinkligen Prismen 1402 und 1403 (nämlich Dreieckprismen) besteht.
In jedem der Prismenverbundelemente 1404A bis 1404E ist der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 auf einer geneigten Fläche 1411 des ersten Dreiecksäulenprismas 1402 gebildet. Die geneigte Fläche 1412 des zweiten Dreiecksäulenprismas 1403 ist mit der geneigten Fläche 1411 des ersten Dreiecksäulenprismas 1402 so verbunden, daß der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 sich schichtartig zwischen den Flächen 1411 und 1412 befindet. Das Prismenverbundelement 1404A hat nur die Funktion, s-polarisiertes Licht zu reflektieren, welches vom Prismenverbundelement 1404B getrennt wurde.
Die so aufgebauten Prismenverbundelemente 1404A bis 1404E weisen in die gleiche Richtung und sind in einer Reihe in Querrichtung ausgerichtet, die senkrecht zur optischen Achse L des Systems verläuft. Bei dieser Ausführungsform haben die Prismenverbundelemente 1404A bis 1404E die gleiche Breite, unterscheiden sich aber in der Dicke. Deshalb sind die Winkel zwischen den jeweiligen Prismenverbundelementen 1404B bis 1404E und der Eintrittsfläche 1421 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1401 geringfügig unterschiedlich voneinander.
Bei dieser Ausführungsform ist das erste und das zweite Dreiecksäulenprisma 1402 und 1403 aus wärmebeständigem Glas hergestellt. Der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 besteht aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm.
Auch wenn die Richtung, in der vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 ausgestrahltes, polarisiertes Licht sich ausbreitet, mit Hilfe eines Ablenkungsprismas geregelt werden kann, ist bei diesem Beispiel eine Richtung, in der das vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 ausgestrahlte, polarisierte Licht geregelt wird, bei diesem Beispiel so, daß der Lichtquellenabschnitt 401 in eine Richtung gerichtet wird, die unter einem vorherbestimmten Winkel zur optischen Achse L des Systems gekippt ist. Deshalb ist bei diesem Beispiel das Ablenkungsprisma weggelassen.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform 10 durchsetzt von dem Lichtquellenabschnitt 40i ausgestrahltes Licht den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401, indem es in Querrichtung (in Aufwärtsrichtung, in 14 gesehen) im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 um eine Entfernung verschoben ist, die der Breite jedes der Prismenverbundelemente 1404A bis 1404E entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist also der Lichtquellenabschnitt 401 so angeordnet, daß er in einer Richtung (in Abwärtsrichtung in 14 gesehen) entgegengesetzt zur Richtung, in der das Licht verschoben ist, gegenüber der optischen Achse L des Systems um eine Entfernung verschoben ist, die der Breite jedes der Prismenverbundelemente 1404A bis 1404E entspricht.
Das aus zwei Linsenplatten, nämlich der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 bestehende optische Integratorsystem ist in einer Stufe im Anschluß an den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1404 angeordnet. Sowohl die erste Linsenplatte 441 als auch die zweite Linsenplatte 442 ist ein zusammengesetztes Linsenelement, versehen mit Mikrolinsen 443 und Mikrolinsen 444, deren Anzahl gleich ist. Jede der Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 ist rechteckig, entsprechend der zu beleuchtenden Zone 404 und hat eine Gestalt ähnlich der zu beleuchtenden Zone 404. Unter den Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 fällt nur p-polarisiertes oder s-polarisiertes Licht auf die an beiden Enden derselben vorgesehenen Mikrolinsen 443A (nämlich die schraffierten Mikrolinsen). Die Richtungen, in denen p-polarisierte oder s-polarisierte Lichtkomponenten von den Mikrolinsen 443A ausgestrahlt werden, unterscheiden sich also von den Richtungen, in denen die p-polarisierten oder s-polarisierten Lichtkomponenten von anderen Teilen derselben abgestrahlt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist in der zweiten Linsenplatte 442 das Halbwellenplättchen 1430 zwischen den Mikrolinsen 444 und der plankonvexen Linse 445 gebildet, die an der Austrittsseite angeordnet ist. Im Halbwellenplättchen 1430 sind die Phasenschichten 1431 regelmäßig an Stellen gebildet, an denen jeweils eine sekundäre Lichtquellenabbildung entweder von einer s-polarisierten Lichtkomponente oder einer p-polarisierten Lichtkomponente gebildet wird, nämlich vom p-polarisierten Licht gebildet wird.
In der Polarisationsleuchte 1400 mit einem solchen Aufbau wird vom Lichtquellenabschnitt 401 willkürlich polarisiertes Licht ausgestrahlt und trifft dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 auf. Das willkürlich polarisierte Licht wird nach dem Einfallen in den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 in Querrichtung vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 in zwei Arten polarisierten Lichts getrennt, nämlich in p-polarisiertes Licht und s-polarisiertes Licht.
Dieses Prinzip wird als Beispiel nachfolgend unter Hinweis auf den Fall näher beschrieben, bei dem das Prinzip auf willkürlich polarisiertes Licht angewandt wird, welches in das Prismenverbundelement 1404C eingetreten ist. Zunächst wird eine s-polarisierte Lichtkomponente, die in dem in das Prismenverbundelement 1404C eingetretenen, willkürlich polarisierten Licht enthalten ist, vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 reflektiert, und damit wird die Richtung, in der sich die s-polarisierte Lichtkomponente ausbreitet, geändert. Dann trifft die s-polarisierte Lichtkomponente auf das benachbarte Prismenverbundelement 1404B auf. Als nächstes wird die s-polarisierte Lichtkomponente von dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 im Prismenverbundelement 1404B reflektiert. Anschließend wird die s-polarisierte Lichtkomponente vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 ausgestrahlt. Andererseits wird die in dem willkürlich polarisierten Licht enthaltene p-polarisierte Lichtkomponente vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 im Prismenverbundelement 1404C unverändert durchgelassen. In den Prismenverbundelementen 1404B bis 1404E sind die Winkel zwischen den Teilungsfilmen für polarisiertes Licht 426 und der Eintrittsfläche 1421 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1401 geringfügig voneinander um einen Winkel θ' verschieden. In den aus Glaswerkstoffen bestehenden Prismen wird also der seitliche Unterschied zwischen den Ausbreitungsrichtungen des polarisierten Lichts der beiden Arten um einen kleinen Winkel größer.
Die beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen voneinander unterschiedlich gemacht wurden, werden veranlaßt, in das optische Integratorsystem 403 einzufallen.
Im optischen Integratorsystem 403 treffen die beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen sich geringfügig voneinander unterscheiden, auf die erste Linsenplatte 441 auf und bilden dann jeweilige Lichtquellenabbildungen in der zweiten Linsenplatte 442. An der Stelle, wo die sekundären Lichtquellenabbildungen gebildet werden, ist das Halbwellenplättchen 1430 gebildet. Im Halbwellenplättchen 1430 sind die Phasenschichten 1431 wahlweise entsprechend denjenigen Orten gebildet, an denen sekundäre Lichtquellenabbildungen von den p-polarisierten Lichtkomponenten gebildet werden. Beim Durchsetzen der Phasenschichten 1431 wird also die Polarisationsrichtung der p-polarisierten Lichtkomponenten gewendet, so daß das p-polarisierte Licht in s-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Das s-polarisierte Licht andererseits durchsetzt nicht die Phasenschicht 1431 und tritt folglich durch das Halbwellenplättchen 1430 ohne irgendeine Änderung seiner Polarisationsrichtung hindurch. Folglich ist der größte Teil der Lichtströme, die vom optischen Integratorsystem 403 ausgestrahlt werden, s-polarisiertes Licht. Die auf diese Weise erhaltenen Ströme des s-polarisierten Lichts werden mit Hilfe der dezentrierten Linse 1231 auf die zu beleuchtende Zone 404 aufgebracht.
Wie gesagt, wird bei der Polarisationsleuchte 1400 dieser Ausführungsform nach dem Teilen des vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlten, willkürlich polarisierten Lichts durch den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 in zwei Arten von polarisiertem Licht, die sich in unterschiedlichen Richtungen fortpflanzen, jede der beiden Arten polarisierten Lichts zu einem vorherbestimmten Bereich des Halbwellenplättchens 1430 geleitet, woraufhin eine p-polarisierte Lichtkomponente in eine s-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt wird. Die Polarisationsleuchte 1400 dieses Beispiels hat also die Wirkung, daß vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht auf die zu beleuchtende Zone 404 gebracht werden kann, während das meiste polarisierte Licht sich in einem Zustand s-polarisierten Lichts befindet. Bei diesem Beispiel ist aber der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 aus Prismen aus Glas und dem dielektrischen Mehrschichtfilm aufgebaut. Damit ist die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1401, polarisiertes Licht aufzuspalten, wärmebeständig. Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 übt also jederzeit, sogar wenn die Leuchte eine große Menge Licht abgeben muß, eine stabile Fähigkeit zur Aufspaltung polarisierten Lichts aus. Infolgedessen kann die Polarisationsleuchte verwirklicht werden, die eine zufriedenstellende Fähigkeit hat.
Bei dieser Ausführungsform werden ferner die vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 ausgestrahlten beiden Arten polarisierten Lichts in Querrichtung voneinander getrennt. Damit eignet sich diese Ausführungsform zum Beleuchten der Zone 404, deren Gestalt ein seitlich längliches Rechteck ist.
Übrigens befindet sich bei dieser Ausführungsform der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 zwischen der ersten Linsenplatte 441 und dem Lichtquellenabschnitt. Statt dessen kann der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1401 auch zwischen der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 vorgesehen sein.
(Ausführungsform 12)
15 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung einer Draufsicht auf einen primären Teil der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 12. Wie diese Figur zeigt, hat die Polarisationsleuchte 1500 dieser Ausführungsform, ähnlich wie die Polarisationsleuchte der Ausführungsform 10 einen Lichtquellenabschnitt 401, einen Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 und ein optisches Integratorsystem 403, die längs einer optischen Achse L des Systems angeordnet sind. Die Leuchte ist so aufgebaut, daß vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes Licht eine zu beleuchtende rechteckige Zone 404 durch den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 und das optische Integratorsystem 403 erreicht. Der Lichtquellenabschnitt 401 ist der zu beleuchtenden rechteckigen Zone 404 zugewandt, und die optische Achse L des gesamten Systems ist eine Gerade. Bei dieser Ausführungsform ist die Richtung, in der sich das vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 abgegebene, polarisierte Licht ausbreitet, ähnlich geregelt, indem der Lichtquellenabschnitt 401 in eine Richtung weist, in der er unter einem vorherbestimmten Winkel zur optischen Achse L des Systems gekippt ist. Dadurch wird bei dieser Ausführungsform das Ablenkungsprisma weggelassen.
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 ist aus quadratgestängeartigen Prismenverbundelementen 1504A, 1504B, 1504C, 1504D, 1504E und 1504 zusammengesetzt, von denen jedes aus einem ersten und einem zweiten Dreiecksäulenprisma 1502 und 1503 besteht (nämlich Dreisäulenprismen).
In jedem der Prismenverbundelemente 1404A bis 1404E ist der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 auf einer geneigten Fläche 1510 des ersten Dreiecksäulenprismas 1502 gebildet. Die geneigte Fläche 1511 des zweiten Dreiecksäulenprismas 1503 ist mit der geneigten Fläche 1510 des ersten Dreiecksäulenprismas 1502 so verbunden, daß der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 sich zwischen den Flächen 1510 und 1511 befindet.
Bei den so gestalteten Prismenverbundelementen 1504A bis 1504E befinden sich die auf einer Seite der optischen Achse L des Systems vorgesehenen Teilungsfilme für polarisiertes Licht 426 gegenüber denjenigen auf der anderen Seite der Achse L. Bei Betrachtung vom Lichtquellenabschnitt 401 sind die auf der rechten Seite der optischen Achse L des Systems vorgesehenen Teilungsfilme 426 nach außen gewandt, ähnlich sind die auf der linken Seite der optischen Achse L des Systems vorgesehenen Teilungsfilme 426 nach außen gewandt. Ferner haben die Prismenverbundelemente 1504A bis 1504 die gleiche Breite, unterscheiden sich aber in der Dicke voneinander. Deshalb unterscheiden sich die Winkel voneinander, die die Teilungsfilme für polarisiertes Licht der Prismenverbundelemente 1504B bis 1504E jeweils mit der Eintrittsfläche 1530 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1502 einschließen. Übrigens haben die Prismenverbundelemente 1504A und 1504 nur die Funktion, s-polarisiertes Licht zu reflektieren, welches von den Prismenverbundelementen 1504B bzw. 1504E getrennt wurde.
Bei dieser Ausführungsform ist das erste und das zweite Dreiecksäulenprisma 1502 und 1503 aus wärmebeständigem Glas gemacht. Die Teilungsfilme für polarisiertes Licht 426 bestehen aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm.
Das aus zwei Linsenplatten, nämlich der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 bestehende optische Integratorsystem 403 ist in einer Stufe im Anschluß an den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 angeordnet. Sowohl die erste Linsenplatte 441 als auch die zweite Linsenplatte 442 ist ein zusammengesetztes Linsenelement, versehen mit Mikrolinsen 443 und Mikrolinsen 444 in gleicher Anzahl. Jede der Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 ist rechteckig entsprechend der zu beleuchtenden Zone 404 und hat eine Gestalt ähnlich der zu beleuchtenden Zone 404. Unter den Mikrolinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 fällt auf die an beiden Enden derselben vorgesehenen Mikrolinsen 443A (schraffierte Mikrolinsen) übrigens nur s-polarisiertes Licht. Die Richtungen, in denen s-polarisierte Lichtkomponenten von den Mikrolinsen 443A ausgegeben werden, unterscheiden sich also von den Richtungen, in denen die s-polarisierten Lichtkomponenten von anderen Teilen ausgegeben werden.
Bei dieser Ausführungsform ist in der zweiten Linsenplatte 442 das Halbwellenplättchen 1550 zwischen den Mikrolinsen 444 und der plankonvexen Linse 445 gebildet, die an der Austrittsseite angeordnet ist. Im Halbwellenplättchen 1550 sind die Phasenschichten 1551 an Stellen gebildet, an denen jeweils eine sekundäre Lichtquellenabbildung entweder von einer s-polarisierten Lichtkomponente oder einer p-polarisierten Lichtkomponente gebildet wird, nämlich vom p-polarisierten Licht.
