CN1204436C - 带分光镜轮的照明光学单元及包括该单元的图像显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种照明光学单元和一种图像显示系统。所述照明光学单元包括：一个发射光的光源；和一个由多个分光镜构成的分光镜轮；每一个分光镜被分成至少三个部分，以便从光源入射的光分出至少三个彩色光束，并反射该光束。所述图像显示系统包括：一个照明光学单元，该照明光学单元包括：一个发射光的光源；一个由多个分光镜构成的分光镜轮；每一个分光镜被分成至少三个部分，以便从光源入射的光分出至少三个彩色光束，并反射该光束；一个图像光学单元，它调制从照明光学单元入射的光，以形成图像；和一个投影光学单元，它将从图像光学单元发出的光投影在屏幕上。由于光暂时地和在空间被区分，因此光损失可减少，图像的分辨率高。

Description

带分光镜轮的照明光学单元及包括 该单元的图像显示系统

发明领域

本发明涉及一种照明光学单元和具有该单元的图像显示系统；更具体地说，涉及使用分光镜轮的照明光学单元和包括该照明光学单元的图像显示系统。

背景技术

图1为表示使用彩色轮的现有的单板式彩色图像显示系统的一个例子的图。从图1可看出，现有的单板式彩色图像显示系统，其包括：光源100；的聚焦透镜102，其将从光源100入射的光聚焦在彩色轮105上；彩色轮105，其根据彩色显示系统的不同彩色图像信号的变化，从聚焦的光中顺序地分出彩色；蝇眼透镜107和110，蝇眼透镜107和110使由彩色轮105分出的每一个彩色光束的光强分布均匀；图像显示装置112，其可根据所加的图像信号，对每一个彩色光束进行光学调制；投影透镜115，其将调制的光束投影至屏幕118上。

在现有的单板式彩色图像显示系统中，当彩色轮105转动时，它只相对于从光源例如灯100入射的光，按照红、绿和兰的次序传输与每一个滤色器相应的彩色光束。结果，总光量的2/3损失，使光效率降低。

图2为表示使用分光镜的现有的单板式彩色图像显示系统的一个例子的图。图3为表示在图2所示的微型透镜阵列和液晶显示装置(LCD)中的光通路的图。参见图2和图3可看出，现有的使用分光镜的单板式彩色图像显示系统包括一个弧光灯；三个互相倾斜的分光镜204R，204G和204B；一个偏振光转换器205，一个微型透镜阵列206，一个液晶层207，一个场镜208和一个投影透镜209。

弧光灯包括：发射白色光的灯202，包围灯202的一个侧面的圆弧镜201和聚光透镜，其收集直接从灯202发出发散的光和从圆弧镜201反射的发散光，并将收集的发散光转换为平行光。

从弧光灯发射出来的白光，分别被三个分光镜204R、204G和204B分成红(R)光束，绿(G)光束和兰(B)光束。分光镜204R反射从弧光灯入射的白光中的R光束，并使剩余的彩色光束透过。分光镜204G反射由分光镜204R传输的彩色光束中的G光束，并使剩余的彩色光束(即B光束)透过。分光镜204B反射B光束。

分光镜204R、204G和204B配置成使分光镜204G相对于分光镜204R倾斜一个-θ角，而相对于分光镜204B倾斜一个+θ角。这里“+”表示逆时针方向，“-”表示顺时针方向。因此，R光束中的主要光线以与G光束的主要光线成-θ角度入射在微型透镜阵列206上，而B光束的主要光线，以与G光束主要射线成+θ角入射在微型透镜阵列206上。

在微型透镜阵列206中，由许多圆柱形透镜构成的微型透镜元件206a，和由许多圆柱透镜构成的微型透镜元件206b排列在水平方向。微型透镜阵列206，将以不同角度入射的R光束、G光束和B光束分别以条纹图形聚光在图像显示装置211的信号电极207R、207G和207B上。

