CN1303458C - 高效投影***和利用该***形成彩色图象的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影***和一种彩色图象的形成方法，该投影***包括光源，将光源发出的光分束为多个波长范围内的颜色的分色器，将分色器分束的颜色进行滚动的滚动部件，将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器，将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光的选色器，将选色器根据偏振方向而透射的光透射或者反射的图象组合器，以及至少两个光阀，每个光阀都接收图象组合器透射的光并根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

Description

高效投影***和利用该***形成彩色图象的方法

相关内容

本申请要求于2003年6月13日向韩国知识产权局提交的专利申请No.2003-38319作为优先权，这里全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种高效投影***和利用该***形成彩色图象的方法。特别是涉及采用多个光阀的投影***，由此实现宽的色域和色温并改善光效率，以及涉及一种利用该***形成彩色图象的方法。

背景技术

根据光阀的数目，投影***分为三面板型和单面板型，该光阀控制着从高输出灯源发出的光在每个像素上的开或关。单面板投影***比三面板投影***具有较小的光学结构，但是它的光效率仅仅是三面板投影***的1/3，因为它是采用顺序法将白光分解为红光(R)、绿光(G)和蓝光(B)。因此，已经开展了对提高单面板投影***的光效率的研发工作。

一般的单面板投影光学***采用滤色器将白光源发出的光分解为R、G和B光，依序将R、G和B光传输到光阀，并根据颜色顺序操控光阀，从而形成图象。因为这种单面板光学***是顺序地利用颜色，所以单面板光学***的光效率仅是三面板光学***的1/3。已经开研发出增加单面板投影***光效率的方法，滚动法就是其中之一。根据该颜色滚动法，白光被分解为R、G和B光，并且它们同时被传输到光阀的不同位置。另外，因为仅当R、G和B光都到达每个像素的时候才能形成图象，所以要用一种特别的方法周期性地循环移动色带。

公开号为No.2002/191154 A1的美国专利中公开了一种传统的单面板滚动投影***。如图1所示，在传统的单面板滚动投影***中，光源100发出的白光通过第一和第二透镜阵列102和104以及偏振转换器105，并由第一至第四分色镜109、112、122和139分束为R、G和B光。例如，R和B光由第一分色镜109透射并在第一光路L1中前进，G光由第一分色镜109反射并在第二光路L2中前进。第二分色镜112再将第一光路L1中前进的R和B光分束，使得R光透过第二分色镜112并在第一光路L1中笔直前进，G光由第二分色镜112反射并在第三光路L3中前进。

将第一至第三棱镜114、135和142分别可旋转地设置在第一至第三光路L1、L2和L3上。将光源100发出的光分束为R、G和B光，分别由对应的第一至第三棱镜114、135和142滚动R、G和B光。第一至第三棱镜114、135和142恒速旋转，从而滚动R、G和B光色带。在第二和第三光路L2和L3中分别前进的G光和B光分别由第三分色镜139透射和反射并因此被混合。随后，由第四分色镜122将R、G和B光混合，然后由偏振光分束器127将其传输至光阀130。该光阀形成彩色图象。

聚焦透镜107靠着偏振转换器105设置，用于光路补偿的透镜110、117、131、137、145设置在第一至第三光路L1、L2和L3上。聚焦透镜120设置在第一分色镜112和第四分色镜122之间，聚焦透镜140设置在第三分色镜139和第四分色镜122之间。聚焦透镜124和起偏器125设置在第四分色镜122和偏振光分束器127之间的光路上。光路变换器，例如，反射镜118和133分别设置在第一和第三光路L1和L3上，用于改变光的光路。

图2示出通过旋转第一至第三棱镜114、135和142来使R、G和B光色带滚动的过程。图2示出当对应于各自颜色的第一至第三棱镜114、135和142互相同步旋转时光阀130表面形成的色带如何周期性地循环的情况。当R、G和B光色带以单循环方式移动时，就形成了单帧彩色图象。

光阀130对每个像素的图象信号进行处理以形成图象，并且通过投影透镜部件(未示出)将图象放大并投影到屏幕上。

在采用滚动法形成彩色图象的传统的单面板***中，难于通过形成三个或者多个色带的方式实现多通道。当在传统的单投影***中将光源发出的光分束为三个或者多个颜色时，光学***的集光率(etendue)增加了，这使得难以形成光学***。

术语“集光率”(E)指的是在光学***中测定光大小的物理恒量。集光率可以利用目标区域来获得，该区域待测的集光率和入射到目标区域或者从该目标区域输出的光的角度的半角正弦值的平方来得到，以下式表达：

$E=\mathrm{\πA}{\sin }^2\left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)=\frac{\mathrm{\πA}}{{(2F/\mathrm{No})}^2}$

这里，F/No代表透镜的个数F，并且得到关系式 $\sin \left({\mathrm{\θ}}_{1/2}\right)=\frac{1}{(2F/\mathrm{No})}.$ 随着受光度的增加，光学***体积也增大并且结构变得复杂。

由于在传统单面板投影***中难于利用颜色滚动法形成三个或者多个色带，因此限制了色域的增加，并且难于实现多种颜色。

发明内容

本发明提供一种投影***，其中将光源发出的光分束为多个颜色，并且将多个颜色分别传送到多个光阀，使得通过滚动法形成彩色图象，从而增加了色域和色温范围以及有效地调整了受光度。

本发明还提供一种采用多个光阀并通过滚动法形成彩色图象的***方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种投影***，它包括光源；根据多个波长范围将光源发出的光分束为多个颜色的分色器；可将分色器分束的多个颜色的光进行滚动的滚动部件；将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器；将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光的选色器；根据偏振方向将选色器透射的光透射或者反射的图象组合器；以及至少两个光阀，其中每个光阀接收由图象组合器所透射的光，并根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

滚动部件可以包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元并且以可旋转方式安装。

滚动部件可以包括第一螺旋透镜盘和第二螺旋透镜盘，每个透镜盘包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元，并且还可以包括位于第一和第二螺旋透镜盘之间的导光片或者玻璃棒。

滚动部件可以包括至少一个在柱状表面上以螺旋式样形成的圆柱透镜单元。

分色器可以包括至少两个相对于光轴以不同角度倾斜的分色镜。

分色器可以包括至少两个棱镜，其中每个棱镜包括一个分色镜。

该投影***还可以包括至少一个具有狭缝的滤光器，该狭缝用于调整光源和分色器之间的光路上的入射光的发散角。

图象组合器可以是一个偏振光分束器或者栅网偏振光分束器。

该投影***还可以包括位于分色器和图象组合器之间的光路上的第一复眼(fly-eye)透镜阵列和第二复眼透镜阵列。

根据本发明的另一个方面，提供一种投影***，它包括光源；将光源发出的光分束为多个波长范围内的颜色的光的分色器，该分色器包括相对于光轴以不同角度倾斜的第一和第二分色镜；将分色器分束的不同颜色的光进行滚动的滚动部件；将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器；将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光的选色器；根据偏振方向将选色器透射的光透射或者反射的图象组合器；以及第一和第二光阀，其中每个光阀接收由图象组合器所透射的光并根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

第一和第二分色镜可以将光源发出的光分束为第一波长范围内的光和第二波长范围内的光，选色器可以将第一和第二波长范围中至少一个范围内的光的至少一些光的偏振方向转换。

第一分色镜可以将第一波长范围内的光反射，该第一波长范围内的光包括光源发出的光的第一色光和第二色光。第二分色镜可以反射包括了第三色光和第四色光的第二波长范围内的光。选色器可以转换第一和第三色光的偏振方向。

分色器还可以包括第三分色镜，它以不同于第一和第二分色镜的角度倾斜。

第一至第三分色镜可以将光源发出的光分别分束为第一至第三波长范围内的光，并且选色器可以转换第一至第三波长范围中至少一个范围内的光中的至少一些光的偏振方向。

第一分色镜可以将第一波长范围内的光反射，第一波长范围内的光包括光源发出的光的第一色光和第二色光。第二分色镜可以将第二波长范围内的光反射，第二波长范围内的光包括第三色光和第四色光。第三分色镜可以将包括第五色光和第六色光在内的第三波长范围内的光反射。选色器可以转换第一，第三和第五色光的偏振方向。

该投影***还可以包括设置在光源和滚动部件之间的光路上的第一圆柱透镜，以减小入射到滚动部件上的光的宽度；以及设置在分色器和图象组合器之间光路上的第二圆柱透镜，从而将滚动部件所透射的光准直。