In der so aufgebauten Polarisationsleuchte 1500 wird willkürlich polarisiertes Licht vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlt und trifft dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 auf. Nach dem Auftreffen auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 wird das willkürlich polarisierte Licht in Querrichtung in zwei Arten polarisierten Lichts getrennt, nämlich in eine p-polarisierte und eine s-polarisierte Lichtkomponente. In den Prismenverbundelementen 1504B bis 1504E sind die Winkel zwischen den Teilungsfilmen für polarisiertes Licht 426 und der Einfallsfläche 1530 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1501 voneinander um einen Winkel θ' geringfügig verschieden. Dadurch wird in den aus Glaswerkstoffen gemachten Prismen der seitliche Unterschied zwischen den Ausbreitungsrichtungen des polarisierten Lichts der beiden Arten um einen kleinen Winkel größer. Außerdem werden die beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen unterschiedlich gemacht wurden, veranlaßt, in das optische Integratorsystem 403 einzufallen. Im optischen Integratorsystem 403 treffen die beiden Arten polarisierten Lichts, deren Ausbreitungsrichtungen vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 geringfügig unterschiedlich gemacht wurden, auf die erste Linsenplatte 441 und bilden dann jeweils sekundäre Lichtquellenabbildungen in der zweiten Linsenplatte 442. Die Phasenschichten 1551 sind unter den Orten, an denen sekundäre Abbildungen gebildet werden, wahlweise entsprechend denjenigen Orten gebildet, wo sekundäre Lichtquellenabbildungen aus dem p-polarisierten Licht gebildet werden. Beim Durchsetzen der Phasenschichten 1551 wird also die Polarisationsrichtung der p-polarisierten Lichtkomponenten gewendet, so daß das p-polarisierte Licht in s-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Das s-polarisierte Licht andererseits durchsetzt nicht die Phasenschicht 1551 und tritt deshalb ohne eine Änderung seiner Polarisationsrichtung durch das Halbwellenplättchen 1550 hindurch. Der größte Teil der vom optischen Integratorsystem 403 ausgestrahlten Lichtströme wird also zu s-polarisiertem Licht. Die auf diese Weise erhaltenen Ströme s-polarisierten Lichts werden mittels der plankonvexen Linse 445 auf die zu beleuchtende Zone 404 gerichtet.
Wie schon gesagt, wird mit der Polarisationsleuchte 1500 dieser Ausführungsform nach dem Aufspalten des vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlten, willkürlich polarisierten Lichts mittels des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1501 in zwei Arten polarisierten Lichts, die sich in unterschiedlichen Richtungen fortpflanzen, jede der beiden Arten polarisierten Lichts einem vorherbestimmten Bereich des Halbwellenplättchens 1550 zugeführt, woraufhin eine p-polarisierte Lichtkomponente in eine s-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt wird. Die Polarisationsleuchte 1500 dieses Beispiels hat also die Wirkung, daß vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht auf die zu beleuchtende Zone 404 aufgebracht werden kann, während das meiste polarisierte Licht sich in einem Zustand s-polarisierten Lichts befindet. Ferner besteht bei dieser Ausführungsform der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 aus Prismen, die aus Glas gemacht sind, und dem dielektrischen Mehrschichtfilm. Damit ist die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1501, polarisiertes Licht aufzuspalten, wärmebeständig. Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 hat also jederzeit die beständige Fähigkeit, polarisiertes Licht zu spalten, sogar wenn die Leuchte eine große Menge Licht abgeben muß. Infolgedessen kann die Polarisationsleuchte verwirklicht werden, die eine zufriedenstellende Fähigkeit hat.
Ferner werden bei dieser Ausführungsform die beiden Arten des vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 ausgestrahlten polarisierten Lichts in Querrichtung getrennt. Diese Ausführungsform eignet sich also zum Beleuchten der Zone 404, deren Gestalt ein seitlich längliches Rechteck ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 zwischen der ersten Linsenplatte 441 und dem Lichtquellenabschnitt angeordnet. Statt dessen kann der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1501 aber auch zwischen der ersten Linsenplatte 441 und der zweiten Linsenplatte 442 vorgesehen sein.
(Beispiel der Projektionsanzeige mit der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 10)
Die vorstehend beschriebenen Polarisationsleuchten der Ausführungsformen 2 bis 12 können in Projektionsanzeigen verwendet werden, die mit Flüssigkristalllichtventilen versehen sind.
16 zeigt ein Beispiel der Anwendung der Leuchte der Ausführungsform 10 auf eine Projektionsanzeige (einen Flüssigkristall-Projektor).
Wie die Figur zeigt, ist eine Projektionsanzeige 1600 mit dem Lichtquellenabschnitt 401 versehen. Im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 wird vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes willkürlich polarisiertes Licht in zwei Arten polarisierten Lichts getrennt. Von den beiden Arten polarisierten Lichts wird eine p-polarisierte Lichtkomponente vom Halbwellenplättchen 446 des optischen Integratorsystems 403 in eine s-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt.
Aus dem Strom des von der Polarisationsleuchte 1600 ausgestrahlten Lichts werden rote Strahlen durchgelassen, während blaue und grüne Strahlen vom blau und grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1601 reflektiert werden. Die roten Strahlen werden dann von einem Reflexionsspiegel 1602 reflektiert und erreichen damit das erste Flüssigkristalllichtventil 1603. Von den blauen und grünen Strahlen hingegen werden die grünen Strahlen von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1604 reflektiert und erreichen damit ein zweites Flüssigkristalllichtventil 1605.
Es sei hier angemerkt, daß das blaue Licht eine optische Weglänge hat, die länger ist als die der beiden anderen Farben (übrigens ist die optische Weglänge des roten Lichts gleich der des grünen Lichts). Für blaue Strahlen ist eine Lichtleiteinrichtung 1650 vorgesehen, die ein Übertragungslinsensystem umfaßt, welches aus einer Linse 1606 an der Eintrittsseite, einer Übertragungslinse 1608 und einer Linse 1610 an der Austrittsseite besteht. Nachdem das blaue Licht von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1604 durchgelassen wurde, wird es zunächst durch die Linse 1606 und mittels eines Reflexionsspiegels 1607 zur Übertragungslinse 1608 geleitet. Nachdem es in dieser Übertragungslinse 1608 konvergent gemacht wurde, wird das blaue Licht mittels eines Reflexionsspiegels 1609 zur Linse 1610 an der Austrittsseite geleitet. Danach erreicht das Licht ein drittes Flüssigkristalllichtventil 1611. Hier modulieren das erste, zweite und dritte Flüssigkristalllichtventil 1603, 1605 und 1611 entsprechende Farbstrahlen. Danach werden die modulierten Farbstrahlen auf ein dichroitisches Prisma (eine Farbsyntheseeinrichtung) 1613 geleitet. Das dichroitische Prisma 1613 hat einen rot reflektierenden dielektrischen Mehrschichtfilm und einen blau reflektierenden dielektrischen Mehrschichtfilm, die über Kreuz angeordnet sind, und es synthetisiert Bündel modulierter Strahlen der entsprechenden Farben. Die Bündel der synthetisierten Strahlen durchsetzen eine Projektionslinse 1614 (eine Projektionseinrichtung) und bilden schließlich Abbildungen auf einem Bildschirm 1615.
Die so aufgebaute Projektionsanzeige arbeitet mit Flüssigkristalllichtventilen, die jeweils einen Typ Lichtventil darstellen, der polarisiertes Licht einer einzigen Art moduliert. Die Projektionsanzeige 1600 dieser Ausführungsform löst also einen wesentlichen Teil der Probleme einer herkömmlichen Leuchte, denn wenn willkürlich polarisiertes Licht mit einer herkömmlichen Leuchte in ein Flüssigkristalllichtventil geleitet wird, wird die Hälfte des willkürlich polarisierten Lichts von einer Polarisationsplatte absorbiert und in Wärme umgewandelt, so daß der Wirkungsgrad der Lichtnutzung gering ist und zum Steuern der von der Polarisationsplatte ausgehenden Wärme eine große Kühlvorrichtung nötig ist, die eine Menge Lärm macht.
Im Fall der Projektionsanzeige 1600 dieser Ausführungsform erfolgt die Drehung der Polarisationsrichtung nur an einer der beiden Arten polarisierten Lichts (zum Beispiel dem p-polarisierten Licht) mit Hilfe des Halbwellenplättchens 446 in der Polarisationsleuchte 1200, so daß die Polarisationsebene sich in der gleichen Richtung erstreckt wie die der anderen Art polarisierten Lichts. Die polarisierten Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen gleichmäßig sind, werden also zum ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 1603, 1605 und 1611 geleitet. Infolgedessen kann der Wirkungsgrad der Lichtnutzung verbessert werden. Ferner kann eine helle projizierte Abbildung erhalten werden. Außerdem kann die Menge des von der nicht gezeigten Polarisationsplatte absorbierten Lichts verringert werden. Damit kann der Temperaturanstieg der Polarisationsplatte unterdrückt werden. Infolgedessen kann eine kleine Kühlvorrichtung verwirklicht und deren Geräusch vermindert werden. In der Polarisationsleuchte 1200 ist außerdem eine wärmebeständige dielektrische Mehrfachschicht als Teilungsfilm für polarisiertes Licht verwendet. Die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 1201, das polarisierte Licht zu teilen; ist wärmebeständig. Deshalb übt der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht die stabile Teilungsfähigkeit für polarisiertes Licht jederzeit aus, sogar wenn die Projektionsanzeige 1600 eine große Menge Licht abgeben muß.
Darüber hinaus werden in der Polarisationsleuchte 1200 die vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 1201 ausgestrahlten beiden Arten polarisierten Lichts in Querrichtung getrennt. Deshalb kann die zu beleuchtende Zone, deren Gestalt ein seitlich längliches Rechteck ist, ohne Lichtmengenverschwendung beleuchtet werden. Folglich ist die Polarisationsleuchte 1200 für ein seitlich längliches Flüssigkristalllichtventil geeignet, das eine Abbildung projizieren kann, die leicht zu sehen ist und eine starke Anziehungskraft hat.
Bei dieser Ausführungsform ist darüber hinaus ein dichroitisches Prisma 1613 als Farbsyntheseeinrichtung verwendet. Damit kann die Größe der Vorrichtung reduziert werden. Ferner ist die Länge des Lichtwegs zwischen der Projektionslinse 1614 und jedem der Flüssigkristalllichtventile 1603, 1605 und 1611 kurz. Selbst bei Gebrauch einer Projektionslinse mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser kann mit der Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform eine helle projizierte Abbildung verwirklicht werden. Außerdem ist für blaue Strahlen bei dieser Ausführungsform die Lichtleiteinrichtung 1650 vorgesehen, die aus dem Übertragungslinsensystem besteht, zu dem die Linse 1606 an der Eintrittsseite, die Übertragungslinse 1608 und die Linse 1610 an der Austrittsseite gehört. Deshalb treten in den projizierten Abbildungen keine Unregelmäßigkeiten in den Farben oder dergleichen auf.
(Beispiel der Projektionsanzeige mit der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 2)
In der Projektionsanzeige kann die Farbsyntheseeinrichtung von einer Optik gebildet sein, die mit Spiegeln arbeitet, wie 17 zeigt. In der in 17 dargestellten Projektionsanzeige 1700 ist die in 4 gezeigte Polarisationsleuchte 400 verwendet. Im Fall dieser Polarisationsleuchte 400 wird im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 von diesem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht in zwei Arten von polarisiertem Licht getrennt. Unter den zwei Arten polarisierten Lichts wird die p-polarisierte Lichtkomponente von dem Halbwellenplättchen 446 des optischen Integratorsystems 403 in eine s-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt.
Aus dem von einer solchen Polarisationsleuchte 400 ausgestrahlten Lichtstrom werden zunächst rote Strahlen von einem rot reflektierenden dichroitischen Spiegel 1701 reflektiert, während blaue und grüne Strahlen durchgelassen werden. Dann werden die roten Strahlen von einem Reflexionsspiegel 1705 reflektiert und erreichen damit ein erstes Flüssigkristalllichtventil 1707. Von den blauen und grünen Strahlen andererseits werden die grünen Strahlen von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1702 reflektiert und erreichen damit ein zweites Flüssigkristalllichtventil 1708. Die blauen Strahlen erreichen, nachdem sie vom grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1702 durchgelassen wurden, ein drittes Flüssigkristalllichtventil 1709. Anschließend werden die entsprechenden Farbstrahlen vom ersten, zweiten und dritten Flüssigkristalllichtventil 1707, 1708 und 1709 moduliert, so daß die Farbstrahlen entsprechende Bildinformation enthalten. Anschließend wird das modulierte Farblicht vom ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 1707, 1708 und 1709 ausgegeben. Das der Farbmodulation unterzogene rote Licht wird dann vom grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1703 und vom blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 1704 durchgelassen und erreicht damit eine Projektionslinse 1710 (die Projektionseinrichtung). Das der Farbmodulation unterzogene grüne Licht wird, nachdem es vom grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 1703 reflektiert wurde, vom blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 1704 durchgelassen und erreicht dann die Projektionslinse 1710. Das der Farbmodulation unterzogene blaue Licht erreicht nach seiner Reflexion durch den blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 1704 die Projektionslinse 1710.
Die so aufgebaute Projektionsanzeige 1700 arbeitet mit Flüssigkristalllichtventilen, von denen jedes ein Ventiltyp ist, der polarisiertes Licht einer einzigen Art moduliert. Damit löst die Projektionsanzeige 1700 dieser Ausführungsform einen wesentlichen Teil der Probleme der herkömmlichen Leuchte, denn wenn bei Verwendung der herkömmlichen Leuchte willkürlich polarisiertes Licht zu einem Flüssigkristalllichtventil geleitet wird, wird die Hälfte des willkürlich polarisierten Lichts von einer Polarisationsplatte absorbiert und in Wärme umgewandelt, und folglich hat die Lichtnutzung einen geringen Wirkungsgrad und eine große Kühlvorrichtung ist zum Steuern der von der Polarisationsplatte ausgehenden Wärme nötig, die viel Lärm macht.
Mit der Projektionsanzeige 1700 dieser Ausführungsform wird die Drehung der Polarisationsrichtung mittels des Halbwellenplättchens 446 in der Polarisationsleuchte 400 nur an einer der beiden Arten polarisierten Lichts (beispielsweise dem p-polarisierten Licht) durchgeführt, so daß die Polarisationsebene desselben sich in der gleichen Richtung erstreckt wie die der anderen Art polarisierten Lichts (beispielsweise des s-polarisierten Lichts). Die polarisierten Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen gleichmäßig sind, werden also dem ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 1707, 1708 und 1709 zugeleitet. Folglich kann der Wirkungsgrad der Lichtnutzung verbessert werden. Außerdem kann eine helle projizierte Abbildung erhalten werden. Ferner kann die Menge des von der nicht gezeigten Polarisationsplatte absorbierten Lichts verkleinert werden. Dadurch kann ein Temperaturanstieg der Polarisationsplatte unterdrückt werden. Folglich wird erkannt, daß eine Kühlvorrichtung klein gemacht und ihr Geräusch gemindert werden kann. In der Polarisationsleuchte 400 wird ferner eine wärmebeständige dielektrische Mehrfachschicht als Teilungsfilm für das polarisierte Licht verwendet. Die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402, polarisiertes Licht aufzuspalten, ist wärmebeständig. Deshalb übt der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht die stabile Fähigkeit, polarisiertes Licht zu spalten, jederzeit sogar dann aus, wenn die Projektionsanzeige 1700 eine große Menge Licht abgeben müßte.
(Ausführungsform 13)
18 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer Polarisationsleuchte dieser Erfindung. Die Polarisationsleuchte 1800 dieser Ausführungsform ist grundsätzlich mit einer Lichtquelle 401, einem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und einem optischen Integratorsystem 403 versehen. Aber in jedem der oben beschriebenen Beispiele ist eine Konfiguration vorgesehen, bei der ein Strahlenteilerprisma, welches den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht bildet, an einem Ort angeordnet ist, der der Lichtquelle näher ist als die erste Linsenplatte des optischen Integratorsystems. Bei der Leuchte gemäß dieser Ausführungsform hingegen ist eine Konfiguration verwendet, bei der das Strahlenteilerprisma, welches den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht bildet, zwischen der ersten Linsenplatte und der zweiten Linsenplatte angeordnet ist. Hierdurch kann die Optik kompakter gestaltet werden.