图像显示装置211的结构为，夹在二块透明的玻璃基片212和213之间的液晶层207，在液晶层207顶部上的透明的导电薄膜214，和在液晶层207底部上的信号电极207R、207G和207B形成一个矩阵结构。

在具有上述结构的现有的单板式彩色图像显示系统中，三个分光镜204R、204G和204B将从弧光灯入射的白色分成R光束、G光束和B光束，这些光束再分别聚光在图像显示装置211的信号电极207R、207G和207B上。考虑到在相应的R、G和B光束的主要射线之间的入射角不同，信号电极207R、207G和207B，在水平方向以预先确定的间隔排列。信号电极207R、207G和207B为形成单一图像像素的子像素。

微型透镜元件206a和206b中的每一个装置的微型透镜与分别相应于R、G和B的三个子像素相适应。三个子像素通过场镜208和投影透镜209，投影至屏幕210上，使三个子像素形成一个单一图像像素。因此，观察者可看见由这些图像像素组成的整个彩色图像。

然而，由于在上述现有的单板式彩色图像显示系统中，三个子像素形成一个单一图像像素，因此LCD装置的分辨率降低至1/3。因此，为了利用如美国专利5633755和5159485号公布的那样的彩色轮投影式单板式图像显示系统得到同样的分辨率，必须将LCD装置的物理分辨率提高三倍。当LCD装置的物理分辨率提高三倍时，孔效率降低，因而光学效率降低。另外，大量生产的产量降低，使制造成本增加。又因为LCD装置的物理分辨率必需提高三倍，因此LCD装置的尺寸变得太大。当LCD装置的尺寸大时，聚光透镜，场镜或投影镜必需大，因而提高制造成本。

发明内容

本发明提供一种轻、薄、简单和小的、可以通过在空间和暂时地区分照明的光而提高光学效率的照明光学单元，和具有该装置的高亮度和高图像质量的图像显示系统。

根据本发明的一个方面，一种照明光学单元，它包括：一个发射光的光源；和一个由多个分光镜构成的分光镜轮；每一个分光镜被分成至少三个部分，以便从光源入射的光分出至少三个彩色光束，并反射该光束，所述分光镜的数目与分光镜上的所述部分数目相同，在不同分光镜的相应部分同时反射不同的彩色光束，并且该分光镜轮作为一整体旋转。

三个彩色光束可以为红、绿和兰光束。

优选的是单个彩色光束的焦点之间的水平偏差用“a”表示，并且分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ，分光镜之间放置的间隔“d”满足下式：

$d=\frac{a}{2\sin \mathrm{\θ}}$

当分光镜之间的间隔为“d”和分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ时，单个彩色光束的焦点之间的垂直偏差“b”满足下式：

$b=\frac{d}{\cos \mathrm{\θ}}$

优选的是，它还包括在被分光镜反射的光路中的一个反射镜，以便去除垂直偏差。

优选的是，照明光学单元它还包括在光源和分光镜轮之间的光路中的一个光学积分器，以便使光均匀。

优选的是，照明光学单元它还包括在光学积分器和分光镜轮之间的光路中的一个准直透镜，以便将光学转换为平行光。

优选的是，照明光学单元它还包括在准直透镜和分光镜轮之间的光路中的一个偏振光转换器，以便将平行光束转换为偏振光束。

优选的是，照明光学单元它还包括在偏振光转换器和分光镜轮之间的光路上的一个聚焦透镜，以便将偏振光束聚焦在分光镜轮上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种图像显示系统，它包括：一个照明光学单元，它包括：一个发射光的光源，一个由多个分光镜构成的分光镜轮，每一个分光镜被分成至少三个部分，以便从光源入射的光分出至少三个彩色光束，并反射该光束，所述分光镜的数目与分光镜上的所述部分数目相同，在不同分光镜的相应部分同时反射不同的彩色光束，并且该分光镜轮作为一整体旋转；一个图像光学单元，它调制从照明光学单元入射的光，以形成图像；和一个投影光学单元，它将从图像光学单元发出的光投影在屏幕上。