根据本发明的又一个方面，提供一种投影***，它包括光源；包括一个或者多个透镜单元并以可旋转方式安装的滚动部件，该滚动部件将入射光滚动；根据至少两个波长范围将滚动部件透射的光分束的分色器；将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器；将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的选色器；根据偏振方向将选色器所透射的光透射或者反射的图象组合器；以及至少两个光阀，每个光阀接收图象组合器所透射的光并根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

还是根据本发明的另一个方面，提供了一种投影***，它包括光源；包括一个或者多个透镜单元并以可旋转方式安装的滚动部件，该滚动部件将入射光进行滚动；包括有彼此平行设置的第一和第二分色镜的分色器，分色器根据波长将滚动部件透射的光分束；将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器；将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光的选色器；根据偏振方向将选色器所透射的光透射或者反射的图象组合器；以及第一和第二光阀，每个光阀接收图象组合器所透射的光并根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

滚动部件可以包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元，并且将滚动部件的旋转运动转化为滚动部件中光所通过区域内的透镜阵列的直线运动。

根据本发明的另一个方面，提供一种形成彩色图象的方法，它包括：将入射光分束为多个波长范围；将入射光转换为第一偏振态；将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为不同于第一偏振态的第二偏振态；使用多个光阀分别调制具有第一偏振态的色光和具有第二偏振态的色光；以及将具有第一偏振态的色光和第二偏振态的色光滚动以形成彩色图象。

附图说明

通过参照附图来详细地描述实施例，本发明的上述以及其它特点和优点将更加显而易见，其中：

图1是一种传统投影***的示意图；

图2是示出传统投影***中颜色滚动操作的示意图；

图3是根据本发明第一实施例的投影***的示意图；

图4A和4B示出根据本发明由一种投影***所使用的滚动部件的例子；

图5A至5C示出一种由本发明所述投影***所实施的利用分色法和偏振分束法将光分束为第一色光组和第二色光组的方法；

图6示出根据本发明所述的投影***中光强、分色范围和偏振分束范围随波长分布的曲线图；

图7A和7B示出由根据本发明所述的投影***所形成的第一色带组和第二色带组，并示出滚动操作；

图8示出根据本发明第一实施例的投影***的修改的示意图；

图9A至9C示出图8所示的投影***形成第一色光组和第二色光组的过程；

图10A至10C示出由图8所示的投影***所形成的第一色带组和第二色带组，并示出滚动操作；

图11A至11C示出根据本发明所述的投影***中所使用的滚动部件的颜色滚动操作；

图12A至12C示出根据本发明所述的投影***形成第一色光组和第二色光组的例子；

图13A和13B示出将图12A至12C所示的例子中形成的第一色带组和第二色带组进行滚动的过程；

图14示出根据本发明所述的投影***所使用的滚动部件的另一个例子；

图15A和15B示出根据图14所示滚动部件的旋转运动的滚动操作；

图16是根据本发明第一实施例的投影***所作的另一修改的示意图；

图17是根据本发明第二实施例的投影***的示意图；

图18A和18B分别示出用于根据本发明第二实施例的投影***所使用的分色器的例子；

图19是根据本发明第三实施例的投影***的示意图；

图20示出根据本发明第三实施例的投影***的一种修改的示意图；

图21A至21C示出在根据本发明第三实施例的投影***中形成第一色光组和第二色光组的例子；

图22示出在图21A至21C所示的例子中形成的第一色带组和第二色带组；

图23是根据本发明所述的投影***所使用的空间滤光器的透视图；

图24A至24C示出一个例子，它通过控制用于根据本发明所述的投影***的空间滤光器的狭缝宽度而调整光阀上所形成的色带宽度；

图25A至25C示出一个例子，它通过控制用于根据本发明所述的投影***的空间滤光器和细长滤光器的狭缝宽度而调整光阀上所形成的色带宽度；

图26是根据本发明第四实施例的投影***的示意图。

具体实施方式

参照图3，根据本发明第一实施例的投影***包括光源10，根据波长将光源10发出的光分束为多个颜色的分色器15，滚动多个颜色的的光的滚动部件20，将由分色器15透射的、具有预定波长的光的偏振方向进行转换的选色器32，至少两个对滚动部件20滚动的色光根据图象信号进行处理以形成彩色图象的光阀，和将由两个光阀形成的彩色图象放大和投射到屏幕50上的投影透镜部件45。

另外，提供一个可将入射光转换为具有预定偏振方向的光的偏振转换器30。偏振转换器30可以设置在光源10和选色器32之间的任何位置上。优选地，但不是必须地，在光源和分色器15之间设置偏振转换器30。

光源10发出白光，它包括产生光的灯11和反射镜13，反射镜反射由灯11发出的光从而将其导向预定路径。反射镜13可以采用椭圆反射器，该椭圆反射器具有一个设置灯11的焦点以及作为另一个焦点的聚集光的点。另外，反射镜13可以采用抛物面反射器，灯11所处的位置为其焦点并将灯11发出的光反射成平行光。图3中使用椭圆反射器作为反射镜13。当使用抛物面反射器作为反射镜13时，还需要用于聚焦光的透镜。

在光源10和分色器15之间的光路上提供准直透镜14，它将入射光准直。当用P表示光源10和将光源10发出的光聚集的焦点“f”之间的距离时，准直透镜14优选地但不是必须地设置在离焦点“f”P/5的位置。准直透镜14这样的设置能够使得光学***小型化。

可以在光源10和分色器15之间的光路上设置至少一个具有狭缝的滤光器以调整入射光的发散角。滤光器可以是空间滤光器，优选但不是必须地将其安装在光源10的焦点“f”处。

分色器15将光源10发出的白光分束为至少两个颜色，它可以包括至少两个相对于入射光的轴线以不同角度倾斜的分色镜。

如图3所示，在根据本发明第一实施例的投影***中，分色器15包括第一和第二分色镜15a和15b。第一分色镜15a反射入射光的第一波长范围内的光并透射除第一波长范围内的光之外的入射光。第二分色镜15b反射入射光第二波长范围内的光并透射除第二波长范围内的光之外的入射光。

滚动部件20包括至少一个透镜单元20a，它将入射光分离为多个光束，其构成使得滚动部件20的旋转运动转化为滚动部件入射光所通过的区域内的透镜阵列的直线运动，以便滚动入射光。参照图4A，滚动部件20可以包括至少一个螺旋透镜盘，其中以螺旋式样方式至少设置一个圆柱透镜单元20a。滚动部件20能够围绕一个预定的枢轴旋转。当滚动部件20以J方向旋转时，滚动部件20中入射光L所穿过的区域内的透镜阵列产生Q方向的直线运动，从而将入射光L滚动。

当透镜阵列以Q方向进行直线运动时，所得到的效果就是，好象入射光L在和Q方向相反的方向上进行直线运动。直线运动以远离或者接近滚动部件20枢轴的方向进行。换句话说，如图4B所示，当滚动部件20以J方向旋转时，就好象是入射光L以远离或者接近滚动部件20枢轴的方向上进行直线运动。

参照图4B，滚动部件20包括彼此隔开预定距离的第一和第二螺旋透镜盘23和24，以及设置在第一和第二螺旋透镜盘23和24之间的导光片或者玻璃棒28。以螺旋式样在第一螺旋透镜盘23的至少一面上设置圆柱透镜单元23a。类似地，以螺旋式样在第二螺旋透镜盘24的至少一面上设置圆柱透镜单元(未示出)。每个螺旋透镜盘23和24的截面为圆柱透镜阵列结构。第一和第二螺旋透镜盘23和24可用旋转方式安装。通过第一螺旋透镜盘23透射的光入射到第二螺旋透镜盘24上。由于第一螺旋透镜盘23的缘故，导光片或者玻璃棒28和第二螺旋透镜盘24阻止了光的发散。

第一圆柱透镜16设置在分色器15和滚动部件20之间。第二圆柱透镜17、第一和第二复眼透镜阵列25和27、以及偏振转换器30设置在滚动部件20和选色器32之间的光路上。第一和第二复眼透镜阵列25和27包括以两维方式设置的透镜单元25a和27a。第二圆柱透镜17可以设置在靠近滚动部件20的地方或者设置在第一和第二复眼透镜阵列25和27之间。偏振转换器30优选但不是必须地设置在光源10和分色器15之间，但是偏振转换器30也可以设置在靠近第二复眼透镜阵列27的地方。

