DE69719748T2

DE69719748T2 - Bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69719748T2
Application number: DE69719748T
Authority: DE
Inventors: Ritsuo Koga; Hideto Kubouchi
Original assignee: Plus Corp
Current assignee: Plus Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2003-09-11
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: TW391139B; JP3121843B2; CA2247884C; WO1998029773A1; US6129437A; KR100382953B1; EP0901030A1; EP0901030A4; DE69719748D1; CA2247884A1; KR19990082653A; EP0901030B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine projektionsartige Bildanzeigevorrichtung zur Verwendung in einem projektionsartigen Feinanzeige-Fernsehsystem oder Videoprojektor. Ganz besonders bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Bildschirmanzeigevorrichtung mit einem einzigartigen Merkmal in dem Aufbau des optischen System zum Projizieren eines Farbbildes.
Eine von bekannten herkömmlichen projektionsartigen Bildanzeigevorrichtungen ist eine projektionsartige Farbflüssigkristall-Bildanzeigevorrichtung, welche eine Flüssigkristallanzeigefläche verwendet.
Die projektionsartigen Farbflüssigkristall-Bildanzeigevorrichtungen werden grob unterteilt in eine dreiflächige Farbflüssigkristall-Bildanzeigevorrichtung mit drei Flüssigkristallanzeigeflächen für Rot-, Grün- und Blau-Primärfarben und eine einflächige Farbflüssigkeitskristall-Bildanzeigevorrichtung mit einer einzigen Flüssigkristallanzeigefläche mit einem mosaik- oder streifengemusterten Dreifarbenfilter.
Die dreiflächige Farbflüssigkristall-Bildanzeigevorrichtung umfasst ein optisches System zum Umsetzen eines weißen Lichtes in Rot-, Grün- und Blau-Primärfarben, und eine Flüssigkristallanzeigefläche zur Steuerung der Leuchtdichte jeder Farbe, um ein Bild auszubilden.
Das endgültige Farbbild wird erstellt und angezeigt durch optische Überlagerung von roten, grünen und blauen Farbbildern.
Die einflächige Farbflüssigkeitskristall-Bildanzeigevorrichtung leitet ein weißes Licht in eine einzige Flüssigkristallanzeigefläche mit einem mosaik- oder streifengemusterten Dreifarbenfilter ein, um ein Farbbild zu erstellen und anzuzeigen.
Neben den dreiflächigen und einflächigen projektionsartigen Flüssigkristall- Bildanzeigenvorrichtungen ist eine weitere projektionsartige Farbbildanzeigevorrichtung, welche ein digitales Mikrospiegelgerät (DMD: Markenname von Texas Instruments) benützt, seit kurzem erhältlich (hiermit wird Bezug genommen auf die Zeitschrift "Optics", Vol. 25, No. 6, p. 313-314, 1996).
Die Flüssigkristallfläche, welche in dem dreiflächigen oder einflächigen projektionsartigen Flüssigkeitskristall-Bildanzeigevorrichtung steuert, wie bereits bekannt, eine Anzahl von zweidimensional aufgereihten Zellen von Flüssigkristallmolekülen in Ausrichtung, um Polarisation von Licht zu verändern, wobei die Transmission von Licht ein- und ausgeschaltet wird.
Das vorstehend genannte DMD mit einer zweidimensionalen Anordnung einer Anzahl von Bildpunkten, von denen jeder einen Mikrospiegel aufweist, steuert die Kippung eines jeden Spiegels einzeln durch die Wirkung eines elektrischen Feldes, welche durch ein jeweils jedem Bildpunkt zugeordneten Speicherelements bewirkt wird und den Reflexionswinkel des reflektierten Lichtstrahls verändert, wobei ein Ein/Aus-Zustand bewirkt wird.
Fig. 9 zeigt die Arbeitsweise des zu jedem Bildpunkt gehörigen Mikrospiegels in dem DMD. Diagrammartig werden in Fig. 9 Mikrospiegel 101 bis 105 und eine Projektionslinse 110 gezeigt. Wie gezeigt, sind die Anzeigeelemente entsprechend den Mikrospiegeln 103 und 105 in einem Ein-Zustand.