三个彩色光束可以为红、绿和兰光束。

优选的是，单个彩色光束的焦点之间的水平偏差用“a”表示，并且分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ，分光镜之间放置的间隔“d”满足下式：

$d=\frac{a}{2\sin \mathrm{\θ}}$

优选的是，当分光镜之间的间隔为“d”和分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ时，单个彩色光束的焦点之间的垂直偏差“d”满足下式：

$b=\frac{d}{\cos \mathrm{\θ}}$

优选的是，它还包括在被分光镜反射的光路中的一个反射镜，以便去除垂直偏差。

优选的是，它还包括在光源和分光镜轮之间的光路中的一个光学积分器，以便使光均匀。

优选的是，它还包括在光学积分器和分光镜轮之间的光路中的一个准直透镜，以便将光学转换为平行光。

优选的是，它还包括在准直透镜和分光镜轮之间的光路中的一个偏振光转换器，以便将平行光束转换为偏振光束。

优选的是，它还包括在偏振光转换器和分光镜轮之间的光路上的一个聚焦透镜，以便将偏振光束聚焦在分光镜轮上。

优选的是，图像光学单元包括：一个透镜阵列，它将被分光镜轮分出和反射的至少三个彩色光束聚光在不同位置；和一块板，它调制从透镜阵列入射的光，以形成图像。

优选的是，投影光学单元包括将图像光学单元的图像投影在屏幕上的一个投影透镜。

优选的是，图像显示系统它还包括在图像光学单元和投影光学单元之间的光路中的一个场镜，以便使从图像光学单元发出的光均匀。

本发明提供了一种使用可暂时地和在空间分光、因而可实现全彩色光谱的分光镜轮的照明光学单元。因此，可以减少现有的、使用彩色轮的单板式图像显示系统中产生的光损失，其分辨率可比使用静止的分光镜的现有的彩色图像显示系统高3倍。

附图说明

通过参照附图对优选实施例的详细说明，可以更了解本发明的上述和其他特点与优点。其中：

图1为表示利用彩色轮的现有的单板式彩色图像显示系统的一个例子的图；

图2为表示利用分光镜的现有的单板式彩色图像显示系统的一个例子的图；

图3为表示在图2所示的微型透镜阵列和液晶显示装置(LCD)中的光路的图；

图4为根据本发明的一个实施例的照明光学单元和具有该装置的图像显示系统的图；

图5A表示在根据本发明的一个实施例的照明光学单元中的分光镜轮的单个分光镜的平面图；

图5B为在根据本发明的一个实施例的照明光学单元中的分光镜轮的立体图；

图6为用于说明在根据本发明的一个实施例的照明光学单元中的分光镜轮的光区分和反射的概念图；

图7为表示通过根据本发明的一个实施例的图像显示系统中的微型透镜阵列和达到一块板的单个彩色光束的光路的图；

图8为包括根据本发明的第二个实施例的照明光学单元的图像显示系统的图；

图9为用于说明利用图8所示的反射镜去除垂直偏差的方法的图；和

图10为表示由于在根据本发明的一个实施例的照明光学单元中的分光镜轮的转动，不同的彩色光束以不同的次序照射在上面的板的一个像素的图。

具体实施方式

从图4可看出，根据本发明的第一个实施例的图像显示系统，其包括：照明光学单元40，其按照波长范围区分和单独发射光；图像光学单元50，其根据所施加的图像信号，对从照明光学单元40入射的光进行光学调制，以形成图像；的投影光学单元60，其将从图像光学单元50入射的光发射至屏幕414上。

照明光学单元40包括：作为光源的灯401；使从灯401发散出来的光聚光的反射镜402，和由多个分光镜407a，407b和407c组成的一个分光镜轮407。每一个分光镜分成至少三个部分，用于将从灯401入射的光分成至少三个彩色光束，并反射该三个彩色光束。该三个彩色光束一般为红(R)光束，绿(G)光束和兰(B)光束。优选的是，分光镜的数目与每一个分光镜上分成的部分数目相同。例如，当每一个分光镜分成三个部分时，则设置三个分光镜形成分光镜轮407。当每一个分光镜分成6个部分时，则设置6个分光镜以形成分光镜轮407。根据本发明第一个实施例的照明光学单元40包括第1～第3个分光镜407a，407b和407c，如图4所示。每一个分光镜407a，407b和407c又分成三个部分。