另外，投影***包括中继透镜34，它将透过第二复眼透镜27的光根据颜色的不同而传送到光阀的不同区域，并且包括图象组合器35，其反射或者透射由选色器32根据偏振方向而透射的光，从而将光传送到至少两个光阀上并且将由至少两个光阀分别形成的图象混合起来。这两个光阀包括，例如第一和第二光阀38和40。图象组合器35可以采用偏振光分束器或者栅网偏振光分束器，它们根据偏振方向将入射光透射或者反射。第一和第二光阀38和40中的每个光阀可以由液晶显示(LCD)或者硅上液晶(liquid crystal onsilicon：LCOS)来实现。

下面的描述关系到根据本发明第一实施例的投影***的效果。

从光源10发出的光由偏振转换器30转换为具有第一偏振态的光，然后由准直透镜14准直，之后入射到分色器15上。这里，假定分色器15包括以不同角度倾斜的第一和第二分色镜15a和15b。第一和第二分色镜15a和15b将具有第一偏振态的光分束为第一波长范围内的光E和第二波长范围内的光F。第一波长范围内的光E包括第一色光I、例如B光，和第二色光II、例如G光。第二波长范围内的光F包括第三色光III、例如黄光(Y)，和第四色光IV、例如R光。

如图5A所示，例如，第一分色镜15a将包括Y光波长和R光波长的第一波长范围内的光E反射，并将包括B光波长和G光波长的第二波长范围内的光F透射。第二分色镜15b将第一波长范围内的光E透射并将第二波长范围内的光F反射。可以用全反射镜来代替第二分色镜15b。

如上所述，第一和第二分色镜15a和15b将入射光分束为第一波长范围内的光和第二波长范围内的光。第一圆柱透镜16将第一波长范围内的光和第二波长范围内的光的宽度减小，然后将它们入射到滚动部件20上。第二圆柱透镜17将从滚动部件20输出的光准直。由滚动部件20透射的光在第一复眼透镜阵列25的每个透镜单元25a上形成色线。第二复眼透镜阵列27和中继透镜34根据颜色的不同将光传送到光阀的不同区域，从而在光阀上形成色带。

这里，色线在滚动部件20的每个透镜单元20a上形成，然后导向第一复眼透镜阵列25的每个透镜单元25a上。因此，优选但不是必须地，通过滚动部件20的光所占据的透镜单元与第一和第二复眼透镜阵列25和27的阵列行一一对应。换句话说，当通过滚动部件20的光所占据的透镜单元的数目为4时，第一和第二复眼透镜阵列34和35的阵列行数优选地但不必须是4。

选色器32将具有第一波长范围内的光E和第二波长范围内的光F中具有预定波长的光的偏振方向选择性地转换。优选地但不是必须地，选色器32将第一波长范围内的光E以及第二波长范围内的光F中的至少一些光的偏振方向转换。换句话说，选色器32将第一波长范围内的光E中一些光的偏振方向和第二波长范围内的光F中一些光的偏振方向转换，或者将每个E光和F光范围中的一些光的偏振方向转换。

如上所述，通过根据颜色不同而选择性地转换入射光的偏振方向，选色器32能够根据偏振方向将入射光分束为第一色光组和第二色光组。例如，如图5B所示，选色器32将第一波长范围内的光E中的第二色光II、例如G光，和第二波长范围内的光F中的第三色光III、例如Y光的偏振方向转换为第二偏振、如P偏振。

因此，如图5C所示，选色器32将通过偏振转换器30和分色器15之后的、具有S偏振的E光和F光分束为S偏振的第一色光IS，即S偏振B光BS、P偏振的第二色光IIP，即P偏振G光GP、P偏振的第三色光IIIP，即P偏振YP以及S偏振的第四色光IVS，即S偏振R光RS。这里，第一色光组包括S偏振的第一和第四色光IS和IVS，并且第二色光组包括P偏振的第二和第三色光IIP和IIIP。

第一至第四色光IS、IIP、IIIP和IVS经过中继透镜34入射到图象组合器35上。例如，图象组合器35将具有S偏振的第一色光组透射到第一光阀38，并将具有P偏振的第二色光组反射到第二光阀40。换句话说，S偏振的第一和第四色光IS和IVS被透射到第一光阀38，P偏振的第二和第三色光IIP和IIIP被反射到第二光阀40。

由于第一和第二复眼透镜阵列25和27以及中继透镜34，S偏振的第一和第四色光IS和IVS将根据颜色被传送到第一光阀38的不同区域，由此形成第一和第四色带。类似地，P偏振的第二和第三色光IIP和IIIP将根据颜色被传送到第二光阀40的不同区域，由此形成第二和第三色带。这里，用和偏振的第一至第四色光IS、IIP、IIIP和IVS相同的附图标志分别表示第一至第四色带。图6是一个曲线图，它示出根据波长而产生的光强、由第一和第二分色镜15a和15b所确定的分色范围、以及由选色器32所确定的偏振光分束范围这三者的变化。

参照图7A和7B，当滚动部件20旋转时，第一和第四色带IS和IVS在第一光阀38上周期性地滚动，第二和第三色带IIP和IIIP在第二光阀40上周期性地滚动。当第一和第四色带IS和IVS以及第二和第三色带IIP和IIIP在某时滚动的时候，就形成了单帧的彩色图象。滚动部件20的透镜单元20a的宽度和滚动部件20的旋转频率决定了滚动操作的周期。

第一和第二光阀38和40反射的光经过图象组合器35和投影透镜部件45后放大并投影到屏幕50上。这里，第一光阀38根据图象信号对第一和第四色带IS和IVS进行处理以形成第一图象，第二光阀40根据图象信号对第二和第三色带IIP和IIIP进行处理以形成第二图象。第一和第二图象由图象组合器35混合。

另外，当滚动部件20旋转的时候，第一和第四色带IS和IVS产生滚动，并且同步，第二和第三色带IIP和IIIP产生滚动，从而形成彩色图象。

同时，还可以在图象组合器35和投影透镜部件45之间的光路上提供检偏器43，以提高彩色图象的质量。检偏器43被设计成可根据所分束的颜色转换图象组合器35输出的混合光的偏振方向。

如图8所示，在根据本发明第一实施例作出改变的投影***中，分色器15可以包括第一、第二和第三分色镜15a、15b和15c。下面的描述涉及到当分色器15包括第一至第三分色镜15a、15b和15c时形成彩色图象的操作。

偏振转换器30将光源10发出的光转换为具有第一偏振态的光、例如S偏振光。第一分色镜15a将具有第一偏振态的第一波长范围内的光E反射并将其它波长范围内的光透射。第二分色镜15b将第二波长范围内的光F反射并将其它波长范围内的光透射。第三分色镜15c将第三波长范围内的光H反射并将其它波长范围内的光透射。可以用全反射镜代替第三分色镜15c。

换句话说，如图9A所示，光源10发出的光由第一至第三分色镜15a、15b和15c分束为分别在第一至第三波长范围内的光E、F和H。第一波长范围内的光E包括第一色光I和第二色光II。第二波长范围内的光F包括第三色光III和第四色光IV。第三波长范围内的光H包括第五色光V和第六色光VI。例如，第一波长范围内的光E包括B光和青(C)光，第二波长范围内的光F包括G光和Y光，第三波长范围内的光H包括品红(M)光和R光。

选色器32将在第一至第三波长相应范围内的光E、F和H中至少一种色光的偏振方向转换。优选但不是必须地，选色器32将光E、F和H至少一个中的至少一种色光的偏振方向转换成第二偏振态、如P偏振。

更具体地说，如图9B所示，选色器32转换第一波长范围内的光E中的第一或者第二色光的偏振方向。例如，选色器32将C光的偏振方向转换为P偏振。选色器32还可以转换第二波长范围内的光F的第三或者第四色光的偏振方向。例如，选色器32将G光的偏振方向转换为P偏振。选色器32也可以转换第三波长范围内的光H中的第五或者第六色光的偏振方向。例如选色器32将R光的偏振方向转换为P偏振。

因此，选色器32将第一波长中的光E中的第一色光转换为S偏振的第一光IS，将第一波长中的光E中的第二色光转换为P偏振的第二光IIP，将第二波长中的光F中的第三色光转换为P偏振的第三光IIIP，将第二波长中的光F中的第四色光转换为S偏振的第四光IVS，将第三波长中的光H中的第五色光转换为S偏振的第五光VS，以及将第三波长中的光H中的第六色光转换为P偏振的第六光VIP。更具体地，参照图9C，产生了S偏振的B光BS、P偏振的C光CP、P偏振的G光GP、S偏振的Y光YS、S偏振的M光MS、和P偏振的R光RP。这里，第一色光组包括S偏振的B、Y和M光BS、YS和MS，第二色光组包括P偏振的C、G和R光CP、GP和RP。