Lichtstrahlen, welche von den Mikrospiegeln 101, 102, und 104 der Bildpunkte in dem Aus-Zustand wegreflektiert werden, werden nicht zu der Projektionslinse 110 gerichtet. Lichtstrahlen, welche von den Mikrospiegeln 103 und 105 der Bildpunkte in dem Ein- Zustand wegreflektiert werden, werden zu der Projektionslinse 110 gerichtet und bilden ein Bild auf dem Schirm aus.
Der Kippwinkel des Mikrospiegels eines Bildpunktes in dem Ein-Zustand ist etwa 10 Grad in Bezug auf einen horizontal justierten Mikrospiegel.
Die Vorteile des DMD gegenüber der Flüssigkristallanzeigefläche mit einem Polarisator schließen eine bessere Nutzung des Lichtes, die Eigenschaft der Wärmewiderstandsfähigkeit, Eigenschaften von Hochgeschwindigkeitsantwort und Ähnlichem ein.
Bekannte Projektionsgeräte sind offenbart in EP 0 372 568 A, US 5 245 369 A und US 5 159 485 A.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems für eine herkömmliche projektionsartige Farbbildanzeigevorrichtung, welche ein DMD verwendet.
Eine Weißlichtbogenlampe (Lichtemissionspunkt) 51, wie etwa eine Xenonbogenlampe, ist in einem Fokus eines elliptischen Sammelspiegels 52 angeordnet.
Der von der Bogenlampe 51 ausgesandte Lichtstrahl wird an dem anderen Fokus des elliptischen Spiegels 52 fokussiert, wobei eine zweite virtuelle Lichtquelle gebildet wird.
Ein drehbares Farbfilter 53 ist an der Stelle der zweiten Lichtquelle angeordnet (der andere Fokus des elliptischen Spiegels 52).
Wie in Fig. 11 gezeigt, weist das Farbfilter 53 einen Ringabschnitt auf, welcher in Transmissionsfilter 53R, 53G und 53B entsprechend den drei Primärfarben von Rot, Grün und Blau unterteilt ist. Die Drehachse des Farbfilters 53 ist mit Bezugszeichen 531 bezeichnet.
Wenn der Farbfilter 53 um die Drehachse 531, welche, wie in Fig. 10 gezeigt, parallel mit der optischen Achse des Lichtstrahls von der Bogenlampe 51 ist, gedreht wird, setzt der Farbfilter 53 nacheinander das weiße Licht in die Farben Rot, Grün und Blau um.
Mit Bezug auf Fig. 10 wird ein durch das Farbfilter 53 tretender Lichtstrahl durch die Kondensorlinsen 541, 542 durchgeleitet, vom einem Planspiegel 551 reflektiert, und durch eine Kondensorlinse 543 durchgeleitet. Der durch die Kondensorlinse 543 fallende Lichtstrahl wird von dem Planspiegel 552 reflektiert, durch die Kondensorlinse 544 durchgeleitet und dem DMD 56 zugeführt. Der vom DMD 56 reflektierte Lichtstrahl wird auf eine Projektionslinse 57 gegeben.
Die Kondensorlinsen 541-544 haben eine Funktion, den roten, grünen oder blauen Lichtstrahl an der Eingangspupille der Projektionslinse 57 durch die Mikrospiegel der Bildpunkte in dem Ein-Zustand des DMD 56 zu konzentrieren. Weiterhin haben die Kondensorlinsen 541-544 eine Funktion, die durch die ungleiche Beleuchtungsstärke auf dem Schirm verursachte nicht gleichmäßige Beleuchtung zu reduzieren.
Die Planspiegel 551 und 552 haben eine Funktion, den Strahlengang einer optischen Beleuchtungseinheit, der in komplizierter Weise durch die Kondensorlinsen 541 bis 544 geführt wird, abzulenken. Die optische Beleuchtungseinheit bezieht sich auf ein optisches System, zusammengesetzt aus den im Strahlengang vorhandenen Komponenten, wobei der Strahlengang entlang des Lichtstrahls von der Bogenlampe 51 zu dem DMD 56 verläuft.