另外，为了使从灯401发出的光强均匀，照明光学单元40还在灯401的前面包括一个光学积分器403。该照明光学单元40还依次包括：的准直透镜404，其对光学积分器403透过的光进行平行校正；偏振光转换器405，其将从准直透镜404入射的光转换为偏振光；聚焦透镜406，其将来自偏振光转换器405的光聚焦在分光镜轮407上。

图像光学单元50包括：微型透镜阵列410，其使被分光镜轮407分开和反射的R、G和B光束聚光在不同位置；板411，其对从微型透镜阵列410入射的光进行调制，以形成图像。为了将每一个彩色光束准直，使其聚焦在微型透镜阵列410上，在分光镜轮407和微型透镜阵列410之间的光通路上还设置了一个准直透镜409。如图7所示，微型透镜阵列410可以由第一个微型透镜阵列410a和第二个微型透镜阵列410b构成。第一个微型透镜阵列410a用作场镜，以便减少光损失。

投影光学单元60包括：一个投影透镜413，它将根据板411的图像信号调制的光投影至屏幕414上。为了减小投影透镜413的直径，投影光学单元60还包括在板411和投影透镜413之间的光路上的一个场镜412。板411透过的光由场镜412折射，会聚在投影透镜413上。

图5A和5B所示的分光镜轮407转动，如图7所示，使不同彩色光束入射在板411上的每一个像素上，从而形成在屏幕414上的图像。

图5A表示在根据本发明的第一个实施例的照明光学单元50中，设置分光镜轮407的第1～第3个分光镜407a，407b和407c的平面图。图5B为分光镜轮407的立体图。

参见图5A可看出，为了顺序地分出和反射R、G和B光束，第一个分光镜407a分成第1～第3个部分407a-1，407a-2和407a-3。同样，为了顺序地分出G、B和R光束，第二个分光镜407b分成第1～第3个部分407b-1，407b-2和407b-3。同样，为了顺序地分出和反射B、R和G光束，第三个分光镜407c分成第1～第3个部分407c-1，407c-2和407c-3。

参见图5B可看出，第1～第3个分光镜407a，407b和407c排列成使与特定部分相适应的第二个分光镜407b的第一个部分407b-1和第三个分光镜407c的第一个部分407c-1，能分别分出和反射G光束和B光束。上述特定部分为例如在第一个分光镜407a中的反射R光束的第一个部分407a-1。

第一个分光镜407a的第一个部分407a-1只反射R光束，而使G和B光束透过。第二个分光镜407b的第一个部分407b-1只反射G光束，而使B光束透过。第三个分光镜407c的第一个部分407c-1则反射B光束。这种分光同时由第1～第3个分光镜407a，307b和407c的第二和第三个部分407a-2，407a-3，407b-2，407b-3，407c-2和407c-3进行，因此可在空间分光。

换句话说，当第一部分407a-1只反射R光束时，第一个分光镜407a的第二个部分407a-2只反射G光束，而使R和B光束透过。第二个分光镜407b的第二个部分407b-2，在由第一个分光镜407a的第二个部分407a-2透过的R和B光束中，只反射B光束，而使R光束透过。第三个分光镜407c的第二个部分407c-2反射由第二个分光镜407b的第二个部分407b-2透过的R光束。

同样，第一个分光镜407a的第三个部分407a-3只反射B光束，而使R和G光束透过。放置成与第一个分光镜407a的第三个部分407a-3相应的第二个分光镜407b的第三个部分407b-3只反射R光束，而使G光束透过。放置成与第二个分光镜407b的第三个部分407b-3相应的第三个分光镜407c的第三个部分407c-3，反射由第二个分光镜407b的第三个部分407b-3透过的G光束。