图象组合器35根据偏振方向将第一至第六色光IS、IIP、IIIP、IVS、VS和VIP反射或者透射，使得第一色光组入射到第一光阀38上，第二色光组入射到第二光阀40上。例如，如图10A所示，图象组合器35透射S偏振的第一、第四和第五色光IS、IVS和VS到第一光阀38，并且反射P偏振的第二、第三和第六色光IIP、IIIP和VIP到第二光阀40。由于第一和第二复眼透镜阵列25和27以及中继透镜34的存在，第一至第六色光IS、IIP、IIIP、IVS、VS和VIP将根据颜色的不同传送到第一和第二光阀38和40的不同区域，以便形成第一至第六色带。这里，用和偏振的第一至第六色光IS、IIP、IIIP、IVS、VS和VIP相同的附图标记分别表示第一至第六色带。

当滚动部件20旋转时，如图10A至10C所示，第一、第四和第五色带IS、IVS和VS以(IS，IVS，VS)→(VS，IS，IVS)→(IVS，VS，IS)的顺序循环滚动，并且同步地，第二、第三和第六色带IIP、IIIP和VIP以(IIP，IIIP，VIP)→(VIP，IIP，IIIP)→(IIIP，VIP，IIP)的顺序循环滚动。这种滚动操作周期性地进行。当第一至第六色带IS、IIP、IIIP、IVS、VS和VIP完成一个循环的滚动时，就形成单帧彩色图象。

下面参照图11A至11C描述在图8所示的投影***中滚动部件20将色带滚动的这个过程。为使描述清楚起见，仅仅图示了滚动部件20、第一和第二复眼透镜阵列25和27、以及中继透镜34。

参照图11A，由分色器15所分束、分别处于第一至第三波长范围内的光E、F和H在通过滚动部件20、第一和第二复眼透镜25和27以及中继透镜34之后，根据例如E、F和H这样的次序在图象表面单独聚焦。随后，当滚动部件20旋转时，滚动部件20中入射光所通过的当前区域内的透镜阵列逐渐向上或者向下移动。因此，每束通过滚动部件20的光的焦点位置随着滚动部件20的旋转而改变。结果，如图11B所示，E、F和H光就以F、H和E的次序排列。当滚动部件20连续旋转时，E、F和H光就以如图11C所示的H、E和F的次序排列。这种滚动操作周期性地重复。由图象组合器35根据偏振方向将分别处于第一至第三波长范围内的E、F和H光各自分成不同的光路，然后入射到第一和第二光阀38和40。

图10A至10C示出一种情况，其中选色器32将分别处于第一至第三波长范围内的E、F和H光的每一个中的至少一些光的偏振方向进行转换。然而，利用选色器32可以自由地选择其偏振方向被转换的光的波长范围。例如，可以将第三波长范围内的光H的偏振方向保持不变的同时，转换第一波长范围内的光E中的第一色光的偏振方向和第二波长范围内的光F中的第三色光的偏振方向。

把通过选色器32从第一偏振态转换到第二偏振态的光入射到第一光阀38(或者第二光阀40)上，同时把偏振方向没有被转换的光入射到第二光阀40(或者第一光阀38)上，使得所有经转换的光入射到一个光阀上，而所有没有被转换的光入射到另一个光阀上。

图12A至12C示出另一种情况，利用分色器15、偏振转换器30和选色器32将光源10发出的光分束为第一色光组和第二色光组。

偏振转换器30将光源10发出的光转换为具有一种偏振态的光，例如S偏振。参照图12A，第一至第三分色镜15a至15c可以将光源10发出的光分束为第一波长范围内的光E，例如B光，第二波长范围内的光F，例如G光，以及第三波长范围内的光H，例如R光。接下来，参照图12B，选色器32将分别处于第一和第二波长范围内的光E和光F，例如B光和G光，转换成P偏振的光，同时保持着第三波长范围内的光H的S偏振。

参照图12C，光源10发出的白光最后分束为P偏振的B光BP、P偏振的G光GP、和S偏振的R光RS。接下来，如图13A所示，S偏振的R光RS由图象组合器35透射到第一光阀38，P偏振的B光BP和G光GP由图象组合器35反射到第二光阀40。随后，当滚动部件20旋转时，如图13B所示，在第一和第二光阀38和40上形成的色带发生滚动，因此形成彩色图象。

如上所述，光源10发出的白光转换为具有一个预定偏振态的光，然后首先由分色器15将其分束为多个色光，之后由选色器32再将其分束为第一色光组和第二色光组。可以将第一和第二色光组分别传送到第一和第二光阀38和40。

因而，利用分色器15、偏振转换器30和选色器32能将白光分束为所要数量的颜色，并且已分束的颜色发生滚动，从而增加色域。结果，增加了可显示的颜色范围。

再参照图8，还可以在图象组合器35与第一和第二光阀38和40每个之间设置1/4波片39。在这种情况下，在通过图象组合器35之后，具有S偏振态的第一色光组由1/4波片将其大体上转换为圆偏振光，然后在第一光阀38上聚焦。在其偏振态根据图象信号调制并且由第一光阀38反射的光中，图象组合器35只将被1/4波片39转换为P偏振的光向着投影透镜部件45反射。在通过图象组合器35之后，具有P偏振态的第二色光组由1/4波片将其大体上转换为圆偏振光，随后在第二光阀40上聚焦。在其偏振态根据图象信号调制并且由第二光阀40反射的光中，图象组合器35只将被1/4波片39转换为S偏振的光向着投影透镜部件45反射。

可以根据每个第一和第二光阀38和40的类型选择性地提供1/4波片39。

图14示出了根据本发明第一实施例的投影***中所采用的滚动部件的另一个例子。参照图14，滚动部件20’包括至少一个在柱形表面21上以螺旋式样形成的透镜单元22。优选但不是必须地，透镜单元22是圆柱透镜单元。柱形表面21可以是圆柱形或者多边形。图14示出具有圆柱形的柱形表面21。

图15A是滚动部件20’的前视图。图15B示出光L在滚动部件20’中所通过的区域A的截面。如图15B所示，光L所通过的区域A的截面具有圆柱透镜阵列结构。

滚动部件20’以可旋转的方式安装。如图15A所示，滚动部件20’的旋转运动转化为区域A内的透镜阵列的直线运动(在附图标记D表示的方向上)。图15A和15B示出当滚动部件20’旋转时光L所通过的区域A内的透镜阵列的直线运动。

尽管在滚动部件20’中以螺旋式样设置了一个或者多个透镜单元22，但是它们在宽度狭窄的区域A中具有圆柱透镜阵列结构。当滚动部件20’旋转时，光所通过的透镜阵列的位置连续且周期性地改变。圆柱透镜阵列以透镜单元22的截面宽度α为周期重复进行直线运动。优选但不是必须地，一个或者多个透镜单元22相对于柱形表面21以相同的角度倾斜设置，以使当滚动部件20’进行旋转运动时透镜阵列的直线运动能够周期性地进行。通过调整透镜单元22的宽度α和倾斜度可以控制透镜阵列的直线运动的周期。

滚动部件20’包括光所入射的第一面22a和光从滚动部件20’输出的第二面22b。因此，具有圆柱形状的滚动部件20’所表现的效果是好象光通过了两个透镜。第一面22a上的每个透镜单元22将光分束为多个光，它们在第二面22b上形成多个光点。当滚动部件20’的旋转运动转化为透镜阵列的直线运动时，这些光发生滚动。在图3和图8所示的投影***中，可以用滚动部件20’来代替滚动部件20。

参照图16，根据本发明第一实施例的投影***的另一个变型包括光源10，根据波长将光源10发出的光分束的分色器，将入射光分束为多个光束、并将多个光束滚动的滚动部件20’，并且包括导光片或者玻璃棒26、至少两个根据输入的图象信号对滚动部件20’滚动的光束进行处理以形成彩色图象的光阀，以及将光阀形成6的彩色图象放大和投影到屏幕50上的投影透镜部件45。

第一圆柱透镜16设置在滚动部件20’之前以减小滚动部件20’上入射光的宽度，第二圆柱透镜17设置在滚动部件20’的后面以准直来自滚动部件20’的入射光。另外，提供了偏振转换器30，它将光源10发出的光转换为具有第一偏振态的光，例如具有S偏振的光，还提供选色器32，它将S偏振的光中仅仅具有预定波长范围内的光的偏振方向有选择地进行转换。这里，图3、8和16中相同附图标记所标记的元件实现相同的功能和操作，因此，略去了对它们的详细描述。