Der optische Strahlengang der optischen Beleuchtungseinheit ist aus folgendem Grund kompliziert aufgebaut. Um zu erreichen, dass DMD 56 genau arbeitet, ist der Einfallswinkel eines Lichtstrahls auf die Oberfläche von jedem Mikrospiegel in der DMD 56 notwendigerweise groß (z. B. 80 Grad) und somit sind die Komponenten, welche die optische Beleuchtungseinheit zusammensetzen, wie die Kondensorlinsen, einem mechanischen Kontakt oder einer Einwirkung auf die Projektionslinse 57 ausgesetzt.
Um eine mechanische Berührung oder Einflussnahme auszuschließen, sind die Planspiegel 551 und 552 notwendigerweise dreidimensional angeordnet, wie in Fig. 10 gezeigt, wobei der optische Strahlengang der optischen Beleuchtungseinheit komplex gestaltet wird.
Die zentrale Achse des DMD 56 ist nicht kollinear justiert mit der optischen Achse der Projektionslinse 57, und die DMD 56 ist abgesetzt (verschoben) von der optischen Achse der Projektionslinse 57. Herkömmlicherweise ist die Projektionslinse 57 deshalb eher teilweise als in ihrem vollen Gesichtsfeld genutzt.
Wegen ihres komplexen Aufbaus ist die dreiflächige projektionsartige Farbbildanzeigevorrichtung unförmig und teuer.
Da die einflächige projektionsartige Farbbildanzeigevorrichtung einen vergleichbar einfachen optischen Aufbau und eine geringe Anzahl von Komponenten aufweist, kann eine kompakte und kostengünstige Ausführung leicht dargestellt werden. Andererseits stellt die Verwendung eines Farbfilters eine Schwierigkeit im Hinblick auf die volle Nutzung des Lichtstrahls von der Lichtquelle dar, und hat ein dunkleres Bild zur Folge. Wenn die Helligkeit der Lichtquelle erhöht wird, um diesen Nachteil auszugleichen, müssen Komponenten, wie etwa die Flüssigkristallflächen mit ausreichenden Kühlstufen vorgesehen werden.
Die herkömmliche projektionsartige Farbbildanzeigevorrichtung mit einem DMD ist besonders widerstandsfähig für Hitze und weist, wegen des feinen Gitters, eine hohe Auflösung, verglichen mit einer Flüssigkeitskristall-Bildanzeigefläche auf. Die DMD- Farbbildanzeigevorrichtung hat jedoch die folgenden Nachteile.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich, ist die Bauteileanzahl der optischen Beleuchtungseinheit so groß, dass ein möglicher Vorteil an hoher Bildhelligkeit des DMD nicht voll ausgeschöpft werden kann.
Da weiterhin die optische Beleuchtungseinheit dreidimensional angeordnet ist, ist Zusammenbau und Justagevorgang zeitaufwändig und die Vorrichtung wird unförmig und teuer.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bildanzeigevorrichtung bereitzustellen, die ein Farbbild hoher Helligkeit und hoher Beleuchtungsstärke durch intensive Nutzung eines Lichtstrahls liefert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bildanzeigevorrichtung bereitzustellen, die eine kompakte und kostengünstige Ausführung liefert durch die Reduzierung der Bauteileanzahl einer optischen Beleuchtungseinheit.
Die Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Weißlichtquelle, einen Sammelspiegel zum Sammeln eines Lichtstrahles von der Weißlichtquelle, um eine sekundäre virtuelle Lichtquelle auszubilden, einen, an der Stelle der sekundären virtuellen Lichtquelle angeordneten Farbfilter zur aufeinanderfolgenden Erzeugung von drei Primärfarben des Lichtes von dem Weißlichtstrahl, eine Kondensorlinse, die ermöglicht, dass ein durch das Farbfilter tretender Lichtstrahl durch die Kondensorlinse hindurchtritt, einen Reflexionsspiegel zum Reflektieren des durch die Kondensorlinse durchgetretenen Lichtstrahls, eine Reflexions-Anzeigeeinrichtung, welche den von dem Reflexionsspiegel reflektierten Lichtstrahl empfängt und Bildelemente erzeugt in Ein- und Aus-Zuständen durch Änderung der Kippung eines Mikrospiegels von jedem einer Anzahl von zweidimensional aufgereihten Bildelementen, um den Winkel der Reflexion des Lichtstrahls, welcher von jedem Mikrospiegel reflektiert wird, zu verändern, und eine Projektionslinse, welche den von einem Bildelement in dem Ein-Zustand reflektierten Lichtstrahl empfängt und ausweitet und den empfangenen Lichtstrahl projiziert.