如上所述，通过电机的转动可使分光镜轮407在空间上和暂时地将光分成彩色光束。当分光镜轮407逆时针方向转动时，第一个分光镜407a的第一个部分407a-1运动至第二个部分407a-2的位置，并且，第二个部分407a-2同时运动至第三个部分407a-3的位置。因此，在空间上，在开始的1/3帧过程中，在一个预先确定的位置上，第一个分光镜407a的第一个部分407a-1只反射R光束；在下一个1/3帧过程中，由第一个分光镜407a的转动而运动至该预先确定位置的第三个部分407a-3，在该预先确定的位置上只反射B光束；在最后1/3帧过程中，由第一个分光镜407a的转动而运动至该预先确定位置的第二个部分407a-2，在该预先确定的位置上只反射G光束。

同样，在开始1/3帧过程中，在一个预先确定的位置上，第一个分光镜407a的第二个部分407a-2只反射G光束，而使R和B光束透过；在下一个1/3帧过程中，由第一个分光镜407a的转动而运动至该预先确定位置的第一个部分407a-1，在该预先确定的位置上只反射R光束，而使G和B光束透过；在最后1/3帧过程中，由第一个分光镜407a的转动而运动至该预先确定位置的第三个部分407a-3，在该预先确定的位置只反射B光束，而使R和G光束透过。

在与第一个分光镜407a的第一个部分407a-1相应的第一个部分407b-1上，第二个分光镜407b只反射由第一个分光镜407a的第一个部分407a-1透过的G和B光束中的G光束。当第一个分光镜407a逆时针方向转动时，由于第二个分光镜407b也在以与第一个分光镜407a相同方向和速度转动，因此，第二个分光镜407b也逆时针方向转动。因此，第一和第二个分光镜407a和407b的各个部分之间的位置相应关系不改变。

在第二个分光镜407b的第三个部分407b-3运动至第一个部分407b-1先前所处的位置后，第二个分光镜407b的第三个部分407b-3只反射由第一个分光镜407a的第三个部分407a-3透过的R和B光束中的R光束，并且使B光束透过至第三个分光镜407c。

与第二个分光镜407b相同，当第一和第二个分光镜407a和407b逆时针方向转动时，第三个分光镜407c也同时逆时针方向转动。因此，在开始的1/3帧过程中，在一个预先确定的位置上，第三个分光镜407c反射由第二个分光镜407b的第一个部分407b-1透过的B光束；而在下一个1/3帧过程中，在与第一和第二个分光镜407a和407b一起转动后，在该预先确定的位置上，反射由第二个分光镜407b的第三个部分407b-3透过的G光束。

图10为表示在根据本发明的一个实施例的照明光学单元中，由于图5A和5B所示的分光镜轮407的转动，不同的彩色光束以不同次序照射在上面的板411的一个像素的图。

参见图10可看出，由如图5A和5B所示那样转动的分光镜轮407反射的光束，入射在图4所示的板411上。由相应的第1～第3个分光镜407a，407b和407c的第一个部分407a-1，407b-1和407c-1反射的R、G和B光束，依次以图形411-1入射在板411上；其入射次数为垂直的像素数目除以3。当第二个部分407a-2，407b-2和407c-2位于第一个部分407a-1，407b-1和407c-1先前所处的位置时，由于如图5A和5B所示的分光镜轮407的顺时针转动，G、B和R光束依次以图形411-2入射在板411的垂直像素上。当第三个部分407a-3，407b-3和407c-3位于第二个部分407a-2，407b-2和407c-2先前所处的位置时，由于分光镜轮407的另一个顺时针转动，B、R和G光束以图形411-3依次入射在板411的垂直像素上。