当滚动部件20’具有圆柱形状并且包括玻璃棒或者导光片26时，将第一和第二圆柱透镜阵列46和47置于滚动部件20’和中继透镜34之间的光路上。第一圆柱透镜阵列46包括彼此平行设置的圆柱透镜单元46a，第二圆柱透镜阵列47包括彼此平行设置的圆柱透镜单元47a。尽管图16中第一圆柱透镜阵列46设置在第二圆柱透镜17之前，但是它们的位置可以交换。

导光片26将已经通过了滚动部件20’第一面22a的光以预定方向均匀地透射。优选但不是必须地，导光片26在和滚动部件20’的透镜阵列的直线运动方向(即y方向)以及光前进的方向(即x方向)垂直的方向(即z方向)上起作用。另外，优选但不是必须地，将第一和第二圆柱透镜阵列46和47中的透镜单元46a和47a设置在和导光片26的导光方向(即z方向)以及光的前进方向(即x方向)垂直的方向上(即y方向)。

偏振转换器30将光源10发出的光转换为具有第一偏振态的光。包括第一至第三分色镜15a至15c的分色器15将具有第一偏振态的光转换为分别位于第一至第三波长范围内的光E、F和H。接着，选色器32将具有第一偏振态的光中的至少部分色光转换为具有第二偏振态的光，由此将具有第一偏振态的光分束为第一色光组和第二色光组。例如，具有S偏振的第一色光组由图象组合器35透射，并入射到第一光阀38上，具有P偏振的第二色光组由图象组合器35反射，并入射到第二光阀40上。

当滚动部件20’旋转时，第一和第二色光组同步滚动，并且图象组合器35将由第一光阀38处理的第一图象和由第二光阀40处理的第二图象混合起来，因而形成了彩色图象。投影透镜部件45将彩色图象放大并投影到屏幕50上。

图16所示的投影***可以实施参照图9A至9C和12A至12C所述的分色过程和偏振分束过程。当在图16所示的投影***中使用具有第一和第二分色镜15a和15b的分色器15时，投影***可以实施参照图5A至5C所述的分色过程和偏振分束过程。

下面的描述涉及到根据本发明第二实施例的投影***。

参照图17，根据本发明第二实施例的投影***包括光源10，根据波长将光源10发出的光进行分束的棒形分色器55，滚动部件20，将光源10发出的光转换使之具有一个预定的偏振态的偏振转换器56，将具有某一预定偏振态的光中的至少一些光的偏振方向进行转换的选色器32，多个根据图象信号对入射光进行处理以形成彩色图象的光阀，以及将彩色图象放大并投影到屏幕50上的投影透镜部件45。

根据第二实施例的投影***还包括图象组合器35，该图象组合器35将分色器55和选色器32分束的光分别传送到所述多个光阀，将多个光阀所形成的图象混合，并将混合的图象引导到投影透镜部件45。

光源10发射白光，它包括产生光的灯11和可将灯11发出的光反射从而将光引导到预定路径的反射镜13。反射镜13可以采用椭圆反射镜，其将灯11所处的位置作为一个焦点，而将聚集光的那个点作为另一个焦点。另外，反射镜13可以采用抛物面反射器，其将灯11所处的位置作为其焦点，并将灯11发出的光反射使其准直。

在光源10和分色器55之间的光路上设置至少一个具有狭缝的滤光器5以调整入射光的发散角，以及一个准直入射光的准直透镜14。

偏振转换器56可以设置在光源10和分色器55之间的光路上。参照图18A，偏振转换器56可以包括第一和第二偏振光分束器57和58以及1/2波片59。

第一偏振光分束器57置于包括在分色器55中的第一棱镜52的入射表面上。第一偏振光分束器57将入射的非偏振白光中具有某一偏振态的光透射到第一棱镜52上，并将具有另一种偏振态的光向着第二偏振光分束器58反射。

例如，第一偏振光分束器57将P偏振光和S偏振光混合在一起的白光中的S偏振光透射并将P偏振光反射。第二偏振光分束器58将第一偏振光分束器57反射的P偏振光反射。第二偏振光分束器58在不改变偏振态的情况下简单地改变了P偏振光的路径，并因而将P偏振光与从第一偏振光分束器57输出的S偏振光准直。第二偏振光分束器58可以采用将所有入射光都反射的全反射镜。

1/2波片59将具有预定偏振态的入射光的相位改变180度，从而将具有预定线性偏振态的入射光改变为具有另一线性偏振态的光。1/2波片59设置在第二偏振光分束器58和第一棱镜52之间，并转换光的偏振态，使得由第一偏振光分束器57透射的光的偏振态变成和第二偏振光分束器58反射的光的偏振态相同。换句话说，1/2波片59将第二偏振光分束器58所反射的P偏振光转换为S偏振光，该S偏振光和第一偏振光分束器57透射的光的偏振方向相同。1/2波片59可以设置在第一偏振光分束器57和第一棱镜52之间。

因此，光源10发出的白光由偏振转换器56转换为具有某种偏振态的光，然后入射到分色器55上。

分色器55可以包括多个棱镜，这些棱镜具有相对于入射光轴以预定的角度倾斜的分色镜。例如，分色器55可以包括棒形结构的、具有第一分色镜55a的第一棱镜52以及具有第二分色镜55b的第二棱镜53。

分色器55将一个特定波长范围内的光反射并将其它波长范围内的光透射，由此将入射光分束为第一波长范围内的光和第二波长范围内的光。

第一棱镜52包括相对于入射光轴倾斜的第一分色镜55a。第一分色镜55a反射第一波长范围内的光并透射第二波长范围内的光。这里，第一波长范围内的光和第二波长范围内的光可以和参照图5A所描述的一样。例如，第一分色镜55a反射包括B光和G光在内的第一波长范围内的光E，并将包括Y光和R光在内的第二波长范围内的光F透射到第二分色镜55b。第二分色镜55b将第二波长范围内的光F反射。

另外，第一棱镜52包括第一反射片52a，它构成第一棱镜52的外形。第一反射片52a将光向着棱镜52的内部进行全反射，这里，由于第一棱镜52和外界气体之间的折射率不同，光要以预定的角度入射。更具体地说，由于第一棱镜52和外界气体之间的折射率不同，第一反射片52a对以一个大于预定角度也即阈值角的角度入射的光进行全反射。因此增加了入射光的利用效率。

第二棱镜53和第一棱镜52相邻设置。可以用全反射镜代替第二分色镜55b以便全反射入射光。第二棱镜53还包括位于其侧壁的第二反射片53a。第二反射片53a和上述第一反射片52a作用相同，故而这里略去对它的详细描述。

同时，偏振转换器56可以设置在分色器44和选色器32之间，而不是在分色器55之前。

通过将旋转运动转化为透镜阵列的直线运动，滚动部件20将入射光滚动，这里透镜阵列位于滚动部件20中入射光所通过的某一部位。根据本发明第二实施例的投影***所包括的滚动部件20具有和参照图4A、4B和14所描述的滚动部件相同的特性。

图17所示的投影***使用的滚动部件20包括第一和第二螺旋透镜盘23和24以及导光片28。

第一圆柱透镜16设置在分色器55和滚动部件20之间以减小滚动部件20上入射光的宽度。第二圆柱透镜17靠着滚动部件20设置以将减小了宽度的光准直，由此将减小了宽度的光恢复到初始状态。当利用第一圆柱透镜16将入射到滚动部件20上的光的宽度减小、从而使得滚动部件20上的透镜单元的截面和入射到滚动部件20上的光的截面大致相似时，能够减小光的损失。

另外，将第一和第二复眼透镜阵列25和27、选色器32、和中继透镜34设置在滚动部件20和图象组合器35之间的光路上。这些元件之间的运行关系和本发明第一实施例中描述的一样，故而这里略去对它们的详细描述。同时，第二圆柱透镜17可以设置在第一和第二复眼透镜阵列25和27之间、或者滚动部件20和第一复眼透镜阵列25之间。

在图17和18A中，尽管分色器55的结构中包括具有第一分色镜55a的第一棱镜和具有第二分色镜55b的第二棱镜53，但是也可以将其构造成包括分别具有第一至第三分色镜55a、55b和55c的第一至第三棱镜52、53和54。

偏振转换器56将光源10发出的光转换为具有一种偏振态的光，然后首先由分色器55根据波长范围将其分束，然后由选色器32根据偏振态再将其分束。因而，光源10发出的光分束为第一和第二色光组。

至少一个光阀包括第一和第二光阀38和40。第一色光组入射到第一光阀38上，第二色光组入射到第二光阀40上。因为第一和第二复眼透镜阵列25和27以及中继透镜34，第一和第二色光组各自形成第一和第二色带组。第一和第二色光组和参照图5A至5C、9A至9C、或者12A至12C所描述的一样。