Der einzigartige Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Reflexionsspiegel durch einen einzigen Konkavspiegel, wie etwa einen sphärischen oder nichtsphärischen Spiegel aufgebaut ist. Eine Normale des Reflexionsspiegels an einem Schnittpunkt, wo die optische Achse der optischen Beleuchtungseinheit, welche die Weißlichtquelle, den Sammelspiegel und die Kondensorlinse umfasst, den Reflexionsspiegel schneidet, ist durch einen vorbestimmten Winkel gekippt.
Die optischen Komponenten sind in der Weise angeordnet, dass die optische Achse der Projektionslinse im allgemeinen parallel ist zu der optischen Achse der optischen Beleuchtungseinheit, welche die Weißlichtquelle, den Sammelspiegel und die Kondensorlinse umfasst. Alternativ dazu sind die optischen Komponenten derartig angeordnet, dass die optische Achse der Projektionslinse in einer senkrecht zur optischen Achse der optischen Beleuchtungseinheit angeordneten Ebene liegt.
Gemäß der so ausgeführten vorliegenden Erfindung wird die Umlenkung der optischen Achse nur einmal durch den Reflexionsspiegel, wie einen sphärischen Spiegel oder nichtsphärischen Spiegel, durchgeführt. Der Aufbau der optischen Beleuchtungseinheit ist einfach und weist eine geringere Anzahl von Bauteilen auf. Der Zusammenbau und Justiervorgang der optischen Komponenten wird vereinfacht und auf diese Weise ein kompakter und kostengünstiger Aufbau geliefert.
Die verminderte Zahl der Kondensorlinsen und Reflexionsspiegel vermindert einen Verlust, verursacht durch Lichtabsorption und Streuung und erhöht die Bildhelligkeit und verbessert die Wiederherstellbarkeit der Farben (insbesondere rote Farbe).
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines optischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, welche den tatsächlichen Befestigungszustand der optischen Komponenten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht, welche den tatsächlichen Befestigungszustand der optischen Komponenten der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 zeigt den Aufbau eines optischen Systems einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung der Bildanzeigevorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn eine Kondensorlinse verwendet wird;
Fig. 6 zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung der Bildanzeigevorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn zwei Kondensorlinsen verwendet werden;
Fig. 7 zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung der Bildanzeigevorrichtung einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 8 zeigt eine Lichtdichteverteilung einer herkömmlichen projektionsartigen Farbbildanzeigevorrichtung;
Fig. 9 zeigt die Arbeitsweise der Mikrospiegel der Anzeigepunkte eines DMD;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine herkömmliche projektionsartige Farbbildanzeigevorrichtung, welche ein DMD verwendet, zeigt; und