例如，当在根据本发明的一个实施例的图像显示系统中，帧速度为60Hz时，使包括三个分光镜的分光镜轮转动，可得到全彩色图像，其中每一个分光镜分别分成R、G和B光束的三个部分，分光镜的转速比帧速度快三倍，即为180Hz。如果分光镜轮包括6个分光镜，每个分光镜分成6个部分，则使分光镜轮以具有三个分光镜的分光镜轮的转速的一半转动，即速度为90Hz，可以得到全彩色图像。当分光镜的数目和每一个分光镜中的分出的部分的数目增加时，则为了得到全彩色图像，分色轮的转速要适当地降低。

但于分光镜轮407的第1～第3个分光镜407a，407b和407c的相应位置上的单独部分，分别反射不同的彩色光束，因此光可在空间被分开。另外，与现有的彩色轮不同，本发明的分光镜轮407的第1～第3个分光镜407a，407b和407c转动，使光可以暂时地被分成多个波长范围。因此，全部光可以分成三种彩色光束，使光效率几乎达到100％。换句话说，在根据本发明的照明光学单元中所用的分光镜轮407，可以暂时地和在空间将光区分，因此可以暂时地和在空间有效地利用光。

根据要区分的波长范围，分光镜轮407的每一个分光镜可以分成至少三个部分。例如，当光分成R、黄(Y)、G和B光束时，分光镜轮407可以由4个分光镜构成，每一个分光镜分成四个部分。另一种方案是，当光分成R、G和B光束时，分光镜轮407的每一个分光镜407a，407b和407c分成的部分数可以为3的倍数例如6或9，使得光可以暂时地被更细分，以便提高分辨率。在任何情况下，分光镜应排列成使单个分光镜的相应部分反射不同彩色的光束。

图6为说明分光镜轮407的分光和反射光的概念图。从图6可看出，每一个分光镜都分成R、G和B光束的三个部分的第1～第3个分光镜407a，407b和407c彼此之间有间隔“d”。第1～第3个分光镜407a，407b和407c的平面的垂直轴线“n”与光轴x倾斜一个角度θ。第1～第3个分光镜407a，407b和407c反射不同的彩色光束，并将它们聚焦在不同位置。相邻的彩色光束在与光轴x平行的水平方向彼此移动一个偏差距离“a”；而在与光轴x正交的垂直方向，则彼此移动一个偏差距离“b”。偏差“a”称为水平偏差，偏差“b”称为垂直偏差。

图7为表示通过微型透镜阵列410和板411上的每一个像素的不同彩色光束的光通路的图。根据波长范围不同，不同的彩色光束具有不同的斜度，并且相同的彩色光束彼此平行。

参见图7可看出，如图6所示，被分光镜轮407分开的不同彩色光束，被第一个微型透镜阵列410a折射，再被第二个微型透镜阵列410b折射，使相同的彩色光束聚焦在一个点上，不同的彩色光束聚焦在不同的像素上。R光束通过一个上部像素。G光束通过一个中间像素。B光束通过一个下部像素。

例如，当使用分辨率为1024×768的0.9英寸的液晶显示器(LCD)微型装置时，其水平像素间距P为0.018mm，像素的充满因子F为80％。在这种情况下，根据式(1)，一个像素的所具有的孔径(AS)为0.014mm。

AS＝P×F...(1)

换句话说，如图7所示，光束必需以0.018mm的间隔聚焦在板411上。当图4所示的准直透镜409的直径为25mm，准直透镜409的焦距Fc为30mm，微型透镜阵列410的微型透镜装置的直径比像素间距P长三倍(即为0.054mm)，而微型透镜的焦距Fm为0.135mm，水平偏差“a”按式(2)计算为4mm。

$a=P\×\frac{\mathrm{Fc}}{\mathrm{Fm}}\·\·\·\left(2\right)$

利用水平偏差“a”可以计算图6所示的分光镜轮的第1～第3个分光镜407a，407b和407c排列的间隔“d”。当角度θ＝45°时，根据式(3)可以计算第1～第3个分光镜407a，407b和407c之间的间隔“d”为2.83mm。