当滚动部件20旋转的时候第一和第二色带组发生滚动，它们由第一和第二光阀38和40根据图象信号进行处理，然后由图象组合器35混合，从而形成彩色图象。

下面的描述涉及根据本发明第三实施例的投影***。

参照图19，根据本发明第三实施例的投影***包括光源60，可将光源60发出的光进行滚动的滚动部件65，根据波长将滚动部件65透射的光进行分束的分色器70，将光源60发出的光转换使之具有某种偏振态的偏振转换器76，和将具有这个偏振态的光中的至少部分光的偏振方向转换为另一偏振态的选色器77。

另外，根据本发明第三实施例的投影***包括至少两个光阀和一个图象组合器80。至少两个光阀根据图象信号对入射光进行处理，从而形成图象。图象组合器80把在分色器70、偏振转换器76和选色器77的作用下而分束的两个色光组传送到所述至少两个光阀，并混合由各个光阀所形成的图象，通过投影透镜部件85将图象传送到屏幕90。

光源60发射白光，它包括产生光的灯61和将灯61发出的光反射以将光引导到预定路径的反射镜63。反射镜63可以采用椭圆反射镜，其将灯61所处的位置作为一个焦点，将聚集光的那个点作为另一个焦点。另外，反射镜63可以采用抛物面反射器，该抛物面反射器将灯61所在位置作为其焦点并将灯61发出的光反射为平行光。在图19中，反射镜63采用椭圆反射镜。

滚动部件65包括一个或者多个以螺旋式样设置的透镜单元65a，这可使滚动部件65的旋转运动转化为滚动部件65中光所通过的区域内的透镜阵列的直线运动。优选但不是必须地，透镜单元65a是圆柱形透镜单元。如图4A和4B所示的圆盘类型或者是如图14所示的圆柱类型都可用作滚动部件65。

在光源60和滚动部件65之间的光路上设置至少一个具有狭缝的滤光器5以调整入射光的发散角、一个准直入射光的准直透镜64和一个减小滚动部件65上入射光的宽度的第一圆柱透镜67。

优选地但不是必须地，滤光器5设置在光源60的焦点“f”处。当用“P”代表光源60的焦距时，优选地但不是必须地，准直透镜64设置在离焦点“f”例如P/5的位置处，以使光学***能够小型化。

第二圆柱透镜68、第一和第二复眼透镜阵列74和75、以及中继透镜78设置在分色器70和图象组合器80之间的光路上。第二圆柱透镜68将已经由第一圆柱透镜67减小了宽度的光准直，以恢复光的初始宽度。第一和第二复眼透镜阵列74和75与中继透镜78根据波长将滚动部件65透射的光传送到不同的位置，由此形成色带。尽管图19中偏振转换器76设置在第二复眼透镜阵列75的后面，但是它可以设置在第一和第二复眼透镜阵列74和75之间或者光源60和滚动部件65之间。

分色器70根据波长将光源60发出的光分束。例如，分色器70可包括第一和第二分色镜70a和70b，它们根据波长将入射光透射或者反射。第一和第二分色镜70a和70b可以平行布置。还可以在滚动部件65和分色器70之间的光路上设置棱镜71。

至少一个光阀可以包括第一和第二光阀82和83。

光源60发出的光通过准直透镜64和第一圆柱透镜67入射到滚动部件65上。在通过滚动部件65之后，第一和第二分色镜70a和70b将光分束为第一波长范围内的光和第二波长范围内的光。偏振转换器76将第一波长范围内的光和第二波长范围内的光转换为具有一种偏振态的光。接着，选色器77将只在一个预定波长范围内的光转换为不同于上述那种偏振态的另一种偏振态。结果，光分束为具有一种偏振态的第一色光组和具有另一种偏振态的第二色光组。

第一和第二色光组由图象组合器80分别透射和反射，然后分别入射到第一和第二光阀82和83。图象组合器80可以通过偏振光分束器或者栅网偏振光分束器来实现。第一和第二色光组可以为参照图5A至5C所描述的那些色光组。

由于第一和第二复眼透镜阵列74和75以及中继透镜78的作用，根据颜色第一色光组中的颜色在第一光阀82中的不同区域聚焦，第二色光组中的颜色在第二光阀83中的不同区域根据颜色进行聚焦，从而在第一和第二光阀82和83中分别形成第一和第二色带组。

当滚动部件65旋转的时候，第一和第二色带组同步滚动，由此在第一和第二光阀82和83中分别形成第一和第二图象。第一和第二图象由图象组合器80混合，然后由投影透镜部件85将其放大并投影到屏幕90上。

图19所示的分色器70的结构中包括第一和第二分色镜70a和70b。然而，如图20所示，其构造可包括第一至第三分色镜70a、70b和70c(未示出)。

参照图21a，第一至第三分色镜70a、70b和70c将光源60发出的光分束为第一波长范围内的光E、第二波长范围内的光F和第三波长范围内的光H。例如，第一波长范围内的光E可以包括B光和C光，第二波长范围内的光F可以包括G光和Y光，第三波长范围内的光H可以包括R光。

参照图21B，偏振转换器76将第一至第三波长范围内的光转换为具有诸如S偏振的第一偏振态的光。选色器77将S偏振光中的部分颜色的偏振态转换为第二偏振态，例如P偏振。例如，将C、G和Y光转换成P偏振光。因而，参照图21C，具有S偏振态的第一色光组包括S偏振B光BS和S偏振R光RS，具有P偏振态的第二色光组包括P偏振C、G和Y光CP、GP和YP。

第一色光组由图象组合器80透射，然后入射到第一光阀82，第二色光组由图象组合器80反射，然后入射到第二光阀83。

如图22所示，由于第一和第二复眼透镜阵列74和75以及中继透镜78的作用，第一和第二色光组分别形成第一和第二色带组。第一和第二色带组随着滚动部件65的旋转而同步滚动，并且由图象组合器80将其混合，由此形成彩色图象。

同时，还可以在图象组合器80和投影透镜部件85之间的光路上提供检偏器84。检偏器84起到检偏器43相同的作用，故而略去对它的详细描述。此外，还可以根据第一和第二光阀82和83的类型在它们的前面提供1/4波片(未示出)。

除了参照图21A至21C所述的方法外，还可以有各种不同的方法，由分色器70、偏振转换器76和选色器77将光源60发出的光分束为第一和第二色光组。例如，可以使用参照图9A至9C和12A至12C所述的分色法。此外，可以在第一和第二实施例中使用参照图21A至21C所述的分色法。

同时，在根据本发明第一至第三实施例的投影***中，在每个光源10和60以及每个分色器15、55和70之间设置至少一个带狭缝的滤光器5用于调整光的发散角。下面的描述涉及滤光器5的结构和操作。

滤光器5可以采用空间滤光器。构造空间滤光器5使得能够调整狭缝5c的宽度“w”。例如，如图23所示，空间滤光器5包括第一滤光片5a，与第一滤光片5a隔开的第二滤光片5b，分别支承第一和第二滤光片5a和5b的、能够由丝杠7移动的第一和第二基板6a和6b，以及支承旋转丝杠7的框架8。当丝杠7旋转时，第一和第二基板6a和6b沿着丝杠7移动，使得位于第一和第二滤光片5a和5b之间的狭缝5c的宽度“w”得到调整。优选最好但不是必须地，可沿分色方向或者颜色滚动方向调整狭缝5c的宽度“w”。

例如，如图24A所示，假定狭缝5c的宽度“w”是w1，第一和第二色带组在相应第一和第二光阀38、82、40和83上分成三部分或者两部分。当宽度“w”改变为比w1小的w2时(w1＞w2)，如图24B所示，在第一和第二色带组中每个色带组的各色带之间出现黑条“k”。当宽度“w”变为比w1大的w3时(w3＞w1)，如图24C所示，第一和第二色带组中的色带面积增加，因此，在每个第一和第二色带组中出现色带间的重叠部分“k’”。

同时，如图25A至25C所示，在光源10和60以及每个分色器15、55和70之间提供的、带狭缝的滤光器可以包括空间滤光器5和一个或者多个分别带第一至第三狭缝1a、2a和3a的补偿滤色片1、2和3，或者包括没有空间滤光器5的第一至第三补偿滤色片1、2和3。各个第一至第三补偿滤色片1、2和3的第一至第三狭缝1a、2a和3a将全部的光都通过，好象它并不考虑光的颜色，但是每个第一至第三补偿滤色片1、2和3将具有特定颜色的光反射并将具有其它颜色的光透射，从而能够调整具有特定颜色的光的发散角。