Wie 18 zeigt, wird willkürlich polarisiertes Licht von der Lichtquelle 401 längs der optischen Achse L des Systems ausgestrahlt und fällt dann auf ein Ablenkungsprisma 1801, welches an der Eintrittsseite des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 vorgesehen ist. Die Ausbreitungsrichtung, in der sich das polarisierte Licht fortpflanzt, ist gegenüber der optischen Achse des Systems durch dieses Ablenkungsprisma geringfügig geneigt. Das polarisierte Licht fällt deshalb unter einem Winkel θ zur vertikalen Einfallsrichtung auf die erste Linsenplatte 441 auf, die Teil des an der Austrittsseite des Ablenkungsprismas 1801 angeordneten optischen Integratorsystems 403 ist. Aus dieser Figur ist zu erkennen, daß das Licht längs einer Richtung einfällt, die unter einem Winkel θ zur optischen Achse L des Systems nach rechts geneigt ist.
Die erste Linsenplatte 441 ist mit der Eintrittsfläche 1812 eines rechtwinkligen Primas 1811 optisch verbunden, welches Bestandteil des Strahlenteilerprismas 1810 ist. Das als Polarisationsumwandlungselement dienende Halbwellenplättchen 446 ist mit der Austrittsfläche 1813 des rechtwinkligen Prismas 1811 verbunden, die orthogonal zur Eintrittsfläche 1812 desselben verläuft. Ferner ist die zweite Linsenplatte 442 des optischen Integratorsystems mit der Austrittsfläche dieses Halbwellen plättchens 446 verbunden.
Das Strahlenteilerprisma 1810 ist mit dem rechtwinkligen Prisma 1811 und einem nahezu plattenartigen Vierecksäulenprisma 1820 versehen, welches mit der geneigten Fläche 1813 des Prismas 1811 verbunden ist. Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ist der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 auf der geneigten Fläche 1814 des rechtwinkligen Prismas 1811 gebildet. Von den eintretenden polarisierten Lichtkomponenten wird zum Beispiel nur die s-polarisierte Lichtkomponente total reflektiert, während eine p-polarisierte Lichtkomponente unverändert durchgelassen wird. Ferner ist der Reflexionsfilm 429 auf der äußeren geneigten Fläche 1821 des Vierecksäulenprismas 1820 gebildet, so daß eine eintretende p-polarisierte Lichtkomponente total reflektiert wird.
Bei dieser Ausführungsform wird willkürlich polarisiertes Licht, welches durch das Ablenkungsprisma 1801 eingefallen ist, wenn es geringfügig gebrochen wird, vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 und vom Reflexionsfilm 429 reflektiert, indem der zwischen diesen beiden Filmen 426 und 429 eingeschlossene Winkel entsprechend gesetzt wird. Dann wird das reflektierte polarisierte Licht ferner in polarisierte Lichtkomponenten aufgeteilt, die sich an den entgegengesetzten Seiten der optischen Achse L des Systems ausbreiten und ferner unter Winkeln ausgegeben werden, die in Bezug auf die optische Achse L des Systems gegenüber dem Halbwellenplättchen 446 nahezu symmetrisch sind. In dieser Figur ist zu sehen, daß das reflektierte polarisierte Licht in polarisierte Lichtkomponenten aufgeteilt wird, die in Bezug auf die optische Achse L des Systems unter positiven und negativen Winkeln der gleichen Größen nach oben und unten gewendet werden.
Das Halbwellenplättchen 446 ist mit den Phasenschichten 447 (schraffierten Bereichen in dieser Figur) zum Wenden der Polarisationsrichtung des hindurchtretenden polarisierten Lichts um 90° sowie mit den Schichten 448 versehen, durch die polarisiertes Licht ohne Änderung hindurchtritt. Diese Konfiguration des Halbwellenplättchens 446 ist ähnlich der in jeder der obigen Ausführungsformen benutzten. Von dem p-polarisierten Licht und dem s-polarisierten Licht, welches im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 aufgespalten und in Aufwärts- bzw. Abwärtsrichtung gewendet wird, Richtungen, die zur optischen Achse L des Systems nahezu symmetrisch sind, fällt das s-polarisierte Licht auf die Phasenschichten 447 auf. Im Gegensatz dazu fällt das p-polarisierte Licht auf die Schichten 448 auf. Die Polarisationsrichtung des s-polarisierten Lichts wird um 90° gewendet, und es wird folglich in p-polarisiertes Licht geändert, welches anschließend ausgegeben wird. Infolgedessen fallen Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen die des p-polarisierten Lichts sind, auf die zweite Linsenplatte 442 auf. Danach breiten sich die Lichtkomponenten weiter in Richtung zu der zu beleuchtenden Zone 404 aus.
Diese Ausführungsform mit der auf die beschriebene Weise gestalteten Polarisationsleuchte 1800 kann ähnliche Wirkungen erzielen, wie sie mit jeder der vorstehenden Ausführungsformen erreicht werden. Ferner sind bei der Konfiguration dieser Ausführungsform die erste und zweite Linsenplatte, die gemeinsam das optische Integratorsystem bilden, auf solche Weise gestaltet, daß sie miteinander einstückig sind, da sie mit der Eintrittsfläche bzw. der Austrittsfläche des Strahlenteilerprismas verbunden sind. Dadurch kann die Konfiguration dieser Ausführungsform kompakt gestaltet werden.
Ferner kann der Bereich der Grenzfläche zwischen dem optischen Element und der Luft verkleinert werden. Dadurch läßt sich die Wirksamkeit der Lichtnutzung verbessern. Hier ist darauf hinzuweisen, daß der Grund, weshalb das Ablenkungsprisma 1801 im Lichtweg vorgesehen wird, darin zu sehen ist, daß das p-polarisierte Licht und das s-polarisierte Licht, die durch Teilen des Lichts in der vorstehend beschriebenen Weise erhalten werden, in Richtungen gewendet werden, die jeweils zur optischen Achse des Systems symmetrisch sind. Dementsprechend kann das Ablenkungsprisma 1801 an der Austrittsseite der ersten Linsenplatte statt an der Eintrittsseite derselben angeordnet werden. Wie beispielsweise 18(B) zeigt, kann das Ablenkungsprisma 1801 mit der Eingangsfläche des Strahlenteilerprismas verbunden sein, und außerdem kann die erste Linsenplatte mit der Eintrittsfläche dieses Ablenkungsprismas 1801 verbunden sein. Dadurch kann die Grenzfläche zwischen dem Ablenkungsprisma und der Luft, die zwischen der ersten Linsenplatte und dem Ablenkungsprisma vorhanden ist, ausgeschaltet werden und infolgedessen ein noch höherer Wirkungsgrad der Lichtnutzung erzielt werden.
Ferner kann das Ablenkungsprisma weggelassen werden, wenn als erste Linsenplatte ein optisches Element benutzt wird, das aus dezentrierten Linsen zusammengesetzt ist, wie 18(C) zeigt.
Bei dieser Ausführungsform kann die Anzahl der die zweite Linsenplatte 442 ausmachenden Mikrolinsen 444 die gleiche sein wie die der Mikrolinsen 443, die die erste Linsenplatte 441 bilden. Vorzugsweise ist aber die Zahl der die zweite Linsenplatte 442 bildenden Mikrolinsen 444 doppelt so groß wie die Zahl der die erste Linsenplatte 441 bildenden Mikrolinsen 443. Wie beispielsweise in 18(D) gezeigt ist, besteht jede der Mikrolinsen 444 der zweiten Linsenplatte aus einem Linsenpaar 444A und 444B, die der Phasenschicht 447 bzw. der anderen Schicht 448 des Halbwellenplättchens 446 entsprechen. Der Grund dafür ist, daß der geringfügige Unterschied in der optischen Weglänge zwischen dem p-polarisierten Licht und dem s-polarisierten Licht, der zwischen der ersten Linsenplatte und der zweiten Linsenplatte hervorgerufen wird, absorbiert wird und die Größen der Abbildungen der ersten Linsenplatte, die von der zweiten Linsenplatte in der zu beleuchtenden Zone gebildet werden, dadurch gleichmäßig gemacht wird, daß die Charakteristiken der Linsen, die jeweils dem polarisierten Licht entsprechen, geändert werden.
(Ausführungsform 14)
19 ist ein schematisches Diagramm zur schematischen Darstellung noch einer anderen Polarisationsleuchte. Diese Ausführungsform verwendet eine erste Kondensorspiegelplatte und eine zweite Kondensorspiegelplatte als optisches Integratorsystem. Wie aus der Figur hervorgeht, umfaßt die Polarisationsleuchte 1900 dieser Ausführungsform: einen Lichtquellenabschnitt 401; einen Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402; ein optisches Integratorsystem 403, welches mit einer ersten Kondensorspiegelplatte 1901 und einer zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 versehen ist; und einen Kondensorlinsenabschnitt 1940, die längs einer optischen Achse L (L') des Systems angeordnet sind, die eine rechtwinklige Wendung nimmt. Ein vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlter Lichtstrom wird im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 in Ströme von zwei Arten polarisierten Lichts geteilt. Danach wird ein Strom einer Art polarisierten Lichts aus den beiden Arten polarisierten Lichts mittels der ersten Kondensorspiegelplatte 1901, der zweiten Konden sorspiegelplatte 1902 und des Kondensorlinsenabschnitts 1940 noch einmal synthetisiert. Der synthetisierte Strom einer Art polarisierten Lichts erreicht dann die zu beleuchtende rechteckige Zone 404.
Der Lichtquellenabschnitt 401 besteht hauptsächlich aus einer Lichtquellenlampe 411 und einem Parabolreflektor 412. Von der Lichtquellenlampe 411 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht wird vom Parabolreflektor 412 in einer einzigen Richtung reflektiert und wird damit zu einem Bündel nahezu paralleler Lichtstrahlen (Lichtstrom), die dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 auftreffen. Hier sei angemerkt, daß anstelle des Parabolreflektors 412 auch ein Ellipsoidreflektor oder ein sphärischer Reflektor benutzt werden kann.
Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 ist ein gewöhnlicher quadratgestängeartiger Strahlenteiler und hat eine Konfiguration, bei der ein Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426, der aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm besteht, schichtartig zwischen den geneigten Flächen von zwei rechtwinkligen Prismen (nämlich Dreiecksäulenprismen) aus Glas angeordnet ist. Dabei ist der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 so gebildet, daß er sich in einer Richtung erstreckt, die zur Eintrittsfläche 1911 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 unter einem Winkel α (= 45°) geneigt ist. Der zwischen dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 und der Eintrittsfläche 1911 eingeschlossene Winkel α ist übrigens nicht auf 45° beschränkt, sondern kann entsprechend dem Einfallswinkel der vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlten, einfallenden Lichtströme gesetzt werden.
Auf der ersten Austrittsfläche 1912 und der zweiten Austrittsfläche 1923 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 ist ein erstes Viertelwellenplättchen 1921 bzw. ein zweites Viertelwellenplättchen 1922 gebildet. Die erste Kondensorspiegelplatte 1901 und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 sind auf den Außenflächen dieser Viertelwellenplättchen so angebracht, daß sie nahezu der Mitte des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 zugewandt sind. Wie 19(B) zeigt, sind diese Kondensorspiegelplatten so hergestellt, daß eine Vielzahl gleicher Mikrokondensorspiegel 1903, die jeweils eine rechteckige Außengestalt haben, in einer matrixartigen Anordnung vorgesehen wird und auf der Oberfläche jedes dieser Mikrokondensorspiegel 1903 eine reflektierende Oberfläche 1904 gebildet wird, die aus einem gewöhnlichen aufgedampften Film aus Aluminium besteht. Bei diesem Beispiel hat die reflektierende Oberfläche 1904 jedes der Mikrokondensorspiegel 1903 die Gestalt eines Paraboloids. Diese gekrümmte, reflektierende Oberfläche 1904 kann aber auch als sphärische, elliptische oder torische Oberfläche gestaltet sein. Die Gestalt der gekrümmten, reflektierenden Oberfläche 1904 kann entsprechend den Eigenschaften des von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlten, einfallenden Lichts gesetzt werden.
Der aus den Kondensorlinsenplatten 1941 und dem Halbwellenplättchen 446 bestehende Kondensorlinsenabschnitt 1940 ist auf seiten der Zone 404 angeordnet, das heißt auf der dritten Austrittsfläche 1914 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402, an einem Ort, an dem von der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 und der zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 sekundäre Lichtquellenabbildungen gebildet werden, und erstreckt sich in Richtung senkrecht zur optischen Achse L des Systems. Das dazu führende Verfahren wird weiter unten beschrieben. Die Kondensorlinsenplatte 1941 ist ein zusammengesetztes Linsenelement, welches aus den rechteckigen Mikrolinsen 1942 besteht, wie zuvor unter Hinweis auf 1(B) beschrieben. Die Zahl der Mikrolinsen, aus denen die Kondensorlinsenplatte 1941 zusammengesetzt ist, gleicht derjenigen der Mikrokondensorspiegel 1903, welche die erste und zweite Kondensorspiegelplatte 1901 und 1902 ausmachen. Bei dieser Ausführungsform sind übrigens dezentrierte Linsen als Teil einer Vielzahl der Mikrolinsen 1942 verwendet. Außerdem sind die im Halbwellenplättchen 426 gebildeten Phasenschichten 427 so gebildet, daß sie Orten entsprechen, an denen sekundäre Lichtquellenabbildungen regelmäßig aus dem p-polarisierten Licht unter den aus s-polarisiertem Licht und p-polarisiertem Licht gebildeten sekundären Abbildungen gebildet werden.
In der dieser Konfiguration entsprechenden Polarisationsleuchte 1900 wird von dem Lichtquellenabschnitt 401 willkürlich polarisiertes Licht ausgestrahlt und trifft dann auf den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402, wie aus 19(A) hervorgeht. Nach dem Einfallen in den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 kann das willkürlich polarisierte Licht als Mischlicht aus p-polarisiertem Licht und s-polarisiertem Licht betrachtet werden. Im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 wird das Mischlicht von dem Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 in zwei Arten polarisierten Lichts, nämlich das p-polarisierte Licht und das s-polarisierte Licht seitlich getrennt. Das im willkürlich polarisierten Licht enthaltene p-polarisierte Licht wird vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 unverändert durchgelassen und gelangt danach zur ersten Austrittsfläche 1912. Im Gegensatz dazu wird das im willkürlich polarisierten Licht enthaltene s-polarisierte Licht vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 reflektiert, so daß die Ausbreitungsrichtung, in der sich das s-polarisierte Licht fortpflanzt, geändert wird und das s-polarisierte zur zweiten Austrittsfläche 1913 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 gelangt.