$d=\frac{a}{2\sin \mathrm{\θ}}\·\·\·\left(3\right)$

当入射在微型透镜阵列410上的单色平行光的发散角Ф＝±2°时，则根据式(4)可以计算在板411中光聚焦在上面的每一个像素上的一个点处的光束尺寸“W”为0.0047mm。这里，计算的光束尺寸“W”比每一个像素的AS即0.014mm小，因此可推论，彩色光聚焦在每一个像素上。

W＝Fm×tanФ...(4)

将分光镜407a，407b和407c之间的间隔“d”和垂直轴线“n”与光轴x之间的夹角θ代入式(5)，可以得到图6所示的垂直偏差“b”。当从式(3)中得出的间隔“d”为2.83mm，和θ＝45°时，垂直偏差“b”为8mm。

$b=\frac{d}{\cos \mathrm{\θ}}\·\·\·\left(5\right)$

当准直透镜409的焦距Fc为30mm，和微型透镜的焦距Fm为0.135mm时，由式(6)计算的水平比例因子M为0.045。垂直比例因子为水平比例因子M的平方，为0.00002。因此，垂直偏差“b”可以忽略不计。

$M=\frac{\mathrm{Fc}}{\mathrm{Fm}}=0.0045\·\·\·\left(6\right)$

图8为根据本发明的一个实施例的图像显示系统，其包括：照明光学单元40和在照明光学单元40与图像光学单元50之间的一个反射镜809。图9为说明当垂直偏差“b”不能忽略时，利用图8所示的反射镜809去除垂直偏差“b”的方法的图。

参见图8和图9可看出，反射镜809放置在分光镜轮407和准直透镜409之间，以便在与彩色光束聚焦在上面的聚焦平面810垂直的方向812上，反射彩色光束。因此，在具有根据本发明的第一个实施例的图4所示的照明光学单元40的图像显示系统中所产生的聚焦光束之间的垂直偏差“b”可以去除。

从图9可看出，由聚焦透镜406透过的光，被第1～第3个分光镜407a，407b和407c分成R光束、G光束和B光束；并分别地聚焦。如果如图9所示，放置反射镜809，则反射镜809可在与将彩色光束的焦点连接起来的聚焦平面810垂直的方向812上反射彩色光束，所以垂直偏差“b”被去除。

除了使用反射镜809的方法以外，通过放置分光镜轮407的第1～第3个分光镜407a，407b和407c，使第一和第三个分光镜407a和407c与第二个分光镜407b倾斜一个预先确定的角度δ，如同在图2所示的现有的彩色图像显示系统中的分光镜204R，204G和204B一样，可以去除具有不同波长的不同彩色光束之间的垂直偏差“b”。

根据本发明第二个实施例的图像显示系统中的由照明光学单元40，图像光学单元50和投影光学单元60构成的光学装置的、光学装置之间的光路的和分光镜轮407的功能，与根据本发明的第一个实施例的图像显示系统中的相应功能相同。

本发明提供了一种具有由多个分光镜构成的分光镜轮的照明光学单元，每一个分光镜分成多个部分以只反射一种预先确定的彩色光束，并使其余的彩色光束透过，另外，本发明还提供了包括该照明光学单元的图像显示系统。根据本发明，光被暂时地和在空间区分，消除了光学损失，达到了图像的高分辨率。

虽然，在上述说明中详细说明了许多问题，但这只是优选实施例，不是对本发明的限制。例如，本领域的技术人员知道，使用由多个分光镜构成的分光镜轮，每一个分光镜分成多个只反射一种预先确定的彩色光束，并不是仅限于上述实施例，可以作各种改变。因此，本发明的范围由所附的权利要求书确定，而不是由本发明的详细说明决定的。

Claims (21)

1.一种照明光学单元，其中包括：

一个发射光的光源；

一个由多个分光镜构成的分光镜轮；每一个分光镜被分成至少三个部分，以便从光源入射的光分出至少三个彩色光束，并反射该光束，所述分光镜的数目与分光镜上的所述部分数目相同，在不同分光镜的相应部分同时反射不同的彩色光束，并且该分光镜轮作为一整体旋转。