图25A示出具有一种结构的滤光器，其中将第一补偿滤色片1连到空间滤光器5上。第一补偿滤色片1反射特定波长范围内的光，透射其它波长范围内的的光，并且全部的光通过第一狭缝1a。第一补偿滤色片1可以安装在空间滤光器5的前面或者后面。在图25A中，第一补偿滤色片1是设置在空间滤光器5的后面。这里，第一和第二色带组中的色带宽度相同，它由空间滤光器5的狭缝5c的宽度“w”确定，特定波长范围内的色带宽度由第一补偿滤色片1的第一狭缝1a的宽度t1选择性地确定。

当第一色带组包括第一和第四色带IS和IVS，第二色带组包括第二和第三色带IIP和IIIP时，如图7A和7B所示，第一至第四色带的宽度由空间滤光器5确定，而且，例如，第一和第二色带IS和IIP的宽度或者第三和第四色带IIIP和IVS的宽度能够由第一补偿滤色片1调整。另外，能够调整第一至第四色带IS、IIP、IIIP和IVS中某一个色带的宽度。

当每个第一和第二色带组包括三个色带时，如图10A至10C所示，第一色带组的色带中某个色带的宽度和第二色带组的色带中某个色带的宽度能够由第一补偿滤色片1调整。另外，当第一色带组包括三个色带并且第二色带组包括两个色带时，如图22所示，第一和第二色带组的色带中的至少一个色带的宽度能够由第一补偿滤色片1调整。

图25B示出具有一种结构的滤光器，其中将第一和第二补偿滤色片1和2加到空间滤光器5上。图25C示出一个包括第一至第三补偿滤色片1、2和3但不包括空间滤光器5的滤光器。可以采用在空间滤光器5或者一个单独的玻璃片上形成对应于第一至第三补偿滤色片1、2和3的涂层的方法来制作第一至第三补偿滤色片1、2和3，或者采用分别形成单个滤光器的方式来制作。

通过调整各个第一至第三补偿滤色片1、2和3的第一至第三狭缝1a、2a和3a的宽度t1至t3使特定色带的宽度得到调整。优选但不是必须地，各个第一至第三狭缝1a、2a和3a以及狭缝5c的宽度t1至t3以及“w”的调整沿分色方向或者颜色滚动方向进行。

如上所述，可以通过选择性地调整色带宽度来控制色平衡，因此增加了色温的范围。

而且，如果必要的话，能够通过调整色带宽度在色带之间形成黑条“k”。当每个第一和第二光阀38、82、40和83采用LCD或者LCOS并且色带连续滚动的时候，图象信号随着色带的改变而时刻改变。然而，对变化着的图象信号进行连续处理是困难的。当假定，把对应于每个色带的图象信号开启所需时间称为上升时间，把图象信号关闭所需的时间称为下降时间，就需要一个对应于上升和下降时间的时间周期来改变色带之间的图象信号处理过程，因而，就需要通过色带之间的黑条“k”来保证这个时间周期。

通过使用空间滤光器5和第一至第三补偿滤色片1、2和3选择性地调整色带宽度，可以形成黑条“k”，因此，可以得到高质量彩色图象。

图26是根据本发明第四实施例的投影***的示意图。根据第四实施例的投影***包括光源200，转换光源200发出的光使之具有一个偏振态的偏振转换器205，将具有这个偏振态的光分束为多个波长的分色器，选色器250，第一和第二光阀260和261，将选色器250根据偏振方向透射的光透射或者反射的图象组合器255，以及将分色器分束的色光进行滚动的滚动部件。

分色器包括第一分色镜209和第二分色镜212。滚动部件包括第一至第三棱镜214、235和242，它们可旋转地设置在由第一和第二分色镜209和211分束形成的各个第一至第三色光L1、L2和L3的路径上。当第一至第三棱镜214、235和242旋转时，第一至第三色光L1、L2和L3发生滚动。还可以在各个第一至第三棱镜214、235和242的前面提供带有狭缝的第一至第三滤光器213、234和243用于调整入射光的发散角。

在通过第一和第二透镜阵列202和204以及偏振转换器205之后，光源200发出的白光转换为具有第一偏振态的光。第一和第二分色镜209和212将具有第一偏振态的光分别分束为位于第一至第三波长范围内的第一至第三色光L1、L2和L3。

第一至第三棱镜214、235和242分别将第一至第三波长范围内的第一至第三色光L1、L2和L3滚动。第三分色镜239将第二至第三波长范围内的第二和第三色光L2和L3分别反射和透射。最后，位于各第一至第三波长范围内的第一至第三色光L1、L2和L3由第四分色镜222混合，然后在单通路上前进。选色器250将具有第一偏振态的光中的至少部分色光转换为具有第二偏振态的光。结果，具有第一偏振态的光分束为第一和第二色光组。图象组合器255分别将第一和第二色光组传送到第一和第二光阀260和261。然后，第一和第二光阀260和261分别形成第一和第二图象，图象组合器255将第一和第二图象混合。

在偏振转换器205的后面提供一个聚焦透镜207。在第一至第三色光L1、L2和L3的路径上提供透镜210、217、231、237和245以校正光路。将聚焦透镜220设置在第一和第四分色镜212和222之间，聚焦透镜240设置在第二和第四分色镜239和222之间。聚焦透镜224设置在第四分色镜222和图象组合器255之间。在第一和第二色光L1和L2的路径上还分别提供诸如反射镜218和233的路径变换器，以改变光的路径。

在第四分色镜222的作用下，位于各第一至第三波长范围内的第一至第三色光L1、L2和L3在同一路径上前进。选色器250将第一至第三波长范围中的至少一个波长范围内的至少部分色光的偏振方向转换为不同于第一偏振态的第二偏振态，以致形成第一和第二色光组。

根据上面本发明第一至第三实施例中所描述的分色法和偏振分束法，可以将具有一种偏振态的光分束为第一和第二色光组。如上所述，可以将根据本发明所述的投影***应用到任何利用滚动操作形成彩色图象的类型的***中。

下面的描述涉及一种根据本发明的实施例形成彩色图象的方法。

参照图3和8，将光源10发出的光分束为多个波长范围内的光，将这个多波长范围内的光转换为具有单一偏振态的光。另外，先将光源10发出的光转换为具有单一偏振态的光，然后将其分束为多个波长范围内的光。

包括多个分色镜的分色器15将光源10发出的光分束。在一个实施例中，分色器15可以包括多个分色镜15a至15c，它们以不同的角度倾斜，如图3和8所示。在另一个实施例中，提供一个棒形结构的分色器55用于将光分束为多个波长范围，如图18A和18B所示。还是在另一个实施例中，提供一个包括平行设置的多个分色镜在内的分色器70，以进行光的分束，如图19和20所示。

接着，将具有第一偏振态的光中至少一些光的偏振方向转换为另一个偏振态，使得光分束为第一和第二色光组。这里，把分色器15、55或者70所分束的多个波长范围的光的至少一个波长范围内的至少一些光的偏振方向进行转换。利用选色器32或者77可以选择性地转换仅在所需波长范围内的光的偏振方向。

第一和第二色光组在诸如第一和第二光阀38或82以及40或83的多个光阀上聚焦，第一和第二光阀分别形成第一和第二图象。当第一和第二色光组分别在第一和第二光阀上聚焦时，就形成了第一和第二色带组，并且滚动部件20或者65将其周期性地且同步地滚动。图象组合器35或80将第一和第二图象混合而形成彩色图象。投影透镜部件45或85将彩色图象放大并投影到屏幕50或90上。

在根据本发明的形成彩色图象的方法中，可以将光源发出的白光分束为想要的一样多的颜色，并且可以将这些颜色分别在多个光阀上聚焦，从而可以容易地形成多通道彩色图象。

如上所述，在根据本发明的投影***中，多个颜色分别入射到多个被独立驱动的光阀上。因而，可以容易地将光源发出的光分束为多个，例如四个或者更多颜色。当颜色数目增加时，色域和色温范围就增加了。结果，就能以各种方式产生彩色图像的品质，并且能够获得接近于自然色的图象。此外，因为多个颜色分别在多个光阀上聚焦，与采用单光阀形成多个颜色的彩色图象的情况相比，受光度得到降低。因此，光学***得到简化和小型化。

此外，因为在单通路上有三个或者多个颜色前进，所以能在不增大***尺寸和制造成本的情况下实现多通道彩色图象***。而且，当采用根据本发明所述的形成彩色图象的方法时，能够容易地在任何利用滚动操作形成彩色图象的***中通过再增加几个光学元件形成多通道图象。