Die aufgrund der Aufspaltung mittels des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 erhaltenen beiden Arten polarisierten Lichts durchsetzen das Viertelwellenplättchen und werden dann von der Kondensorspiegelplatte reflektiert. Während sie das Viertelwellenplättchen durchsetzen, wird die Richtung, in der das polarisierte Licht sich ausbreitet, um nahezu 180° gewendet. Gleichzeitig damit wird die Polarisationsebene um 90° gewendet. Unter Hinweis auf 19(C) wird beschrieben, wie sich dieses polarisierte Licht ändert. Um die Zeichnung zu vereinfachen, ist übrigens in dieser Figur die erste oder zweite Kondensorspiegelplatte 1901 oder 1902 als eine ebene Spiegelplatte 1960 gezeichnet. Das p-polarisierte Licht 1961, welches in die Viertelwellenplättchen 1921 und 1922 eingefallen ist, wird von dem Viertelwellenplättchen in ein im Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht umgewandelt (je nach der Art, in der das Viertelwellenplättchen angeordnet ist, kann übrigens das p-polarisierte Licht in ein entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht umgewandelt werden). Anschließend erreicht das zirkular polarisierte Licht die Spiegelplatte 1960. Das Licht wird dann von der Spiegelplatte 1960 zurückgeworfen. Gleichzeitig wird auch die Richtung geändert, in der die Polarisationsebene gedreht wird. Und zwar wird im Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht in entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht umgewandelt (umgekehrt wird entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht in im Uhrzeigersinn zirkular polarisiertes Licht umgewandelt). Die Richtung, in der sich das Licht ausbreitet, wird von der Spiegelplatte 1960 um 180° gewendet. Gleichzeitig wird das erhaltene, entgegen dem Uhrzeigersinn zirkular polarisierte Licht 1963 wieder in s-polarisiertes Licht 1964 umgewandelt, wenn es durch die Viertelwellenplätt chen 1921 und 192 hindurchtritt (das erhaltene, im Uhrzeigersinn zirkular polarisierte Licht wird übrigens in p-polarisiertes Licht umgewandelt). Nach Durchlaufen eines ähnlichen Prozesses wird ferner das s-polarisierte Licht in p-polarisiertes Licht umgewandelt.
Mittels des ersten Viertelwellenplättchens 1921 und der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 wird also das p-polarisierte Licht, welches die erste Austrittsfläche 1912 erreicht hat, in s-polarisiertes Licht umgewandelt und dabei gleichzeitig die Richtung, in der das polarisierte Licht sich ausbreitet, um nahezu 180° gewendet. Dann wird das s-polarisierte Licht vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 reflektiert, um dadurch die Richtung zu ändern, in der sich das s-polarisierte Licht fortpflanzt. Das s-polarisierte Licht gelangt damit zur dritten Austrittsfläche 1914. Andererseits wird das s-polarisierte Licht, wenn es die zweite Austrittsfläche 1913 erreicht, mittels des zweiten Viertelwellenplättchens 1922 und der zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 in p-polarisiertes Licht umgewandelt, und dabei wird gleichzeitig die Richtung, in der sich das polarisierte Licht ausbreitet, um nahezu 180° gewendet. Danach wird das p-polarisierte Licht vom Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 unverändert durchgelassen. Damit gelangt das p-polarisierte Licht zur dritten Austrittsfläche 1914. Hierbei wirkt der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 auch als ein Film zum Synthetisieren polarisierten Lichts.
Die erste Kondensorspiegelplatte 1901 und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 sind aus den Mikrokondensorspiegeln 1903 zusammengesetzt, die Lichtsammelwirkungen haben. Zur gleichen Zeit, in der die Ausbreitungsrichtung des polarisierten Lichts nahezu umgekehrt wird, wird von der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 und der zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 eine Vielzahl konzentrierter Abbildungen geschaffen, deren Anzahl der der Mikrokondensorspiegel gleicht, aus denen jede der Kondensorspiegelplatten zusammengesetzt ist.
Hierbei ist die erste Kondensorspiegelplatte 1901 und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 so angeordnet, daß jede dieser Spiegelplatten leicht geneigt ist, und zwar ist die erste Kondensorspiegelplatte 1901 unter einem Winkel β zur optischen Achse L' des Systems leicht geneigt, und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 ist unter dem gleichen Winkel β zur optischen Achse L des Systems leicht geneigt. Eine sekundäre Lichtquellenabbildung aus dem p-polarisierten Licht und eine weitere sekundäre Lichtquellenabbildung aus dem s-polarisierten Licht werden also an Orten erzeugt, an denen sie sich jeweils etwas unterscheiden. 19(D) zeigt aus den beiden Arten polarisierten Lichts gebildete, sekundäre Lichtquellenabbildungen bei Betrachtung des Linsenabschnitts 1940 von der Seite des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402. Eine Art sekundärer Lichtquellenabbildungen C1 ist aus einer p-polarisierten Lichtkomponente gebildet (unter den kreisförmigen Abbildungen diejenigen kreisförmigen Bereiche, die mit parallelen Schräglinien von oben links nach unten rechts schraffiert sind), und die andere Art sekundärer Lichtquellenabbildungen C2 ist aus einer s-polarisierten Lichtkomponente gebildet (unter den kreisförmigen Abbildungen diejenigen kreisförmigen Bereiche, die mit parallelen Schräglinien von unten links nach oben rechts schraffiert sind). Diese Abbildungen sind nebeneinander erzeugt. Im Gegensatz dazu ist im Halbwellenplättchen 446 die Phasenschicht 447 wahlweise entsprechend einer Position gebildet, an der die sekundäre Lichtquellenabbildung C1 aus dem s-polarisierten Licht gebildet wird (das vom Lichtquellenbereich ausgestrahlte p-polarisierte Licht wird übrigens mittels des in 19(C) veranschaulichten Prozesses in s-polarisiertes Licht umgewandelt, und dieses s-polarisierte Licht fällt auf das Halbwellenplättchen 446). Beim Durchsetzen der Phasenschicht 447 wird die Polarisationsrichtung des s-polarisierten Lichts gewendet, so daß das s-polarisierte Licht in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Andererseits verläuft das p-polarisierte Licht nicht durch die Phasenschicht 447 und gelangt also durch das Halbwellenplättchen 446 hindurch, ohne daß seine Polarisationsrichtung geändert wird. Folglich können die meisten der vom Kondensorlinsenabschnitt 1940 ausgestrahlten Lichtströme zu p-polarisiertem Licht gemacht werden.
Die Lichtströme, die zu p-polarisiertem Licht gemacht wurden, werden auf die zu beleuchtende Zone 404 gebracht. Abbildungen von Abbildungsebenen, die mittels der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 und den Mikrokondensorspiegeln 1903 der zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 extrahiert wurden, werden mittels der Kondensorlinsenplatte 1941 an einem einzigen Ort gebildet, so daß sie dort überlagert sind. Beim Durchsetzen des Halbwellenplättchens 446 wird das Licht außerdem in polarisiertes Licht einer einzigen Art umgewandelt. Folglich erreicht der größte Teil des Lichts die zu beleuchtende Zone 404. Daher wird die zu beleuchtende Zone 404 mit polarisiertem Licht, welches größtenteils von einer einzigen Art ist, gleichmäßig beleuchtet.
Wie schon gesagt, wird mit der Polarisationsleuchte 1900 dieser Ausführungsform vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahltes, willkürlich polarisiertes Licht vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 in zwei Arten polarisierten Lichts aufgespalten, die sich in unterschiedliche Richtungen ausbreiten. Danach wird jede der beiden Arten polarisierten Lichts zu einem vorherbestimmten Bereich des Halbwellenplättchens 446 geleitet, woraufhin eine s-polarisierte Lichtkomponente in eine p-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt wird. Das von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte, willkürlich polarisierte Licht kann also auf die zu beleuchtende Zone gelangen, während der größte Teil des polarisierten Lichts sich in einem Zustand p-polarisierten Lichts befindet.
Ferner ist eine große Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402, polarisiertes Licht zu teilen, nötig, um jede der beiden Arten polarisierten Lichts zu einem vorherbestimmten Bereich des Halbwellenplättchens 446 zu leiten. Bei dieser Ausführungsform ist der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 mit Hilfe von Prismen aus Glas und einem dielektrischen Mehrschichtfilm aus einem anorganischen Material aufgebaut. Damit ist die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402, polarisiertes Licht zu teilen, wärmebeständig. Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 übt also jederzeit die stabile Fähigkeit zum Teilen polarisierten Lichts aus, selbst wenn die Leuchte ein große Menge Licht abgeben muß. Infolgedessen kann die Polarisationsleuchte verwirklicht werden, die eine zufriedenstellende Fähigkeit hat.
Entsprechend der Gestalt der zu beleuchtenden Zone 404, die ein seitlich längliches Rechteck ist, haben bei diesem Beispiel die Mikrokondensorspiegel 1903 des ersten Kondensorspiegels 1901 und des zweiten Kondensorspiegels 1902 die Gestalt eines seitlich verlängerten Rechtecks. Die beiden Arten polarisierten Lichts, die vom Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 gleichzeitig ausgestrahlt werden, werden in Querrichtung getrennt. Selbst wenn also die zu beleuchtende Beleuchtungszone 404 die Gestalt eines seitlich langgestreckten Rechtecks hat, kann der Wirkungsgrad der Beleuchtung erhöht werden, ohne eine Lichtmenge zu verschwenden.
Bei der Ausführungsform 14 ist das Halbwellenplättchen 446 auf Seiten der Beleuchtungszone der Kondensorlinsenplatte 1941 angeordnet. Aber der Anbringungsort für das Halbwellenplättchen 446 ist nicht darauf beschränkt. Das Halbwellenplättchen 446 kann auch an anderer Stelle angeordnet werden, vorausgesetzt diese befindet sich in der Nähe eines Ortes, an dem eine sekundäre Lichtquellenabbildung geschaffen wird. Zum Beispiel kann das Halbwellenplättchen 446 auf Seiten der Lichtquelle der Kondensorlinsenplatte 1941 angeordnet werden.
Ferner ist jede der Mikrolinsen 1942, aus denen die Kondensorlinsenplatte 1941 zusammengesetzt ist, eine seitlich gestreckte, rechteckige Linse. Im Gegensatz dazu gibt es keine Begrenzung für die Gestalt jeder der Mikrolinsen 1942 der Kondensorlinsenplatte 1941. Da die sekundäre Lichtquellenabbildung C1, die aus dem p-polarisierten Licht gebildet wird, und die sekundäre Lichtquellenabbildung C2, die aus dem s-polarisierten Licht gebildet wird, in Querrichtung nebeneinander entstehen, wie 19(D) zeigt, ist es sogar vorzuziehen, die Gestalt jeder der Mikrolinsen 1942 der Kondensorlinsenplatte 1941 entsprechend den Orten zu bestimmen, an denen solche Abbildungen gebildet werden.
Die beiden Phasenschichten, die unterschiedliche Charakteristiken haben, können ferner an Orten vorgesehen werden, an denen jeweils p-polarisiertes Licht konzentriert wird und an anderen Orten, an denen s-polarisiertes Licht konzentriert wird. Außerdem können die Lichtkomponenten zu polarisiertem Licht einer einzigen Art mit einer spezifischen Polarisationsrichtung gemacht werden.
(Ausführungsform 15)
Bei der Ausführungsform 14 muß die erste Kondensorspiegelplatte 1901 und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 so angeordnet werden, daß jede dieser Platten geringfügig gekippt ist (die erste Kondensorspiegelplatte 1901 ist unter einem Winkel β zur optischen Achse L' des Systems geringfügig geneigt, und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 ist unter dem gleichen Winkel β zur optischen Achse L des Systems geringfügig geneigt), weil eine räumliche Trennung nötig ist zwischen dem Ort, an dem eine sekundäre Lichtquellenabbildung aus dem p-polarisierten Licht gebildet wird und dem Ort, an dem eine sekundäre Lichtquellenabbildung aus dem s-polarisierten Licht gebildet wird. Es ist aber auch möglich, eine oder beide Kondensorspiegelplatten in Richtung senkrecht zur optischen Achse L (oder L') des Systems anzuordnen, wenn ein Ablenkungsprisma vorgesehen wird. Wie noch beschrieben wird, können bei der Wahl einer solchen senkrechten Anordnung die Kondensorspiegelplatten so gebildet sein, daß sie mit dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 oder dem Viertelwellenplättchen 1921 (oder Viertelwellenplättchen 1922) einstückig sind.
Bei der in 20 gezeigten Polarisationsleuchte 2000 der Ausführungsform 15 ist dieser Gedanke verwirklicht. Grundsätzlich ähnelt die Konfiguration dieser Polarisationsleuchte 2000 derjenigen der Polarisationsleuchte 1900 des Beispiels 14. Die gleichen Teile, die die gleichen Funktionen haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht noch einmal beschrieben.
In der Polarisationsleuchte 2000 ist ein Ablenkungsprisma 2001 zwischen dem Lichtquellenabschnitt 401 und dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 angeordnet. Die erste Kondensorspiegelplatte 1901 kann in senkrechter Ausrichtung zur optischen Achse L' des Systems vorgesehen werden, indem das Ablenkungsprisma 2001 an dieser Stelle angeordnet wird. Dadurch kann die Herstellung der Optik erleichtert werden. Es erübrigt sich der Hinweis, daß bei einer Umkehr des Ablenkungsprismas 2001 (in 20 ist das Ablenkungsprisma in einer Lage dargestellt, in der der spitzwinklige Teil der zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 zugewandt ist), die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 statt der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 in einer senkrechten Ausrichtung zur optischen Achse L des Systems angeordnet werden kann.
Außerdem kann das Ablenkungsprisma 2001 so gebildet werden, daß es mit dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 einstückig ist. Dann hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß der Lichtverlust aufgrund der an der Grenzfläche zwischen dem Ablenkungsprisma 2001 und der Eintrittsfläche 1911 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 verursachten Reflexion weiter verringert werden kann.
(Ausführungsform 16)
Wie gesagt, kann bei der Ausführungsform 15 die erste Kondensorspiegelplatte 1901 senkrecht zur optischen Achse L' des Systems angeordnet werden (alternativ kann die zweite Kollimatorspiegelplatte 1902 senkrecht zur optischen Achse L des Systems angeordnet werden), indem zwischen den Lichtquellenabschnitt 401 und den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 das Ablenkungsprisma 2001 geschaltet wird, und es dadurch leicht wird, die erste Kondensorspiegelplatte 1901, den Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 und das Viertelwellenplättchen zu einem einzigen Teil zu vereinigen. Ein praktisches Beispiel dafür zeigt 21 in Form einer Polarisationsleuchte 2100 als Ausführungsform 16.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Kondensorspiegelplatte 2101 benutzt, deren Außenansicht in 21(B) gezeigt ist. Deren Eintrittsfläche 2102 ist eben, und an der Rückseite eines Blocks 2103 aus Glas ist ähnlich einer gekrümmten Fläche eine reflektierende Oberfläche 2104 gebildet. Wie 21(A) zeigt, ist die Austrittsfläche des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 (in diesem Fall die erste Austrittsfläche 1912), das Viertelwellenplättchen (in diesem Fall Viertelwellenplättchen 1921) und die Kondensorspiegelplatte 2101 (entsprechend der ersten Kondensorspiegelplatte in diesem Fall) mit Hilfe einer Kondensorspiegelplatte 2101 geschaffen, deren Gestalt eine Integration ermöglicht. Dadurch haben diese Ausführungsformen Vorteile, denn die Optik kann kompakter gestaltet werden, und außerdem kann der Verlust aufgrund optischer Reflexion an der Grenzfläche reduziert werden.