2.如权利要求1所述的照明光学单元，其中，三个彩色光束为红、绿和兰光束。

3.如权利要求1所述的照明光学单元，其中，单个彩色光束的焦点之间的水平偏差用“a”表示，并且所述分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ，分光镜之间设置的间隔“d”满足下式：

$d=\frac{a}{2\sin \mathrm{\θ}}.$

4.如权利要求1所述的照明光学单元，其中，当所述分光镜之间的间隔为“d”和所述分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ时，单个彩色光束的焦点之间的垂直偏差“b”满足下式：

$b=\frac{d}{\cos \mathrm{\θ}}.$

5.如权利要求4所述的照明光学单元，其中，它还包括在被所述分光镜反射的光路中的一个反射镜，以便去除所述垂直偏差。

6.如权利要求1所述的照明光学单元，其中，它还包括在所述光源和所述分光镜轮之间的光路中的一个光学积分器，以便使光均匀。

7.如权利要求6所述的照明光学单元，其中，它还包括在所述光学积分器和所述分光镜轮之间的光路中的一个准直透镜，以便将光转换为平行光。

8.如权利要求7所述的照明光学单元，其中，它还包括在所述准直透镜和所述分光镜轮之间的光路中的一个偏振光转换器，以便将平行光束转换为偏振光束。

9.如权利要求8所述的照明光学单元，其中，它还包括在所述偏振光转换器和所述分光镜轮之间的光路上的一个聚焦透镜，以便将偏振光束聚焦在分光镜轮上。

10.一种图像显示系统，其中包括：

一个照明光学单元，该照明光学单元包括：

一个发射光的光源，

一个由多个分光镜构成的分光镜轮，每一个分光镜被分成至少三个部分，以便从光源入射的光分出至少三个彩色光束，并反射该光束，所述分光镜的数目与分光镜上的所述部分数目相同，在不同分光镜的相应部分同时反射不同的彩色光束，并且该分光镜轮作为一整体旋转；

一个图像光学单元，它调制从照明光学单元入射的光，以形成图像；

一个投影光学单元，它将从图像光学单元发出的光投影在屏幕上。

11.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，三个彩色光束为红、绿和兰光束。

12.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，单个彩色光束的焦点之间的水平偏差用“a”表示，并且所述分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ，分光镜之间放置的间隔“d”满足下式：

$d=\frac{a}{2\sin \mathrm{\θ}}.$

13.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，当所述分光镜之间的间隔为“d”和所述分光镜的垂直轴线相对于光轴倾斜一个角度θ时，单个彩色光束的焦点之间的垂直偏差“b”满足下式：

$b=\frac{a}{\cos \mathrm{\θ}}.$

14.如权利要求13所述的图像显示系统，其中，它还包括在被所述分光镜反射的光路中的一个反射镜，以便去除所述垂直偏差。

15.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，它还包括在光源和分光镜轮之间的光路中的一个光学积分器，以便使光均匀。

16.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，它还包括在所述光学积分器和所述分光镜轮之间的光路中的一个准直透镜，以便将光学转换为平行光。

17.如权利要求16所述的图像显示系统，其中，它还包括在所述准直透镜和所述分光镜轮之间的光路中的一个偏振光转换器，以便将平行光束转换为偏振光束。

18.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，它还包括在所述偏振光转换器和所述分光镜轮之间的光路上的一个聚焦透镜，以便将偏振光束聚焦在分光镜轮上。

19.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，图像光学单元包括：

一个透镜阵列，它将被所述分光镜轮分出和反射的至少三个彩色光束聚光在不同位置；和

一块板，它调制从所述透镜阵列入射的光，以形成图像。

20.如权利要求10所述的图像显示系统，其中，投影光学单元包括将所述图像光学单元的图像投影在屏幕上的一个投影透镜。

21.如权利要求20所述的图像显示系统，其中，它还包括在所述图像光学单元和所述投影光学单元之间的光路中的一个场镜，以便使从所述图像光学单元发出的光均匀。

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