Claims (50)

1.一种投影***，包括：

光源；

将光源发出的光根据多个波长范围分束为多个颜色的分色器；

将分色器分束和透射的颜色进行滚动的滚动部件；该滚动部件被可旋转地安装，并且它包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元；

将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器；

将滚动部件透射的、并具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光的选色器；

根据偏振方向将选色器透射的光反射或者透射的图象组合器；以及

至少两个光阀，其中每个光阀接收图象组合器透射的光并且根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

2.如权利要求1所述的投影***，其中，该滚动部件包括第一螺旋透镜盘和第二螺旋透镜盘，它们中的每一个包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元。

3.如权利要求2所述的投影***，其中，该滚动部件还包括位于第一和第二螺旋透镜盘之间的导光元件。

4.如权利要求3所述的投影***，其中，该导光元件是导光片。

5.如权利要求3所述的投影***，其中，该导光元件是玻璃棒。

6.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，其中，该滚动部件包括在柱形表面上以螺旋式样形成的至少一个圆柱透镜单元。

7.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，其中，该分色器包括至少两个相对于光轴以不同角度倾斜的分色镜。

8.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，其中，该分色器包括至少两个棱镜，其中每个棱镜包括一个分色镜。

9.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，它还包括至少一个设置在光源和分色器之间的光路上的滤光器，该滤光器包括一个用于调整入射光发散角的狭缝。

10.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，其中，该图象组合器是偏振光分束器或者栅网偏振光分束器。

11.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，它还包括对来自图象组合器的输出光进行检偏的检偏器。

12.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，它还包括：

设置在光源和滚动部件之间光路上的第一圆柱透镜，它将入射到滚动部件上的光的宽度减小；以及

设置在分色器和图象组合器之间光路上的第二圆柱透镜，它将滚动部件透射的光准直。

13.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，它还包括设置在图象组合器和所述至少两个光阀之间的1/4波片。

14.如权利要求1至5其中一项所述的投影***，它还包括设置在分色器和图象组合器之间光路上的第一复眼透镜阵列和第二复眼透镜阵列。

15.如权利要求14所述的投影***，它还包括设置在第二复眼透镜阵列和图象组合器之间的光路上的中继透镜。

16.如权利要求1所述的投影***，其中，该分色器还包括具有第一分色镜的第一棱镜和具有第二分色镜的第二棱镜。

17.如权利要求16所述的投影***，其中，该第一和第二分色镜将光源发出的光分束为第一波长范围内的光和第二波长范围内的光，选色器将第一和第二波长范围中至少一个范围内的光中的至少一些光的偏振方向进行转换。

18.如权利要求16所述的投影***，其中：

第一分色镜反射包括第一颜色和第二颜色在内的第一波长范围内的光；

第二分色镜反射包括第三颜色和第四颜色在内的第二波长范围内的光；

以及将第一和第三颜色的光的偏振方向进行转换的选色器。

19.如权利要求16所述的投影***，其中，该分色器还包括以不同于第一和第二分色镜角度倾斜的第三分色镜。

20.如权利要求19所述的投影***，其中，第一至第三分色镜将光源发出的光分别分束为第一至第三波长范围内的光，选色器将第一至第三波长范围中至少一个范围内的光中的至少一些光的偏振方向进行转换。

21.如权利要求19所述的投影***，其中：

第一分色镜反射包括第一颜色和第二颜色在内的第一波长范围内的光；

第二分色镜反射包括第三颜色和第四颜色在内的第二波长范围内的光；

第三分色镜反射包括第五颜色和第六颜色在内的第三波长范围内的光；以及

选色器将第一、第三和第五颜色的偏振方向进行转换。

22.如权利要求16所述的投影***，其中，该分色器还包括具有第三分色镜的第三棱镜。

23.如权利要求18所述的投影***，它还包括设置在光源和分色器之间的光路上的至少一个滤光器，该滤光器包括用于调整入射光发散角的狭缝。

24.如权利要求23所述的投影***，其中，至少一个滤光器是空间滤光器。

25.如权利要求24所述的投影***，其中，至少一个滤光器包括空间滤光器和至少一个补偿滤色片。

26.如权利要求16所述的投影***，其中，该图象组合器是偏振光分束器或者栅网偏振光分束器。

27.如权利要求16所述的投影***，它还包括：

第一圆柱透镜，其设置在光源和滚动部件之间的光路上，它将入射到滚动部件的光的宽度减小；以及

第二圆柱透镜，其设置在分色器和图象组合器之间的光路上，它将滚动部件透射的光准直。

28.如权利要求27所述的投影***，它还包括设置在图象组合器和每个第一和第二光阀之间的1/4波片。

29.如权利要求28所述的投影***，它还包括设置在分色器和图象组合器之间的光路上的第一复眼透镜阵列和第二复眼透镜阵列。

30.如权利要求29所述的投影***，它还包括设置在第二复眼透镜阵列和图象组合器之间的光路上的中继透镜。

31.一种投影***，包括：：

光源；

滚动部件，其以可旋转方式安装，包括一个或者多个透镜单元并滚动入射光；并且包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元；

根据至少两个波长范围将滚动部件透射的光分束的分色器；

将光源发出的光转换为具有第一偏振态的光的偏振转换器；

将偏振转换器透射的、具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光的选色器；

根据偏振方向将选色器透射的光透射或者反射的图象组合器，以及

至少两个光阀，它们每个接收图象组合器透射的光并根据图象信号对接收到的光进行处理以形成图象。

32.如权利要求31所述的投影***，其中，该滚动部件包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元，并且在其中将滚动部件的旋转运动转化为在滚动部件中光所通过的区域内的透镜阵列的直线运动。

33.如权利要求31所述的投影***，其中，该滚动部件包括第一螺旋透镜盘和第二螺旋透镜盘，每个透镜盘包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元，第一和第二螺旋透镜盘以预定的距离彼此分开。

34.如权利要求31所述的投影***，其中，该滚动部件还包括位于第一和第二螺旋透镜盘之间的导光元件。

35.如权利要求34所述的投影***，其中，该导光元件是导光片。

36.如权利要求34所述的投影***，其中，该导光元件是玻璃棒。

37.如权利要求31所述的投影***，其中，该滚动部件包括至少一个在柱形表面上以螺旋式样形成的圆柱透镜单元。

38.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，其中，该分色器包括至少两个彼此平行的分色镜。

39.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，其中，该分色器包括至少两个棱镜，每个棱镜包括一个分色镜。

40.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，它还包括至少一个设置在光源和分色器之间的光路上的滤光器，该滤光器包括一个用于调整入射光发散角的狭缝。

41.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，其中，该图象组合器是偏振光分束器或者栅网偏振光分束器。

42.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，它还包括将来自图象组合器的输出光进行检偏的检偏器。

43.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，它还包括：

第一圆柱透镜，设置在光源和滚动部件之间的光路上，它将入射到滚动部件上的光的宽度减小；以及

第二圆柱透镜，设置在分色器和图象组合器之间的光路上，它将滚动部件透射的光准直。

44.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，它还包括设置在图象组合器和所述至少两个光阀之间的1/4波片。

45.如权利要求31至37其中一项所述的投影***，它还包括设置在分色器和图象组合器之间的光路上的第一复眼透镜阵列和第二复眼透镜阵列。

46.如权利要求45所述的投影***，它还包括设置在第二复眼透镜阵列和图象组合器之间的光路上的中继透镜。

47.一种形成彩色图象的方法，它包括：

将入射光分束为多个波长范围内的光；

将入射光转换为具有第一偏振态的光；

将具有第一偏振态的光中的至少一些光转换为具有不同于第一偏振态的第二偏振态的光；

使用多个光阀分别调制具有第一偏振态的色光和具有第二偏振态的色光；以及

滚动部件被可旋转地安装，并且它包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元；

将具有第一偏振态的色光和具有第二偏振态的色光滚动以形成彩色图象。

48.如权利要求47所述的方法，其中，通过使用包括多个彼此平行设置的分色镜在内的分色器来实现入射光的分束。

49.如权利要求47所述的方法，其中，通过使用包括多个以不同角度倾斜的分色镜在内的分色器来实现入射光的分束。

50.如权利要求47至49其中一项所述的方法，其中，通过将滚动部件的旋转运动转化为滚动部件中光所通过的区域内的透镜阵列的直线运动来实现色光的滚动，该滚动部件包括至少一个以螺旋式样设置的圆柱透镜单元。

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