(Ausführungsform 17)
Wie 22 zeigt, sind in einer Polarisationsleuchte 2200 Ablenkungsprismen 2001 an zwei Stellen vorgesehen, nämlich in der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 und der zweiten Kondensorspiegel platte 1902. Hier kann sowohl die erste Kondensorspiegelplatte 1901 als auch die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 in senkrechter Ausrichtung zur optischen Achse L' des Systems (oder zur optischen Achse L des Systems) angeordnet sein. Das erleichtert die Anordnung der Kondensorspiegelplatten.
Bei dieser Ausführungsform ist das Ablenkungsprisma 2001 mit der ersten Austrittsfläche 1912 und der zweiten Austrittsfläche 1913 des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 optisch verbunden und deshalb einstückig damit ausgebildet. Dadurch hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß der auf die Lichtreflexion an der Grenzfläche zurückzuführende Verlust verringert werden kann.
Ferner kann das erste Viertelwellenplättchen 1921 (oder das zweite Viertelwellenplättchen 1922) zwischen der ersten Austrittsfläche 1912 (oder der zweiten Austrittsfläche 1913) des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 und dem Ablenkungsprisma 2001 angeordnet werden.
(Ausführungsform 18)
Die bei der Ausführungsform 17 an zwei Stellen vorgesehenen Ablenkungsprismen 2001 können so angeordnet werden, daß sie mit der ersten Kondensorspiegelplatte 1901 bzw. der zweiten Kondensorspiegelplatte 1902 einstückig sind. In solch einem Fall hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß der Verlust aufgrund der Lichtreflexion an der Grenzfläche verringert werden kann. Ein Beispiel der Konfiguration für diesen Fall ist in 23 als Polarisationsleuchte 2300, nämlich Ausführungsform 18 gezeigt. In dieser Ausführungsform werden Kondensorspiegelplatten 2101 ähnlich wie bei der Ausführungsform 16 benutzt, um das Ablenkungsprisma 2001 und die erste Kondensorspiegelplatte 1901 einstückig miteinander zu machen bzw. um das Ablenkungsprisma 2001 und die zweite Kondensorspiegelplatte 1902 einstückig miteinander zu machen.
Ferner kann das erste Viertelwellenplättchen 1921 (oder das zweite Viertelwellenplättchen 1922) zwischen der ersten Kondensorspiegelplatte 2101 (oder der zweiten Kondensorspiegelplatte 2102) und dem Ablenkungsprisma 2001 angeordnet werden.
(Ausführungsform 19)
Wie 24 zeigt, kann in einer Polarisationsleuchte 2400 die Kombination aus dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402, dem ersten Viertelwellenplättchen 1921, dem Ablenkungsprisma 2001 und der ersten Kondensorspiegelplatte 2101 sowie die Kombination aus dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402, dem zweiten Viertelwellenplättchen 1922, dem Ablenkungsprisma 2001 und der zweiten Kondensorspiegelplatte 2102 so gestaltet werden, daß sie einstückig miteinander sind. Dann hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß der Verlust aufgrund der Lichtreflexion an der Grenzfläche verringert werden kann. Bei dieser Ausführungsform sind übrigens Kondensorspiegelplatten 2101 ähnlich denen der schon beschriebenen Ausführungsform 16 verwendet.
Außerdem kann das erste Viertelwellenplättchen 1921 (oder das zweite Viertelwellenplättchen 1922) zwischen der ersten Kondensorspiegelplatte 2101 (oder der zweiten Kondensorspiegelplatte 2102) und dem Ablenkungsprisma 2001 angeordnet werden.
(Ausführungsform 20)
Bei der in 25 gezeigten Polarisationsleuchte 2500 ist die Anordnung jeder Optik ähnlich wie die jeder der Optiken bei der Ausführungsform 14. Allerdings hat die Ausführungsform 20 folgende charakteristische Merkmale. Das Prismenstrukturelement 402 ist von sechs transparenten Platten 2501 gebildet, die Wandoberflächen bilden. Ferner ist in einer ebenen Teilungsplatte für polarisiertes Licht 2502, in der der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet ist, darin angeordnet. Außerdem wird als Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 ein mit Flüssigkeit 2503 gefülltes Strukturelement verwendet. Dadurch können die Kosten und das Gewicht des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 herabgesetzt werden.
(Ausführungsform 21)
Bei der in 26 gezeigten Polarisationsleuchte 2600 ist die Anordnung jeder Optik ähnlich der jeder der Optiken der Ausführungsform 14. Aber die Ausführungsform 21 hat insofern ein charakteristisches Merkmal, als der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 ein ebenes Strukturelement ist. Die Teilungsplatte für polarisiertes Licht 2502, in der der Teilungsfilm für polarisiertes Licht 426 gebildet ist, ist unter einem Winkel à (= 45°) zur optischen Achse L' des Systems angeordnet. Dadurch kann der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 gemäß dieser Ausführungsform die Funktionen erfüllen, die im wesentlichen die gleichen sind wie die des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 gemäß 14, der im wesentlichen aus zwei rechtwinkligen Prismen besteht. Infolgedessen können Kosten und Gewicht des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 gesenkt werden.
(Beispiel der Projektionsanzeige mit der Polarisationsleuchte der Ausführungsform 14)
27 veranschaulicht ein Beispiel der Projektionsanzeige, mit der die Helligkeit einer Abbildung durch Verwendung der Polarisationsleuchte gemäß Ausführungsform 14, unter denen der Ausführungsform 14 bis Ausführungsform 21, verstärkt wird.
Wie 27 zeigt, hat eine Projektionsanzeige 2700 gemäß diesem Beispiel einen Lichtquellenabschnitt 401 zum Ausstrahlen willkürlich polarisierten Lichts in einer einzigen Richtung. In dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 wird das von diesem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte, willkürlich polarisierte Licht in zwei Arten polarisierten Lichts getrennt. Von den beiden Arten polarisierten Lichts wird eine s-polarisierte Lichtkomponente mittels des Halbwellenplättchens 446 des Kondensorlinsenabschnitts 1940 in eine p-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt.
Aus dem von einer Polarisationsleuchte 1900 ausgestrahlten Lichtstrom werden rote Strahlen durchgelassen, während blaue und grüne Strahlen von dem blau und grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2701 reflektiert werden. Die roten Strahlen werden dann von einem Reflexionsspiegel 2702 reflektiert und erreichen folglich ein Flüssigkristalllichtventil 2703. Von den blauen und grünen Strahlen hingegen werden die grünen Strahlen von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2704 reflektiert und erreichen damit ein zweites Flüssigkristalllichtventil 2705.
Hier sei darauf hingewiesen, daß blaues Licht einen längeren Lichtweg hat als die beiden anderen Farben (übrigens ist die Lichtweglänge von rotem Licht gleich der von grünem Licht). Für blaue Strahlen ist deshalb eine Lichtleiteinrichtung 2750 vorgesehen, die aus einem Übertragungslinsensystem besteht, zu dem eine eintrittsseitige Linse 2706, eine Übertragungslinse 2708 und eine austrittsseitige Linse 2710 gehört. Nachdem das blaue Licht von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2704 hindurchgelassen wurde, wird es zunächst durch die Linse 2706 und mittels eines Reflexionsspiegels 2707 zur Übertragungslinse 2708 geleitet. Wenn es von der Übertragungslinse 2708 konvergiert wurde, wird das blaue Licht mittels eines Reflexionsspiegels 2709 zur Linse 2710 an der Austrittsseite geleitet. Hier werden die jeweiligen Farbstrahlen vom ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 2703, 2705 bzw. 2711 moduliert. Anschließend werden die modulierten Farbstrahlen veranlaßt, auf ein dichroitisches Prisma (eine Farbsynthetisiereinrichtung) 2713 aufzutreffen. Das dichroitische Prisma 2713 besitzt einen rot reflektierenden dielektrischen Mehrschichtfilm und einen blau reflektierenden dielektrischen Mehrschichtfilm, die darin über Kreuz angeordnet sind und Bündel modulierter Strahlen der entsprechenden Farben synthetisieren. Die Bündel der darin synthetisierten Strahlen durchsetzen dann eine Projektionslinse 2714 (Projektionseinrichtung) und erzeugen schließlich Abbildungen auf einem Bildschirm 2715.
Die so gestaltete Projektionsanzeige 2700 arbeitet mit Flüssigkristalllichtventilen, von denen jedes ein Lichtventiltyp ist, der polarisiertes Licht einer einzigen Art moduliert. So löst die Projektionsanzeige 2700 gemäß dieser Ausführungsform einen wesentlichen Teil der Probleme einer herkömmlichen Leuchte, denn wenn willkürlich polarisiertes Licht mittels einer herkömmlichen Leuchte zu einem Flüssigkristalllichtventil geleitet wird, wird die Hälfte des polarisierten Lichts von einer Polarisationsplatte absorbiert und in Wärme umgewandelt, so daß der Wirkungsgrad der Lichtnutzung gering ist, und eine zum Steuern der von der Polarisationsplatte ausgestrahlten Wärme benötigte große Kühlvorrichtung macht eine Menge Lärm.
Im Fall der Projektionsanzeige 2700 gemäß dieser Ausführungsform wird die Drehung der Polarisationsrichtung nur an einer der beiden Arten polarisierten Lichts (beispielsweise dem s-polarisierten Licht) von dem Halbwellenplättchen 446 in der Polarisationsleuchte 1900 durchgeführt, damit sich die Polarisationsebene in der gleichen Richtung erstreckt wie die der anderen Art des polarisierten Lichts. Die polarisierten Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen gleichmäßig sind, werden dem ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 2703, 2705 und 2711 zugeführt. Damit läßt sich der Wirkungsgrad der Lichtnutzung verbessern. Außerdem kann eine projizierte Abbildung erhalten werden, die hell ist. Ferner kann die von der nicht gezeigten Polarisationsplatte absorbierte Lichtmenge verringert werden. Dadurch kann ein Temperaturanstieg der Polarisationsplatte unterdrückt werden. Folglich ist festzustellen, daß eine Kühlvorrichtung klein gemacht und ihr Geräusch gemindert werden kann. Ferner wird in der Polarisationsleuchte 1900 eine wärmebeständige dielektrische Mehrschicht als Teilungsfilm für polarisiertes Licht verwendet. Die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402 polarisiertes Licht zu spalten, ist wärmebeständig.
Deshalb übt der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht die stabile Fähigkeit, polarisiertes Licht zu spalten, jederzeit und sogar dann aus, wenn die Projektionsanzeige 2700 eine große Menge Licht abgeben muß.
In der Polarisationsleuchte 1900 werden die beiden von dem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 ausgestrahlten Arten polarisierten Lichts in Querrichtung getrennt. Die Zone, deren Gestalt ein seitlich langgestrecktes Rechteck ist, kann also ohne Verschwendung irgendeiner Lichtmenge beleuchtet werden. Damit eignet sich die Polarisationsleuchte 1900 für ein seitlich längliches Flüssigkristalllichtventil, welches eine Abbildung projizieren kann, die leicht zu sehen ist und stark gefällt.
Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform ein dichroitisches Prisma 2713 als Einrichtung für die Farbsynthese verwendet. Folglich kann die Größe der Vorrichtung verringert werden. Ferner ist die Länge des Lichtwegs zwischen der Projektionslinse 2714 und jedem der Flüssigkristalllichtventile 2703, 2705 und 2711 kurz. Mit einer Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann also selbst dann eine helle projizierte Abbildung verwirklicht werden, wenn eine Projektionslinse benutzt wird, die einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser hat. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform für blaue Strahlen die Lichtleiteinrichtung 2750 vorgesehen, die aus dem Übertragungslinsensystem besteht, welches eine Linse 2706 an der Eintrittsseite, die Übertragungslinse 2708 und eine Linse 2710 an der Austrittsseite besitzt. Unregelmäßigkeit in Farben oder dergleichen treten folglich in projizierten Abbildungen nicht auf.
Übrigens erübrigt es sich darauf hinzuweisen, daß statt der Leuchte 1900 die Leuchte gemäß einer anderen Ausführungsform benutzt werden kann.
In der Projektionsanzeige kann die Einrichtung für die Farbsynthese von einer Optik gebildet sein, die Spiegel umfaßt, wie 28 zeigt. Bei einer Optik mit Spiegeln in der Farbsyntheseeinrichtung haben die drei Flüssigkristalllichtventile 2703, 2705 und 2711 und der Lichtquellenabschnitt 401 die gleiche Lichtweglänge. Die Projektionsanzeige zeichnet sich also dadurch aus, daß die Anzeigevorrichtung, selbst wenn keine Lichtleiteinrichtung vorgesehen ist, eine wirksame Beleuchtung erzielen kann, bei der in den Abbildungen kaum Unregelmäßigkeiten in Helligkeit und Farbe auftreten.
Die in 28 gezeigte Projektionsanzeige 2800 arbeitet mit der in 19 gezeigten Polarisationsleuchte 1900. Im Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht 402 wird das vom Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte, willkürlich polarisierte Licht in zwei Arten polarisierten Lichts getrennt. Von den zwei Arten polarisierten Lichts wird eine s-polarisierte Lichtkomponente vom Halbwellenplättchen 446 des Kondensorlinsenabschnitts 1940 in eine p-polarisierte Lichtkomponente umgewandelt.
Aus dem von einer solchen Polarisationsleuchte 1900 ausgestrahlten Lichtstrom werden zuerst rote Strahlen reflektiert, während blaue und grüne Strahlen von einem rot reflektierenden dichroitischen Spiegel 2801 durchgelassen werden. Dann werden die roten Strahlen von einem Reflexionsspiegel 2802 reflektiert und erreichen damit ein erstes Flüssigkristalllichtventil 2703. Von den blauen und grünen Strahlen hingegen werden die grünen Strahlen von einem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2803 reflektiert und erreichen damit ein zweites Flüssigkristalllichtventil 2705. Die blauen Strahlen erreichen, wenn sie von dem grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2804 durchgelassen wurden, ein drittes Flüssigkristalllichtventil 2711. Danach werden entsprechende Farbstrahlen vom ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 2703, 2705 bzw. 2711 moduliert, die auch veranlassen, daß die Farbstrahlen entsprechende Bildinformationen enthalten. Anschließend werden die modulierten Farbstrahlen vom ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 1707, 1708 und 1709 ausgegeben. Die der Farbmodulation unterzogenen roten Strahlen werden vom grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2804 und vom blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 2805 durchgelassen und erreichen eine Projektionslinse 2714 (die Projektionseinrichtung). Die der Intensitätsmodulation unterzogenen grünen Strahlen werden, nachdem sie vom grün reflektierenden dichroitischen Spiegel 2804 durchgelassen wurden, vom blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 2805 durchgelassen und erreichen dann die Projektionslinse 2714. Nach Reflexion am blau reflektierenden dichroitischen Spiegel 2805 erreichen die die Intensitätsmodulation erfahrenden blauen Strahlen die Projektionslinse 2714.
Die Projektionsanzeige 2800, deren Farbsyntheseeinrichtung aus der Optik mit Spiegeln in Form von dichroitischen Spiegeln besteht, arbeitet mit Flüssigkristalllichtventilen, bei denen es sich jeweils um einen Lichtventiltyp handelt, der polarisiertes Licht einer einzigen Art moduliert. So löst die Projektionsanzeige 2800 gemäß dieser Ausführungsform einen wesentlichen Teil der Probleme der herkömmlichen Leuchte, denn wenn willkürlich polarisiertes Licht mit Hilfe einer herkömmlichen Leuchte zu einem Flüssigkristalllichtventil geleitet wird, wird die Hälfte des willkürlich polarisierten Lichts von einer Polarisationsplatte absorbiert und in Wärme umgewandelt, so daß der Wirkungsgrad der Lichtnutzung gering ist, und es wird eine große Kühlvorrichtung benötigt, um die von der Polarisationsplatte abgegebene Wärme zu kontrollieren, und das verursacht eine Menge Lärm.