Fig. 11 ist eine erklärende Ansicht eines Farbfilters, welches in einer herkömmlichen projektionsartigen Farbbildanzeigevorrichtung, welche ein DMD verwendet und in jeder Ausführungsform der Bildanzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachfolgend im Einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt den Aufbau des optischen Systems einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie bereits beschrieben, ist eine Weißlichtbogenlampe (Lichtemissionspunkt) 51 in einem Brennpunkt eines elliptischen Sammelspiegels 52 angeordnet. Der von der Bogenlampe 51 ausgesandte Lichtstrahl wird an dem anderen Brennpunkt des elliptischen Spiegels 52 fokussiert. Der von der Bogenlampe 51 ausgesandte Lichtstrahl wird auf diese Weise an dem anderen Fokus des elliptischen Spiegels 52 fokussiert, wobei eine virtuelle zweite Lichtquelle ausgebildet wird.
Ein drehbares Farbfilter 53 ist an der Stelle der zweiten Lichtquelle (dem anderen Fokus des elliptischen Spiegels 52) angeordnet. Wie in Fig. 11 gezeigt, weist das Farbfilter 53 einen Ringabschnitt auf, welcher in transmissionsartige Filter 53R, 53G und 53B entsprechend den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau unterteilt ist.
Der vom elliptischen Spiegel 52 reflektierte Lichtstrahl wird in das Farbfilter 53 aufgenommen. Je kleiner der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf das Farbfilter 53 ist, desto einfacher ist die Auslegung des optischen Systemsund desto besser die Wiederherstellbarkeit der roten Farbe.
In dieser Ausführungsform ersetzen mindestens eine Kondensorlinse 1 (z. B. zwei Kondensorlinsen) mit einer positiven Brechkraft und ein sphärischer Spiegel 2 als ein Strahlengang faltender Spiegel die vier Kondensorlinsen 541 bis 544 und zwei Planspiegel 551 und 552 wie bereits mit Bezug auf Fig. 10 in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde.
Der sphärische Spiegel 2 und das DMD 56 sind derart angeordnet, dass der vom sphärischen Spiegel 2 reflektierte Lichtstrahl das DMD 56 bei einem hohen Winkel, nämlich einem kleinen Einfallswinkel betritt.
Die Kondensorlinse 1, eine Konvexlinse, hat die Funktionen, den durch das Farbfilter 53 durchtretenden Lichtstrahl zu dem sphärischen Spiegel 2 zu leiten, wobei die Auffächerung des Lichtstrahls gesteuert und die nicht gleichförmige Helligkeit auf dem Schirm 58 gemindert wird.
Die Kondensorlinse 1 kann mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Schicht beschichtet sein oder aus hitzebeständigem Glasmaterial hergestellt sein, welches im Stande ist, um nicht erwünschte Wärmestrahlung, welche von der Lichtquelle eintrifft, auszulöschen.
Eine Stablinse oder ein Facettenaugenintegrator wird vorzugsweise zwischen dem Farbfilter 53 und der Kondensorlinse 1 bereitgestellt, um die ungleichförmige Beleuchtung an dem Schirm 58 zu vermindern.
Der sphärische Spiegel 2 hat eine konkave Fläche als Reflexionsfläche und ist in nicht justierter Weise angeordnet mit der optischen Achse der optischen Beleuchtungseinheit, welche die Bogenlampe 51, den elliptischen Spiegel 52 und die Kondensorlinse 1 umfasst. Die Bezeichnung "ist in nicht justierter Weise" bedeutet, dass die Normale des sphärischen Spiegels 2 an der Stelle, wo die optische Achse der Bogenlampe 51, des elliptischen Spiegels 52 und der Kondensorlinse 1 die reflektierende Oberfläche des sphärischen Spiegels schneidet, geneigt ist.
Der sphärische Spiegel 2 hat die Funktionen, den durch die Kondensorlinse 1 durchtretenden Lichtstrahl zu reflektieren und zu bündeln, und den Lichtstrahl zu dem DMD 56 zu leiten, um den Lichtstrahl zu dem DMD 56 bei einem hohen Winkel einzuleiten.
Der sphärische Spiegel 2 ist mit einer Aluminiumschicht beschichtet oder aus einem geeignet ausgewählten Glasmaterial hergestellt, um die Wärmestrahlung durch denselben durchtreten zu lassen, um sie zu beseitigen.
Die von den Mikrospiegeln der Anzeigepunkte in dem Ein-Zustand, aus den nach Reflexion von dem sphärischen Spiegel 2 das DMD 56 erreichenden Lichtstrahlen, reflektierten Lichtstrahlen werden der Projektionslinse 57 entlang des optischen Strahlengangs wie gezeigt, zugeführt und bilden ein Bild auf dem Schirm 58 aus. Die Projektionslinse 57 umfasst die Linsen 571 bis 574.
Die Lichtstrahlen (nicht gezeigt), welche von den Mikrospiegeln von Bildpunkten in dem Aus-Zustand reflektiert werden, werden nicht der Projektionslinse 57 zugeführt, wobei sie nicht zur Erstellung des Bildes beitragen.
Die Mikrospiegel der Bildpunkte in dem Ein-Zustand entsprechen den Mikrospiegeln 103 und 105, gezeigt in Fig. 9, und die Mikrospiegel von Bildpunkten in dem Aus-Zustand entsprechen den Mikrospiegeln 101, 102 und 104, wie in Fig. 9 gezeigt.
Das auf dem Schirm 58 dargestellte Farbbild, welches das Farbfilter 53 und das DMD 56 verwendet, wird nachfolgend beschrieben.
Um beispielsweise Teile eines Bildes in Rot darzustellen, wird der Mikrospiegel des Bildpunktes einer vorbestimmten Adresse in dem DMD 56 eingeschaltet, und ein durch das transmissionsartige Filter 53R für die Farbe Rot durchtretendes Lichtbündel wird an dem Mikrospiegel reflektiert und der Projektionslinse 57 zugeführt. Dasselbe Verfahren wird angewandt, um das Bild in Grün und Blau darzustellen. Durch die transmissionsartigen Filter 53G und 53B jeweils für die Farben Grün und Blau durchfallendes Licht wird durch die Mikrospiegel der Bildpunkte in dem Ein-Zustand von vorbestimmten Adressen reflektiert und danach der Projektionslinse 57 zugeführt. Dadurch dass diese Vorgänge nacheinander schnell durchgeführt werden, wird ein Bild einer jeden Primärfarbe des Lichtes oder jeder beliebigen Farbe auf dem Schirm 58 angezeigt.
Die Steuerung zur Ausgabe der elektrischen Signale zu dem DMD 56 und ein Treiber für die Farbfilter 53 sind nicht gezeigt.
Fig. 2 ist eine Draufsicht, welche den tatsächlichen Montagezustand der optischen Komponenten einer ersten Ausführungsform zeigt, und Fig. 3 ist eine Seitenansicht, welche den tatsächlichen Montagezustand der optischen Komponenten der ersten Ausführungsform zeigt. Fig. 3 zeigt weiterhin in ihrem rechten Abschnitt eine Vorderansicht der optischen Komponenten.
Mit Bezug auf Fig. 2 und 3 sind in dieser Ausführungsform die optischen Achsen L1 der optischen Beleuchtungseinheit mit der Bogenlampe 51 dem elliptischen Spiegel 52, dem Farbfilter 53 und der Kondensorlinse 1, die optische Achse L2 der Projektionslinse 57, welche eine optische Abbildungseinheit darstellt, und die Achse L3, welche senkrecht auf die Einfallsfläche des DMD 56 als reflektierendes Anzeigemittel, sind im Allgemeinen parallel in einem dreidimensionalen Raum. Die optische Abbildungseinheit bezieht auf sich auf ein optisches System, zusammengesetzt aus Bestandteilen, welche in dem optischen Strahlengang von dem DMD 56 bis zur Projektionslinse 57 zum Schirm 58 vorhanden sind.
Wenn das DMD 56 auf einer Platte befestigt ist, kann die Platte die optische Achse L1, die durch die Kondensorlinse 1 reicht, abdecken.
Es wurde eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entwickelt, um dieses Problem zu lösen.
Fig. 4 zeigt den Aufbau des optischen Systems der zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind die optischen Komponenten der optischen Beleuchtungseinheit und der optischen Abbildungseinheit derart angeordnet, dass die optische Achse L4 der Projektionslinse 57 (beinhaltend die Linsen 571 bis 574) in einer Ebene liegt, welche senkrecht zu der optischen Achse L1 der optischen Beleuchtungseinheit mit der Bogenlampe 51, dem elliptischen Spiegel 52, dem Farbfilter 53 und der Kondensorlinse 1, ist.