Mit der Projektionsanzeige 2800 gemäß dieser Ausführungsform wird die Rotation der Polarisationsrichtung nur an einer der beiden Arten polarisierten Lichts (beispielsweise dem s-polarisierten Licht) mittels des Halbwellenplättchens 446 in der Polarisationsleuchte 1900 durchgeführt, damit die Polarisationsebene sich in der gleichen Richtung wie die der anderen Art polarisierten Lichts (beispielsweise des p-polarisierten Lichts) erstreckt. Die polarisierten Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen einheitlich sind, werden damit dem ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 2703, 2705 und 2711 zugeführt. Folglich kann der Wirkungsgrad der Lichtnutzung verbessert werden. Außerdem kann eine projizierte Abbildung erhalten werden, die hell ist. Ferner kann die Menge des von der nicht gezeigten Polarisationsplatte absorbierten Lichts verringert werden. Damit kann ein Temperaturanstieg der Polarisationsplatte unterdrückt werden. Es wird folglich erkannt, daß eine Kühlvorrichtung klein und ihr Geräusch verringert werden kann. Ferner wird in der Polarisationsleuchte 1900 als Teilungsfilm für polarisiertes Licht ein wärmebeständiger, dielektrischer Mehrschichtfilm verwendet. Die Fähigkeit des Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht 402, polarisiertes Licht aufzuspalten, ist wärmebeständig. Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht übt also die stabile Fähigkeit zum Teilen polarisierten Lichts jederzeit sogar dann aus, wenn die Projektionsanzeige 2800 eine große Menge Licht ausgeben müßte.
(Ausführungsform 22)
29 zeigt noch ein weiteres Beispiel der Polarisationsleuchte der vorliegenden Erfindung. Die Polarisationsleuchte 2900 dieser Ausführungsform setzt sich zum überwiegenden Teil aus einem Lichtquellenabschnitt 401, einer ersten Linsenplatte 441 und einer zweiten Linsenplatte 2901 zusammen, die längs der optischen Systemachse L angeordnet sind. Von dem Lichtquellenabschnitt 401 abgestrahlter Lichtfluß wird von der ersten Linsenplatte 441 konvergiert und erreicht dann die zweite Linsenplatte 2901. Beim Durchlauf durch die zweite Linsenplatte 2901 wird das zufällig polarisierte Licht zu polarisiertem Licht einer einzigen Art umgewandelt, dessen Polarisationsrichtungen gleichförmig sind. Das polarisierte Licht dieser einzigen Art erreicht dann die zu beleuchtende rechteckige Zone 404.
Der Lichtquellenabschnitt 401 setzt sich in erster Linie aus einer Lichtquellenlampe 411 und einem Parabolreflektor 412 zusammen. Zufällig polarisiertes Licht, welches von der Lichtquellenlampe 411 abgestrahlt wird, wird von dem Parabolreflektor 412 in einer einzigen Richtung reflektiert und wird damit zu einem Bündel nahezu paralleler Lichtstrahlen (Leuchtfluß), die auf die erste Linsenplatte 441 auftreffen. Dabei ist zu beachten, daß ein ellipsenförmiger Reflektor oder ein sphärischer Reflektor anstelle des parabolischen Reflektors 412 verwendet werden könnte.
Die erste Linsenplatte 441 besteht aus einer Mehrzahl darin angeordneter Mikrokondensorlinsen 443, von denen jede eine rechteckige Außenform aufweist. Konvergente Lichtabbilder, deren Anzahl gleich der der Mikrokondensorlinsen 443 ist, werden durch die Kondensorwirkung der Mikrokondensorlinsen 443 von dem Lichtfluß gebildet, der auf die erste Linsenplatte 441 auftrifft, und zwar in einer Ebene senkrecht zur optischen Systemachse L. Die Mehrzahl konvergenter Lichtabbilder sind nichts anderes als projizierte Bilder der Lichtquellenlampe. Daher werden nachfolgend die konvergierten Lichtabbilder als sekundäre Lichtquellenabbilder bezeichnet.
Die zweite Linsenplatte 2901 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Linsenplatte jeder der zuvor erwähnten Beispiele und ist ein Verbundschichtelement bestehend aus einer Kondensorlinsenanordnung, einer Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903, einem Halbwellenplättchen 2904 und einer austrittsseitigen Linse 2905. Die zweite Linsenplatte 2901 dieser Ausführungsform ist in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur optischen Systemachse L ist, und zwar in der Nachbarschaft einer Stelle, an der ein sekundäres Lichtquellenabbild von der ersten Linsenplatte 441 gebildet wird. Die zweite Linsenplatte 2901 hat die Funktionen der zweiten Linsenplatte des optischen Integratorsystems, des Polarisationslicht-Teilungselements und des Polarisationslicht-Umwandlungselements.
Die Kondensorlinsenanordnung 2902 hat eine Gestalt ähnlich der der ersten Linsenplatte 441. Das heißt, die Kondensorlinsenanordnung 2902 besteht aus einer Mehrzahl darin angeordneter Kondensorlinsen 2910, deren Anzahl gleich derjenigen der die erste Linsenplatte 441 bildenden Mikrokondensorlinsen ist. Die Kondensorlinsenanordnung 2902 dient dazu, von der ersten Linsenplatte 441 ausgegebenes Licht zu kondensieren. Man beachte hier, daß die die erste Linsenplatte 441 bildenden Mikrokondensorlinsen 443 nicht notwendiger Weise alle die gleiche Größe, Form und Linseneigenschaften wie die jeweiligen Kondensorlinsen 2910 besitzen, die die Kondensorlinsenanordnung 2902 bilden. Es ist vorzuziehen, daß jede der Mikrokondensorlinsen 443 und der Kondensorlinsen 2910 im Hinblick auf die Eigenschaften des von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgehenden Lichts optimiert ist. Es ist jedoch ideal, daß der Hauptstrahl der in die Polarisationslichtprismenanordnung 2903 eintretenden Strahlen parallel zur optischen Systemachse L ist. Aus diesem Gesichtspunkt wird häufig eine Linse mit den gleichen Linseneigenschaften wie die Mikrokondensorlinse 443 der ersten Linsenplatte 441 oder eine Linse, die eine Form ähnlich derjenigen der Mikrokondensorlinse 443 und die gleichen Linseneigenschaften wie die Mikrokondensorlinse 443 aufweist, als Kondensorlinse 2910 eingesetzt. Somit entspricht die Kondensorlinsenanordnung 2902 der zweiten Linsenplatte des optischen Integratorsystems.
Die Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903, deren Außenansicht in 29(B) dargestellt ist, besitzt ein Paar aus einem Polarisationsstrahlteiler 2921 nach Art einer quadratischen Säule und einem Reflexionsspiegel 2922 nach Art einer quadratischen Säule als Grundelement. Eine Mehrzahl solcher Paare sind ein einer Ebene (in welcher sekundäre Lichtquellenabbilder gebildet werden) in der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 regelmäßig in solcher Weise angeordnet, daß ein Paar Grundelemente der Kondensorlinse 2910 der Kondensorlinsenanordnung 2902 entspricht. Die Breite Wp eines der Polarisationsstrahlteiler 2921 ist gleich der Breite Wm eines der Reflexionsspiegel 2922. Außerdem sind Wp und Wm auf die Hälfte der Breite einer der Kondensorlinsen 2910 eingestellt, die die Kondensorlinsenanordnung 2902 bilden.
Die zweite Linsenplatte 2901, die die Polarisationslichtprismenanordnung 2903 enthält, ist in einer solchen Weise angeordnet, daß die sekundären Lichtquellenabbilder von der ersten Linsenplatte 441 in dem Polarisationsstrahlteiler 2921 gebildet werden. Somit ist der Lichtquellenabschnitt 401 so angeordnet; daß die optische Achse R seiner Lichtquelle unter einem kleinen Winkel leicht geneigt ist.
Zufällig polarisiertes Licht, das auf die Polarisationslichtprismenanordnung 2921 auftrifft, wird von dem Polarisationsstrahlteiler 2921 in zwei Arten polarisierten Lichts mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen aufgeteilt, nämlich in das p-polarisierte Licht und das s-polarisierte Licht. Das p-polarisierte Licht durchläuft den Polarisationsstrahlteiler ohne Änderung seiner Fortpflanzungsrichtung. Im Gegensatz dazu wird das s-polarisierte Licht an der Polarisationslichtteilungsfläche 2931 des Polarisationsstrahlteilers 2921 reflektiert, so daß die Fortpflanzungsrichtung, in der sich das s-polarisierte Licht fortpflanzt, um 90 Grad gedreht wird.
Das s-polarisierte Licht wird dann erneut an der Reflexionsfläche 2941 des benachbarten Reflexionsspiegels 2922 (des Paares) reflektiert, so daß die Fortpflanzungsrichtung, in der sich das s-polarisierte Licht fortpflanzt, um etwa 90 Grad gedreht wird. Schließlich verläßt das s-polarisierte Licht die Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 in einer solchen Weise, daß es nahezu parallel zu dem p-polarisierten Licht ist.
Das Halbwellenplättchen 2904, in dem λ/2-Phasenfilme 2951 regelmäßig angeordnet sind, ist an der Austrittsseite der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 angeordnet. Das heißt, die λ/2- Phasenfilme 2951 sind an den Austrittsflächeabschnitten der Polarisationsstrahlteiler 2921 angeordnet, die die Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 bilden. Die λ/2-Phasenfilme 2951 sind dagegen nicht an dem Austrittsflächenabschnitt der Reflexionsspiegel 2922 angeordnet. Mit einer solchen Anordnung des λ/2-Phasenfilms 2951 wird die Polarisationsrichtung des p-polarisierten Lichts, das von dem Polarisationsstrahlteiler 2921 abgestrahlt wird, gedreht, wenn es durch den λ/2-Phasenfilm 2951 läuft, so daß das p-polarisierte Licht zu s-polarisiertem Licht umgewandelt wird. Auf der anderen Seite durchläuft das s-polarisierte Licht, das von dem Reflexionsspiegel 2922 reflektiert wird, nicht durch den λ/2-Phasenfilm 2951 und durchläuft somit das Halbwellenplättchen 2904 ohne Änderung seiner Polarisationsrichtung. Zusammengefaßt wird zufällig polarisiertes Licht von der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 und dem Halbwellenplättchen 2904 zu polarisiertem Licht einer einzigen Art umgewandelt (in diesem Fall s-polarisiertem Licht).
Der Lichtfluß, der zu s-polarisiertem Licht gemacht wurde, wird von der austrittsseitigen Linse 2905 zu der zu beleuchtenden Zone 404 geleitet. Ferner werden Bilder von dem s-polarisierten Licht gebildet und auf der zu beleuchtenden Zone 404 überlagert. Das heißt, Bilder von Bildebenen, die von der ersten Linsenplatte 441 extrahiert wurden, werden von der zweiten Linsenplatte 2901 in solcher Weise gebildet, daß sie darauf überlagert werden. Gleichzeitig wird das zufällig polarisierte Licht von der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903, die in der Mitte sitzt, räumlich in zwei Arten polarisierten Lichts aufgeteilt. Beim Durchlauf durch das Halbwellenplättchen 2904 werden die Lichtkomponenten zu polarisiertem Licht einer einzigen Art umgewandelt. Das meiste des Lichts erreicht die zu beleuchtende Zone 404. Somit ist die zu beleuchtende Zone 404 nahezu gleichförmig mit dem polarisierten Licht, von dem das meiste solches einer einzigen Art ist, beleuchtet.
Wie oben beschrieben, wird im Fall der Polarisationsleuchte 2900 dieser Ausführungsform zufällig polarisiertes Licht, das von dem Lichtquellenabschnitt 401 abgestrahlt wird, von der ersten Linsenplatte 441 auf vorbestimmte Mikrobereiche der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 konvergiert und dann räumlich in zwei Arten polarisierten Lichts aufgetrennt, deren Polarisationsrichtungen voneinander verschieden sind. Danach wird jede der beiden Arten polarisierten Lichts zu einer vorbestimmten Zone des Halbwellenplättchens 2904 geführt, woraufhin eine p-polarisierte Lichtkomponente zu einer s-polarisierten Lichtkomponente umgesetzt wird. Diese Ausführungsform bewirkt somit, daß das von dem Lichtquellenabschnitt 401 ausgestrahlte zufällig polarisierte Licht die zu beleuchtende Zone 404 beaufschlagen kann, wobei das meiste des polarisierten Lichts im Zustand s-polarisierten Lichts ist. Darüber hinaus tritt bei der Umwandlung des polarisierten Lichts kaum Lichtverlust auf. Folglich besteht ein Kennzeichen dieser Ausführungsform darin, daß der Nutzungsgrad des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts extrem hoch ist.
Außerdem sind im Fall dieser Ausführungsform nach Maßgabe der Form der zu beleuchtenden Zone 404, die ein seitlich langgestrecktes Rechteck ist, die Mikrokondensorlinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 in der Form eines seitlich langgestreckten Rechtecks. Zugleich werden die beiden Arten polarisierten Lichts, die von der Polarisationslichtprismenanordnung 2903 abgestrahlt werden, in Querrichtung getrennt. Selbst im Fall, wo die zu beleuchtende Beleuchtungszone 404 die Form eines seitlich gestreckten Rechtecks hat, kann der Beleuchtungswirkungsgrad ohne Verschwendung von Licht erhöht werden.
(Ausführungsform 23)
Im Fall der Ausführungsform 22 ist die zweite Linsenplatte 2901, die die Polarisationslichtprismenanordnung 2903 enthält, in einer solchen Weise angeordnet, daß die sekundären Lichtquellenabbildungen, die von der ersten Linsenplatte 441 gebildet werden, in dem Polarisationsstrahlteiler 2921 liegen. Somit muß der Lichtquellenabschnitt 401 so angeordnet sein, daß seine optische Lichtquellenachse R unter einem kleinen Winkel leicht geneigt ist. Die optische Lichtquellenachse R kann jedoch mit der optischen Systemachse L dadurch in Übereinstimmung gebracht werden, daß in der Leuchte das Ablenkungsprisma vorgesehen wird. Folglich kann der Lichtquellenabschnitt darin ohne Neigung angeordnet werden.
Das heißt, die Leuchte der vorliegenden Erfindung kann so aufgebaut werden wie eine Polarisationsleuchte 3000 der Ausführungsform 23, die in 30 dargestellt ist. Im Fall der Polarisationsleuchte 3000 der in 30 dargestellten Ausführungsform 23 ist ein Ablenkungsprisma 3001 zwischen der Lichtquelle 401 und der ersten Linsenplatte 441 angeordnet. Wenn ein von dem Lichtquellenabschnitt 401 abgehender Strahl auf das Ablenkungsprisma 3001 auftrifft, wird die Fortpflanzungsrichtung, in der sich der Strahl fortpflanzt, von dem Ablenkungsprisma leicht gedreht. Somit trifft der Strahl dann auf die erste Linsenplatte 441 unter einem Winkel ein, der nicht rechtwinklig ist. Danach erreicht der Strahl die vorbestimmte Position in dem Polarisationsstrahlteiler 2921.