In dieser Ausführungsform wird ein nichtsphärischer Spiegel 3 mit einer konkaven Oberfläche als reflektierende Oberfläche als Reflexionsspiegel verwendet.
Mit Bezug auf Fig. 4 durchtritt ein Lichtstrahl von der Bogenlampe 51 den elliptischen Spiegel 53, das Farbfilter 53 und die Kondensorlinse 1 und wird an dem nichtsphärischen Spiegel 3 reflektiert und fällt in das DMD 56 bei einem hohen Winkel, nämlich bei einem kleinen Einfallswinkel ein.
Die Arbeitsweise des nichtsphärischen Spiegels 3 wird nachfolgend beschrieben.
Wenn ein sphärischer Spiegel in einem bestimmten Maß von gekippter Position verwendet wird, kann der von dem sphärischen Spiegel reflektierte Lichtstrahl nicht wirksam dem DMD 56 wegen der Bildfehler durch den sphärischen Spiegel, zugeführt werden. Selbst wenn der vom sphärischen Spiegel reflektierte Lichtstrahl erfolgreich dem DMD 56 zugeführt wird, kann er versagen, an einem vorbestimmten hohen Winkel einzufallen. Weiterhin kann ungleichmäßige Helligkeit verstärkt werden.
In dieser Ausführungsform korrigiert die Verwendung eines nichtsphärischen Spiegels 3 mit der Kippung des Spiegels verbundene Bildfehler, so dass der Lichtstrahl wirksam in das DMD 56 bei einem vorbestimmten Winkel eingeführt werden kann.
Die Fläche des nichtsphärischen Spiegels 3 ist vorzugsweise paraboloid im Blick auf die einfache Herstellung.
Fig. 5-8 zeigen berechnete Ergebnisse der Beleuchtungsstärkeverteilung auf dem Schirm unter Verwendung der Daten des optischen Systems der vorstehenden Ausführungsformen.
Fig. 5 zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf dem Schirm der Bildanzeigevorrichtung der ersten Ausführungsform, wenn eine Kondensorlinse verwendet wird; Fig. 6 zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf dem Schirm der Bildanzeigevorrichtung der ersten Ausführungsform, wenn zwei Kondensorlinsen verwendet werden; Fig. 7 zeigt eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf dem Schirm der Bildanzeigevorrichtung der zweiten Ausführungsform; und Fig. 8 zeigte eine Beleuchtungsstärkeverteilung auf einem Schirm eines herkömmlichen projektionsartigen Farbbildanzeigevorrichtung, welche in Fig. 10 gezeigt ist.
In Fig. 5-8 stellt die Abszisse die Lage auf einer horizontalen Linie H oder eine Lage auf einer vertikalen Linie V in dem Schirm (73 inch breit, Anzeigeverhältnis 3 : 4 oder 1 : 1,33). Wie in einem oberen seitlichen Abschnitt einer jeden Fig. 5-8 gezeigt, sind die Lagen auf der horizontalen Linie und der vertikalen Linie auf dem Schirm in einem Bereich von ±1000 abgestuft mit der Lage 0 im Mittelpunkt.
In der Beleuchtungsstärkeverteilung im linken Abschnitt jeder Fig. 5-8 bedeutet die Ordinate den absoluten Wert der Beleuchtungsstärke in einem Bereich von 0 bis 1000.
Wie aus dem Vergleich der Fig. 5 und 7 bis 8 ersichtlich, ist die Beleuchtungsstärke auf dem Schirm in der Bildanzeigevorrichtung der vorangehenden Ausführungsform etwa 1,5 mal größer als das optische System von Fig. 10.
Bei der Verwendung von zwei Kondensorlinsen ist die Beleuchtungsstärke auf dem Schirm gemäß Fig. 6 sogar noch größer als die in Fig. 5.
Die Bildanzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung findet Anwendung in projektionsartigen HDTV-Systemen, Videoprojektoren und anderen Vorrichtungen zur Projektion eines Farbbildes.

Claims

1. Eine Bildanzeigevorrichtung mit einer Weißlichtquelle (51), einem Sammelspiegel (52) zum Sammeln eines Lichtstrahles von der Weißlichtquelle (51), um eine sekundäre virtuelle Lichtquelle auszubilden, einem, an der Stelle der sekundären virtuellen Lichtquelle angeordneten Farbfilter (53) zur aufeinanderfolgenden Erzeugung von drei Primärfarben des Lichtes von dem Weißlichtstrahl, einer Kondensorlinse (1), die ermöglicht, dass ein durch das Farbfilter (53) tretender Lichtstrahl durch die Kondensorlinse hindurchtritt, einem Reflexionsspiegel (2, 3) zum Reflektieren des durch die Kondensorlinse (1) durchgetretenen Lichtstrahls, einer Reflexions-Anzeigeeinrichtung (56), welche den von dem Reflexionsspiegel reflektierten Lichtstrahl empfängt und Bildelemente erzeugt in Ein- und Aus-Zuständen durch Änderung der Kippung eines Mikrospiegels von jedem einer Anzahl von zweidimensional aufgereihten Bildelementen, um den Winkel der Reflexion des Lichtstrahls, welcher von jedem Mikrospiegel reflektiert wird, zu verändern, und mit einer Projektionslinse (57), welche den von einem Bildelement in dem Ein-Zustand reflektierten Lichtstrahl empfängt und ausweitet und den empfangenen Lichtstrahl projiziert, wobei der Reflexionsspiegel (2, 3) zusammengesetzt ist aus einem einzigen konkaven Spiegel und außerhalb der Übereinstimmung mit der optischen Achse einer optischen Beleuchtungseinheit angeordnet ist, wobei die optische Beleuchtungseinheit die Weißlichtquelle (51), den Sammelspiegel (52) und die Kondensorlinse (1) umfasst.

2. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die optische Achse der optischen Beleuchtungseinheit mit der Weißlichtquelle (51), dem Sammelspiegel (52) und der Kondensorlinse (1) im Wesentlichen parallel ist mit der optischen Achse der Projektionslinse (57).

3. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die optische Achse der Projektionslinse (57) in einer Ebene liegt, welche im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse der Beleuchtungseinheit mit der Weißlichtquelle (51), dem Sammelspiegel (52) und der Kondensorlinse (1), liegt.

4. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin der Reflexionsspiegel (2, 3) ein sphärischer Spiegel (2) ist.

5. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin der Reflexionsspiegel (2, 3) ein nichtsphärischer Spiegel (3) ist.

6. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 5, worin der Reflexionsspiegel (2, 3) ein parabolischer Spiegel (3) ist.

7. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin der Reflexionsspiegel (2, 3) derart angeordnet ist, dass die Normale des Reflexionsspiegels (2, 3) an einem Schnittpunkt, wo die optische Achse der optischen Beleuchtungseinheit mit der Weißlichtquelle (51), dem Sammelspiegel (52) und der Kondensorlinse (1) den Reflexionsspiegel (2, 3) schneidet, um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist.

8. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 4, worin der sphärische Spiegel (2) derart angeordnet ist, dass die Normale des sphärischen Spiegels (2) an einem Schnittpunkt, wo die optische Achse der optischen Beleuchtungseinheit mit der Weißlichtquelle (51), dem Sammelspiegel (52) und der Kondensorlinse (1) den sphärischen Spiegel (2) schneidet, um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist.

9. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 5, worin der nichtsphärische Spiegel (3) derart angeordnet ist, dass die Normale des nichtsphärischen Spiegels (3) an einem Schnittpunkt, wo die optische Achse der optischen Beleuchtungseinheit mit der Weißlichtquelle (51), dem Sammelspiegel (52) und der Kondensorlinse (1) den nichtsphärischen Spiegel (3) schneidet, um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist.

10. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 6, worin der parabolische Spiegel (3) derart angeordnet ist, dass die Normale des parabolischen Spiegels (3) an einem Schnittpunkt, wo die optische Achse der optischen Beleuchtungseinheit mit der Weißlichtquelle (51), dem Sammelspiegel (52) und der Kondensorlinse (1) den parabolischen Spiegel (3) schneidet, um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist.

11. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin eine Stablinse zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

12. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 4, worin eine Stablinse zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

13. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 5, worin eine Stablinse zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

14. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6, 8, 9 und 10, worin eine Stablinse zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

15. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 7, worin eine Stablinse zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

16. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, worin ein Facettenauge-Integrator zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

17. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 4, worin ein Facettenauge-Integrator zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

18. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 5, worin ein Facettenauge-Integrator zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

19. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6, 8, 9 und 10, worin ein Facettenauge-Integrator zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.

20. Eine Bildanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 7, worin ein Facettenauge-Integrator zwischen dem Farbfilter (53) und der Kondensorlinse (1) angeordnet ist.