Das heißt, eine Stelle, an der ein sekundäres Abbild von der ersten Linsenplatte 441 gebildet wird, kann durch Vorsehen des Ablenkungsprismas 3001 beliebig eingestellt werden. Somit kann der Lichtquellenabschnitt 401 auf der optischen Systemachse L angeordnet werden. Folglich kann das optische System einfach und leicht hergestellt werden.
Weiterhin kann das Ablenkungsprisma 3001 in einer solchen Weise ausgebildet werden, daß es einstückig mit der ersten Linsenplatte 441 ist. In einem solchen Fall kann die Anzahl von Grenzflächen zwischen dem Ablenkungsprisma und der ersten Linsenplatte 441 verringert werden. Folglich kann das von der Lichtquelle 401 ausgehende Licht ohne Lichtverlust zur zweiten Linsenplatte 2901 geleitet werden.
(Ausführungsform 24)
Die Anordnung des Lichtquellenabschnitts 401 auf der optischen Systemachse L kann durch ein Verfahren realisiert werden, bei dem eine dezentrierte Linse als die die erste Linsenplatte 441 bildenden Mikrokondensorlinsen verwendet wird, anders als bei dem in Ausführungsform 23 angewandten Verfahren, das zuvor beschrieben wurde. Ein praktisches Beispiel hiervon ist in 31 dargestellt als Polarisationsleuchte 3100, das heißt Ausführungsform 24.
Wie in 31 dargestellt ist im Fall der Leuchte 3100 dieser Ausführungsform die erste Linsenplatte 441 von den dezentrierten Mikrokondensorlinsen 3101 gebildet. Der Hauptstrahl des von der ersten Linsenplatte 441 ausgehenden Lichtflusses ist in einer solchen Weise leicht geneigt, daß ein sekundäres Lichtquellenabbild an einer vorbestimmten Stelle in dem Polarisationsstrahlteiler 2921 gebildet wird. Somit kann der Lichtquellenabschnitt 401 auf der optischen Systemachse L angeordnet werden. Folglich kann die Herstellung der optischen Systeme vereinfacht und ermöglicht werden.
(Ausführungsform 25)
Jede der zweiten Linsenplatten 2901, die bei den vorerwähnten Ausführungsformen 22 bis 24 verwendet werden, weist die Kondensorlinsenanordnung 2902 und die austrittsseitige Linse 2905 auf. Was die Strahlen angeht, die in die Polarisationslichtprismenanordnung 2903 eintreten, ist es ideal, daß der Hauptstrahl parallel zur optischen Systemachse L verläuft. Die meisten Kondensorlinsenanordnungen 2902 sind unter Verwendung von Linsen aufgebaut, die die gleichen wie die Mikrokondensorlinsen 443 der ersten Linsenplatte 441 sind. Ferner ist die austrittsseitige Linse 2905 notwendig zur Ausbildung eines Bilds auf der vorbestimmten Beleuchtungszone 404 mit einem durch verschiedene Positionen der zweiten Linsenplatte 2901 verlaufenden Lichtfluß, die von der optischen Systemachse L beabstandet sind, und zwar in solcher Weise, daß sie darauf überlagert werden.
Die austrittsseitige Linse 2905 kann jedoch weggelassen werden, wenn eine dezentrierte Linse als die Kondensorlinsenanordnung 2902 verwendet wird und der Installationswinkel der Reflexionsfläche 2941 des Reflexionsspiegels 2922 reguliert wird. Ein praktisches Beispiel ist in 32 als Polarisationsleuchte von Ausführungsform 25 dargestellt.
Wie in 32 gezeigt, ist die Kondensorlinsenanordnung 2902 unter Verwendung der dezentrierten Kondensorlinse 3202 aufgebaut. Somit kann bei der Kondensorlinsenanordnung 2902 der Hauptstrahl des p-polarisierten Lichts, das den Polarisationsstrahlteiler 2921 durchläuft, auf die Mitte 404a der zu beleuchtenden Zone gerichtet werden. Diese Ausführungsform kann mit Strahlbündeln umgehen, die den Polarisationsstrahlteiler 2921 durchlaufen, welche von der optischen Systemachse L versetzt sind, indem der Betrag der Exzentrizität der dezentrierten Kondensorlinse 3201 vergrößert wird.
Andererseits kann der Hauptstrahl des s-polarisierten Lichts, der durch den Polarisationsstrahlteiler 2921 und den Reflexionsspiegel 2922 herausgeht, auf die Mitte 404a der Beleuchtungszone gerichtet werden, indem der Installationswinkel der Reflexionsfläche 2941 des Reflexionsspiegels 2922 auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Es bedarf keiner Erwähnung, daß es in diesem Fall nötig ist, den Installationswinkel der Reflexionsfläche nach Maßgabe von deren Abstand zur optischen Systemachse L zu optimieren.
Mit der zuvor erwähnten Ausgestaltung wird die austrittsseitige Linsenplatte 2905 unnötig. Somit können die Kosten des optischen Systems verringert werden.
Weiterhin ist im Fall einer Ausgestaltung, die wie diese Ausführungsform keine austrittseitige Linse verwendet, der Ort der Kondensorlinsenanordnung 2902 nicht auf die Lichtquellenseite der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 beschränkt. Überdies kann die Kondensorlinsenanordnung 2902 auf der Seite der zu beleuchtenden Zone der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 in dem Fall angeordnet werden, wo irgendwelche Linseneigenschaften der dezentrierten Kondensorlinsen 3201, die die Kondensorlinsenanordnung 2902 bilden und irgendwelche Einstellungswinkel der Polarisationslichtteilungsflächen 2931 und des Reflexionswinkels 2941 der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 verwendet werden.
(Ausführungsform 26)
In jeder der zuvor erwähnten Ausführungsformen 22 bis 25 sind der Lichtquellenabschnitt 401 und die erste Linsenplatte 441 auf der optischen Systemachse L angeordnet. Sekundäre Lichtquellenabbilder werden an vorbestimmten Positionen des Polarisationsstrahlteilers 2921 dadurch gebildet, daß die Ausrichtung des Lichtquellenabschnitts 401 oder die Linseneigenschaften der ersten Linsenplatte 441 reguliert werden. Im Gegensatz dazu können durch Verschieben sowohl des Lichtquellenabschnitts 401 als auch der ersten Linsenplatte 441 parallel zur optischen Systemachse ähnliche Vorteile erzielt werden.
Was die seitliche Größe (das heißt die Breite) jeder der Kondensorlinsen 2910 der Kondensorlinsenanordnung 2902 der zweiten Linsenplatte 2901 angeht, ergibt sich aus der Tatsache, daß die sekundären Lichtquellenabbilder immer lediglich auf dem Polarisationsstrahlteiler 2921 gebildet werden, daß die Kondensorlinse 2910 in zufriedenstellender Weise funktioniert, wenn ihre Breite gleich der Breite Wp des Polarisationsstrahlteilers 2921 ist.
Ein praktisches Beispiel hiervon ist in 33 als Polarisationsleuchte 3300 von Ausführungsform 26 dargestellt. Im Fall dieser Ausführungsform sind der Lichtquellenabschnitt 401 und die erste Linsenplatte 441 durch Parallelverschiebung gegenüber der optischen Systemachse L in der Richtung (das heißt in der Figur betrachtet abwärts), in der der Polarisationsstrahlteiler 2921 in der Polarisationslicht-Teilungsprismenanordnung 2903 angeordnet ist, um einen Verschiebeabstand (= D) entsprechend der halben Breite Wp des Polarisationsstrahlteilers 43 angeordnet. Darüber hinaus ist die Kondensorlinsenanordnung 2902 der zweiten Linsenplatte 2901 aufgebaut unter Verwendung und Anordnung kondensierender halbtransparenter Linsen 3301, von denen jede eine Linsenbreite (das heißt eine seitliche Breite) gleich der Breite Wp des Polarisationsstrahlteilers 292 aufweist entsprechend den Stellen, an denen der Polarisationsstrahlteiler montiert ist.
Mit der vorgenannten Ausgestaltung kann die Auslegung des optischen Systems vereinfacht werden. Weiterhin können die Kosten des optischen Systems erzielt werden.
(Projektionsanzeige unter Verwendung der Leuchte der Ausführungsform 24)
34 zeigt ein Beispiel einer Projektionsanzeige unter Verwendung der Polarisationsleuchte 3100, die in 31 dargestellt ist, unter den Leuchten der Ausführungsformen 23 bis 26.
Wie in 34 gezeigt, ist in der Polarisationsleuchte 3100 einer Vorrichtung 3400 dieser Ausführungsform der Lichtquellenabschnitt 401 zur Abstrahlung zufällig polarisierten Lichts in einer einzigen Richtung vorgesehen. Das zufällig polarisierte Licht, das von diesem Lichtquellenabschnitt 401 ausgeht und von der ersten Linsenplatte 441 kondensiert ist, wird zu einer vorbestimmten Stelle in der zweiten Linsenplatte 2901 geleitet. Danach wird das zufällig polarisierte Licht von der Polarisationslichtprismenanordnung 2903 der zweiten Linsenplatte 2901 in zwei Arten polarisierten Lichts aufgetrennt. Unter den beiden Arten polarisierten Lichts wird eine p-polarisierte Lichtkomponente von dem Halbwellenplättchen 2904 zu einer s-polarisierten Lichtkomponente umgesetzt.
Von dem von dieser Polarisationsleuchte 3100 abgestrahlten Lichtfluß werden zunächst rote Strahlen reflektiert, während blaue und grüne Strahlen von einem dichroitischen Reflexionsspiegel 3401 für Blau und Grün durchgelassen werden. Die roten Strahlen werden von einem Reflexionsspiegel 3402 reflektiert und erreichen anschließend ein erstes Flüssigkristalllichtventil 3403. Andererseits werden von den blauen und den grünen Strahlen die grünen Strahlen von einem dichroitischen Reflexionsspiegel 3404 für Grün reflektiert und erreichen danach ein zweites Flüssigkristalllichtventil 3405.
Man beachte hier, daß blaue Lichtstrahlen eine optische Weglänge besitzen, die länger als die der Strahlen jeder der anderen beiden Farben ist. Daher ist eine Lichtführungseinrichtung 3450, die von einem Relaislinsensystem, bestehend aus einer eintrittsseitigen Linse 3406, einer Relaislinse 3408 und einer austrittsseitigen Linse 3410, für blaue Strahlen vorgesehen. Das heißt, nachdem sie von dem dichroitischen Reflexionsspiegel 3404 für Grün durchgelassen wurden, werden die blauen Strahlen zunächst durch die Linse 3406 mittels eines Reflexionsspiegels 3407 zu der Relaislinse 3408 geleitet. Dann, nachdem sie von dieser Relaislinse 3408 konvergiert wurden, werden die blauen Strahlen mittels eines Reflexionsspiegels 3409 zur austrittsseitigen Linse 3410 geführt. Danach erreichen die blauen Strahlen ein drittes Flüssigkristalllichtventil 3411. Das erste bis dritte Flüssigkristalllichtventil 3403, 3405 und 3411 modulieren entsprechend farbige Strahlen und bewirken, daß die Farbstrahlen entsprechende Bildinformation beinhalten. Nachfolgend werden die modulierten Farbstrahlen veranlaßt, auf ein dichroitischen Prisma 3413 (das heißt eine Farbsyntheseeinrichtung) aufzutreffen. Das dichroitische Prisma 3413 hat einen dielektrischen Mehrschichtreflexionsfilm für Rot und einen dielektrischen Mehrschichtreflexionsfilm für Blau, die kreuzweise darin angeordnet sind und Bündel modulierter Strahlen dieser Farben jeweils synthetisieren. Die Bündel darin synthetisierter Strahlen durchlaufen eine Projektionslinse 3414 (das heißt eine Projektionseinrichtung) und bilden Abbildungen auf einem Schirm 3415.
Die in dieser Weise aufgebaute Projektionsanzeige 3400 verwendet Flüssigkristalllichtventile, von denen jedes ein Lichtventil einer Art ist, die polarisiertes Licht einer einzigen Art moduliert. Somit löst die Projektionsanzeige 3400 dieser Ausführungsform einen wesentlichen Teil der Probleme einer herkömmlichen Leuchte indem, wenn zufällig polarisiertes Licht zu einem Flüssigkristalllichtventil unter Verwendung der herkömmlichen Leuchte geleitet wird, die Hälfte des zufällig polarisierten Lichts von einer Polarisationsplatte absorbiert und in Wärme umgewandelt wird, so daß der Wirkungsgrad bei der Lichtnutzung gering ist, und indem eine große Kühlvorrichtung, die großen Lärm verursacht, zur Regelung der von der Polarisationsplatte ausgehenden Wärme erforderlich ist.
Im Fall der Projektionsanzeige 3400 dieser Ausführungsform wird die Rotation der Polarisationsrichtung nur bei einer vor zwei Arten polarisierten Lichts ausgeführt, beispielsweise bei p-polarisierten Licht von dem Halbwellenplättchen 2904 in der Polarisationsleuchte 3100, so daß dessen Polarisationsebene dazu gebracht wird, sich in gleicher Richtung zu erstrecken wie die der anderen Art polarisierten Lichts. Somit werden die polarisierten Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen gleichförmig sind, zu dem ersten bis dritten Flüssigkristalllichtventil 3403, 3405 und 3411 geleitet. Folglich kann der Wirkungsgrad bei der Nutzung des Lichts vergrößert werden. Darüber hinaus kann ein helles Projektionsbild erzielt werden. Weiterhin kann die Menge des von der Polarisationsplatte (nicht gezeigt) absorbierten Lichts verringert werden. Dadurch kann ein Anstieg der Temperatur der Polarisationsplatte unterdrückt werden. Folglich kann eine kleine Kühleinrichtung mit reduziertem Geräusch realisiert werden.
Außerdem werden bei der Polarisationsleuchte 3100 die beiden Arten polarisierten Lichts von der zweiten Linsenplatte 2901 in Querrichtung nach Maßgabe der Form der Kondensorlinse 2911 getrennt. Somit kann die Zone, deren Form ein seitlich gestrecktes Rechteck ist, ohne Verschwendung irgendwelcher Lichtmenge beleuchtet werden. Folglich eignet sich die Polarisationsleuchte 3100 für ein seitlich langgestrecktes Flüssigkristalllichtventil, welches ein Bild projizieren kann, das leicht zu sehen ist und sehr ansprechend ist.
Wie in der Beschreibung der oben erwähnten Ausführungsform 22 angegeben, beschränkt die Polarisationsleuchte dieser Ausführungsform die Divergenz von Lichtfluß, der von der Polarisationsumwandlungsprismenanordnung 2903 ausgeht ungeachtet der Tatsache, daß die optischen Polarisationsumwandlungselemente darin enthalten sind. Dies bedeutet, daß, wenn das Flüssigkristalllichtventil beleuchtet wird, wenig Licht vorhanden ist, das unter einem großen Einfallwinkel auf das Flüssigkristalllichtventil auftrifft. Daher kann ein helles projiziertes Bild realisiert werden, selbst wenn keine Projektionslinse mit extrem großen Durchmesser und einer kleinen F-Zahl verwendet wird.
Darüber hinaus benutzt diese Ausführungsform ein dichroitisches Prisma 3413 als Farbsyntheseeinrichtung. Somit kann die Größe der Vorrichtung verringert werden. Darüber hinaus ist die Länge des optischen Weges zwischen der Projektionslinse 3414 und jedem der Flüssigkristalllichtventile 3403, 3405 und 3411 kurz. Somit kann im Fall der Vorrichtung dieser Ausführungsform ein helles Projektionsbild realisiert werden, selbst wenn eine Projektionslinse mit einem relativ kleinen Durchmesser verwendet wird. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform die Lichtführungseinrichtung 3450 für blaue Strahlen vorgesehen, die von dem Relaislinsensystem bestehend aus der eintrittsseitigen Linse 3406, der Relaislinse 3408 und der austrittsseitigen Linse 3410 aufgebaut ist. Folglich treten Farbunregelmäßigkeiten oder dergleichen bei dem projizierten Bildern nicht auf.
Nebenbei bemerkt kann die Projektionsanzeige mit einem optischen System versehen werden, welches Spiegel verwendet, die drei dichroitische Spiegel als die Farbsyntheseeinrichtung verwenden. Es bedarf keiner Erwähnung, daß in einem solchen Fall die Polarisationsleuchte dieses Beispiels in der Projektionsanzeige enthalten seien kann. Folglich kann ähnlich wie im Fall dieses Beispiels ein helles Projektionsbild hoher Qualität mit einem guten Lichtnutzungsgrad erzeugt werden.
(Andere Ausführungsformen)
Nebenbei bemerkt wird bei den meisten vorgenannten Ausführungsformen beispielsweise das p-polarisierte Licht in der Polarisationslichtumwandlungseinrichtung zu s-polarisiertem Licht umgesetzt. Es bedarf keiner Erwähnung, daß die gleichförmige Polarisationsrichtung, die das polarisierte Licht haben sollte, eine der beiden Polarisationsrichtungen, das heißt die von s-polarisiertem Licht oder die von p-polarisiertem Licht sein kann. Ferner können die Polarisationsebenen des polarisierten Lichts sich in gleicher Richtung dadurch erstrecken, daß die Rotation der Polarisationsrichtung sowohl bei dem p-polarisiertem Licht als auch bei dem s-polarisierten Licht durch die Verzögerungsschichten bzw. Phasenschichten ausgeübt wird.
Andererseits wird im Fall jeder der vorgenannten Ausführungsformen angenommen, daß das Halbwellenplättchen und das Viertelwellenplättchen Verzögerungs- bzw. Phasenfilme aus gewöhnlichem Hochpolymerfilmen sind. Diese Phasenfilme können jedoch verdrillte nematische Flüssigkristalle (das heißt TN-Flüssigkristalle) sein. Im Fall der Verwendung von TN-Flüssigkristallen kann die Abhängigkeit von der Wellenlänge des Phasenfilms verringert werden. Somit kann im Vergleich zum Fall der Verwendung gewöhnlicher Hochpolymerfilme die Polarisationsumwandlungs-Performance des Halbwellenplättchens und des Viertelwellenplättchens verbessert werden.
Industrielle Anwendungsmöglichkeit
Eine Polarisationsleuchte der vorliegenden Erfindung mit einem optischen Integratorsystem ist mit einem Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht zum Aufteilen des von einer Lichtquelle abgestrahlten Lichts in zwei Arten von polarisierten Licht versehen, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander und deren Ausbreitungsrichtungen durch einen Winkel von weniger als 90 Grad voneinander getrennt sind, und Polarisationsumwandlungsmittel, um die zwei Arten von polarisiertem Licht zu veranlassen, dieselbe Polarisationsrichtung anzunehmen. Darüber hinaus verwendet diese Polarisationsleuchte der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration, bei der der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht an einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite einer ersten Linsenplatte des optischen Integratorsystems untergebracht ist, oder in einer zweiten Linsenplatte untergebracht ist.
Folglich können im Fall der Polarisationsleuchte der vorliegenden Erfindung polarisierte Lichtkomponenten, deren Polarisationsrichtungen gleichförmig sind, auf ein zu beleuchtendes Gebiet angewendet werden. Daher können in dem Fall, bei dem die Polarisationsleuchte der vorliegenden Erfindung in einer ein Flüssigkristalllichtventil verwendende Projektionsanzeige verwendet wird, polarisierte Lichtkomponenten, deren Polarisationsebenen sich in dieselbe Richtung erstrecken, an das Flüssigkristalllichtventil zugeführt werden. Der Nutzungsgrad des Lichts wird verbessert. Weiters kann die Helligkeit eines projizierten Bildes verbessert werden. Darüber hinaus wird die Menge des von einer Polarisationsplatte absorbierten Lichts verringert, so daß ein Temperaturanstieg der Polarisationsplatte unterdrückt wird. Folglich läst es sich realisieren, daß eine Kühlvorrichtung klein ausgeführt und ihr Lärm reduziert werden kann.
Des weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung die räumliche Divergenz von polarisiertem Licht aufgrund seiner Aufteilung vermieden, indem ein Prozeß zur Erzeugung von sekundären Mikro-Lichtquellenbildern verwendet wird, was ein charakteristisches Merkmal des optischen Integratorsystems ist. Folglich kann verhindert werden, daß die Größe der Leuchte der vorliegenden Erfindung die Größen von herkömmlichen Leuchten übersteigt.
Weiters ist im Fall, daß ein Prismenstrahlteiler als Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht verwendet wird, die Fähigkeit eines Teilungsabschnitts für polarisiertes Licht zum Aufteilen von polarisiertem Licht wärmebeständig, da ein wärmebeständiger dielektrischer Vielschichtfilm als Teilungsfilm für polarisiertes Licht verwendet wird. Der Teilungsabschnitt für polarisiertes Licht übt die stabile Teilungsfähigkeit für polarisiertes Licht zu jeder Zeit aus, auch in dem Fall, daß die Projektionsanzeige es erfordert, eine große Menge von Licht auszugeben.
In dem Fall der Anwendung einer Konfiguration, bei der ein Prismenstrahlteiler an der Eingangsseite der ersten Linsenplatte angebracht ist, kann eine gute Aufteilungscharakteristik zum Aufteilen des p-polarisierten Lichts vom s-polarisierten Licht erhalten werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Aufteilungscharakteristik von polarisiertem Licht eines Prismenstrahlteilers von dem Einfallswinkel des Lichts abhängt, so daß seine Aufteilungscharakteristik des polarisierten Lichts vorteilhafter und stabil gemacht werden kann, indem Strahlen, die durch einen Reflektor zu nahezu parallelen Strahlen gemacht wurden, veranlaßt werden, in den Prismenstrahlteiler einzutreten.
Des weiteren kann die Größe der Leuchte weiter reduziert werden durch Verwendung einer Konfiguration, bei der der Prismenstrahlteiler an der Ausgangsseite der ersten Linsenplatte angebracht ist, da der Spalt zwischen der ersten Linsenplatte und der zweiten Linsenplatte verschmälert werden kann.

Claims

Polarisationsleuchte umfassend: eine Lichtquelle (401); Teilungsmittel (402) zum Aufteilen von Licht von der Lichtquelle in zwei Lichtkomponenten (S, P) polarisierten Lichts, die in verschiedene Richtungen ausgestrahlt werden und deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander sind; ein optisches Integratorsystem (403), das mit einer ersten Linsenplatte (441) und einer zweiten Linsenplatte (442) versehen ist, von denen jede aus einer Mehrzahl von rechteckigen Linsen (443, 444) besteht und eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite hat, wobei die Ausgangsseite der ersten Linsenplatte der Eingangsseite der zweiten Linsenplatte gegenüberliegt, die Eingangsseite der ersten Linsenplatte eine Lichteingangsseite des Integratorsystems, und die Ausgangsseite der zweiten Linsenplatte eine Lichtausgangsseite des Integratorsystems definiert; und Umwandlungsmittel (446) die bewirken, daß die zwei Lichtkomponenten die gleiche Polarisationsrichtung haben, bei dem die Teilungsmittel an der Eingangsseite der ersten Linsenplatte liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsmittel ein Strahlteiler sind, der einen Lichtteilungsfilm (426) aufweist, der so angelegt ist, daß die zwei Lichtkomponenten in jeweilige einen Winkel von weniger als 90° miteinander bildenden Richtungen ausgestrahlt werden, bei dem der Strahlteiler (402) ein erstes Prisma (422) mit einem flachen viereckig-keilförmigen Querschnitt umfaßt; und ein zweites Prisma (421) mit einem dreieckigen Querschnitt; wobei eine der geneigten Oberflächen (425) des zweiten Prismas mit einer der gegenüberliegenden Oberflächen (427) des ersten Prismas mit dem dazwischen liegenden Lichtteilungsfilm (426) verbunden ist; und ein Reflexionsfilm (429) zur Reflexion einer einzigen Art polarisierten Lichts, das von dem Lichtteilungsfilm in einer vorbestimmten Richtung durchgelassen wird, an der anderen der gegenüberliegenden Seitenoberflächen des ersten Prismas gebildet ist, wobei die Umwandlungsmittel an der Ausgangsseite des Integratorsystems (403) angebracht und selektiv entsprechend dem Winkel der Ausbreitungsrichtungen der zwei Lichtkomponenten ausgebildet sind.
Polarisationsleuchte gemäß Anspruch 1, bei der zwei rechtwinklig sich kreuzende Oberflächen des zweiten Prismas (421) als eine Einfallsoberfläche bzw. eine Ausgangsoberfläche dienen.
Polarisationsleuchte umfassend: eine Lichtquelle (401); Teilungsmittel (402) zum Aufteilen von Licht von der Lichtquelle in zwei Lichtkomponenten (S, P) polarisierten Lichts, die in verschiedene Richtungen ausgestrahlt werden und deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander sind; ein optisches Integratorsystem (403), das mit einer ersten Linsenplatte (441) und einer zweiten Linsenplatte (442) versehen ist, von denen jede aus einer Mehrzahl von rechteckigen Linsen (443, 444) besteht und eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite hat, wobei die Ausgangsseite der ersten Linsenplatte der Eingangsseite der zweiten Linsenplatte gegenüberliegt, die Eingangsseite der ersten Linsenplatte eine Lichteingangsseite des Integratorsystems, und die Ausgangsseite der zweiten Linsenplatte eine Lichtausgangsseite des Integratorsystems definiert; und Umwandlungsmittel (446) die bewirken, daß die zwei Lichtkomponenten die gleiche Polarisationsrichtung haben, bei dem die Teilungsmittel an der Eingangsseite der ersten Linsenplatte liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsmittel ein Strahlteiler sind, der einen Lichtteilungsfilm (426) aufweist, der so angelegt ist, daß die zwei Lichtkomponenten in jeweilige einen Winkel von weniger als 90° miteinander bildenden Richtungen ausgestrahlt werden, bei dem der Strahlteiler (402) ein erstes Prisma (422) mit einem flachen viereckig-keilförmigen Querschnitt umfaßt; und ein zweites Prisma (422A) mit einem flachen viereckigen Querschnitt; wobei eine der Oberflächen des zweiten Prismas mit einer der gegenüberliegenden Oberflächen (427) des ersten Prismas, mit dem dazwischen liegenden Lichtteilungsfilm (426), verbunden ist; und ein Reflexionsfilm (429) zur Reflexion einer einzigen Art polarisierten Lichts, das von dem Lichtteilungsfilm in einer vorbestimmten Richtung durchgelassen wird, an der anderen der gegenüberliegenden Seitenoberflächen des ersten Prismas gebildet ist, wobei die Umwandlungsmittel an der Ausgangsseite des Integratorsystems (403) angebracht und selektiv entsprechend dem Winkel der Ausbreitungsrichtungen der zwei Lichtkomponenten ausgebildet sind.
Polarisationsleuchte umfassend: eine Lichtquelle (401); Teilungsmittel (402) zum Aufteilen von Licht von der Lichtquelle in zwei Lichtkomponenten (S, P) polarisierten Lichts, die in verschiedene Richtungen ausgestrahlt werden und deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander sind; ein optisches Integratorsystem (403), das mit einer ersten Linsenplatte (441) und einer zweiten Linsenplatte (442) versehen ist, von denen jede aus einer Mehrzahl von rechteckigen Linsen (443, 444) besteht und eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite hat, wobei die Ausgangsseite der ersten Linsenplatte der Eingangsseite der zweiten Linsenplatte gegenüberliegt, die Eingangsseite der ersten Linsenplatte eine Lichteingangsseite des Integratorsystems, und die Ausgangsseite der zweiten Linsenplatte eine Lichtausgangsseite des Integratorsystems definiert; und Umwandlungsmittel (446) die bewirken, daß die zwei Lichtkomponenten die gleiche Polarisationsrichtung haben, bei dem die Teilungsmittel an der Eingangsseite der ersten Linsenplatte liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsmittel ein Strahlteiler sind, der einen Lichtteilungsfilm (426) aufweist, der so angelegt ist, daß die zwei Lichtkomponenten in jeweilige einen Winkel von weniger als 90° miteinander bildenden Richtungen ausgestrahlt werden, bei dem der Strahlteiler (402) ein erstes Prisma (422) mit einem flachen viereckig-keilförmigen Querschnitt umfaßt; und eine Mehrzahl von zweiten Prismen (91A–91D) mit einem dreieckigen Querschnitt; bei dem von jedem der zweiten Prismen eine ihrer geneigten Oberflächen mit einer von gegenüberliegenden Seitenoberflächen des ersten Prismas mit dem dazwischen liegenden Lichtteilungsfilm (426) verbunden ist; und ein Reflexionsfilm zur Reflexion einer einzigen Art polarisierten Lichts, das von dem Lichtteilungsfilm in einer vorbestimmten Richtung durchgelassen wird, an der anderen der gegenüberliegenden Seitenoberflächen des ersten Prismas gebildet ist, wobei die Umwandlungsmittel an der Ausgangsseite des Integratorsystems (403) angebracht und selektiv entsprechend dem Winkel der Ausbreitungsrichtung der zwei Lichtkomponenten ausgebildet sind.
Projektionsanzeige umfassend eine Leuchte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Modulationsmittel (109R, 109G, 109B) mit einem Flüssigkristalllichtventil, das bewirkt, daß polarisiertes Licht, das im Lichtstrom enthalten ist, der von dieser Leuchte ausgegeben wird, moduliert wird und bewirkt, daß das Licht Bildinformation enthält, und ein Projektionsoptiksystem (216), um den modulierten Lichtstrom an einen Bildschirm (200) zu werten, und an diesem ein Bild anzuzeigen.
Projektionsanzeige gemäß Anspruch 5, ferner umfassend farbige Lichtteilungsmittel (203, 206, 212) zum Aufteilen des Lichtstroms, der von der Leuchte ausgegeben wird, in zwei oder mehr Lichtströme; wobei die Modulationsmittel (109R, 109G, 109B) zwei oder mehr Flüssigkristalllichtventile haben; und Lichtsynthesemittel (215) zum Zusammensetzen der zwei oder mehr Lichtströme, die je durch ein jeweiliges der Flüssigkristalllichtventile moduliert wurden, und wobei die zusammengesetzten Lichtströme auf den Bildschirm (200) projiziert werden, um an diesem ein Farbbild anzuzeigen.