CN100376919C - 光学系统，彩色信息显示法，光偏转器和图像投影显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学系统，包括：包括多个以二维阵列布置的光偏转器，每个光偏转器移动具有光反射区的元件并偏转光，从而将进入光反射区的入射光通量偏转至被改变了的反射方向的光偏转阵列，照射该光偏转阵列的光源，以及基于彩色信息投影来自该光偏转阵列的反射光的投影透镜。每个光偏转器将光偏转至双轴方向，具有不同颜色的入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入每个光偏转器，并基于彩色信息通过每个光偏转器反射；以及每个反射的光通量在各自的任意时间被导向该投影透镜。

Description

光学系统，彩色信息显示法，光偏转器和图像投影显示器

技术领域

本发明一般涉及一种光学系统，一种彩色信息显示方法，以及一种使用光偏转阵列的图像投影显示装置，在该光偏转阵列中，二维排列了多个光偏转器，每个光偏转器都能关于入射光改变出射光的方向，以及涉及一种能够关于入射光改变出射光方向的光偏转器，更特别地涉及一种优于例如投影仪或背投电视之类的图像装置的技术。

背景技术

日本待审公开专利申请No.2004-78136披露了一种用于将入射光偏转为多个预定方向的光偏转器，一种以一维或二维方式排列了多个光偏转器的光偏转阵列，以及一种使用该光偏转阵列的图像投影显示装置。

作为如上所述的光偏转器，具有一种能将入射光关于设置为中心的一个轴光学地偏转到两个方向的光偏转器，一种能将入射光关于设置为中心的两个或多个轴光学地偏转为多个方向的光偏转器，等等。

上述光偏转阵列被用作图像投影显示装置的光学系统。如果图像投影显示装置进行单色显示，则光偏转阵列能够通过使用具有单轴的光偏转器的光偏转阵列来构造。然而，为了显示彩色图像，需要合成三基色。因此，在日本待审公开专利申请No.2004-78136中披露的光学系统中，由三基色的滤色器构造的色轮被置于彩色光源和光偏转器之间的光路上并被旋转，从而通过快速地转换入射光的颜色来实施彩色显示。

图1是示意图，示出了彩色图像投影显示装置100(相关技术1)。在图1中，彩色图像投影显示装置100包括白色光源101，具有旋转圆盘形状的色轮102，棒状透镜103，关于单轴偏转为两个方向的光偏转阵列104，投影透镜105，以及光吸收板106。彩色图像投影显示装置100将图像投影到屏幕107上。

假定从白色光源101输出的光通量通过任一滤光器，例如，按照时序转换滤光器的色轮102内的红色滤光器。光通量变成红色光(R)并通过棒状透镜103。棒状透镜103使光通量成为平行光，并且光通量进入光偏转阵列104的单个光偏转器。在这种情况下，相应于红色图像的彩色信息被输入到该光偏转阵列104的单个光偏转器中。在彩色信息存在的情况下，入射的红色光(R)被导向投影透镜105。另一方面，在彩色信息缺乏的情况下，入射的红色光(R)被导向光吸收板106。偏转方向的这种转换通过移动元件例如反射镜来进行。在下文中，在彩色信息存在的情况下将光通量导向投影透镜105的一种操作被称为ON操作，而在彩色信息缺乏的情况下将光通量导向光吸收板106的另一种操作被称为OFF操作。

ON操作时，光偏转阵列104上示出的图像被输出至投影透镜105，并且形成在屏幕107上。OFF操作时，图像被输出至图像不被输出至投影透镜105的方向，并由光吸收板106吸收，从而图像不能到达屏幕107。在三基色按照时序高速投影到屏幕107上的情况下，由于残留图像的缘故，人眼识别不了颜色被分解成三基色的单个图像，而是看到将三基色合成为彩色图像的图像。

日本待审公开专利申请No.2004-138881公开了一种单独通过单个光偏转器显示彩色图像的光学系统。使用上述光学系统的图像投影显示装置(相关技术2)通过使用双轴偏转的光偏转器将单个入射光通量分成四个方向：三个方向对应三基色，而一个方向对应OFF(黑色)信息。之后，图像投影显示装置通过将分别对应于三基色的三个方向的反射光合并从而在屏幕上形成图像。

图2A是相关技术2中的光学系统的侧视图。图2B是示出了从光源输出的光通量的情况的透视图。在图2A和图2B中，示出了光偏转阵列10、第一物镜11、投影透镜12R、12G和12B、第二物镜13、图像显示部分(屏幕)14、光源15、光通量整形透镜16、平面反射镜17、光通量L以及整个光学系统的光轴O。另外，R、G、B以及off附在附图标记之后，并且表示各三基色(红、绿、蓝)和OFF信息的颜色信息。在图2A中，为了避免附图难以理解，省略了用于将平行光通量输入到光偏转阵列中的光源系统。另外，在图2B中，示出了第一物镜11的表面11a之前的光通量，而省略了通过表面11a之后的光通量。

入射光通量从图2B中所示的光源15输出，通过一般被称为会聚透镜的光通量整形透镜16变成平行光通量L，在平面反射镜17处改变方向，然后沿着垂直于光偏转阵列10的表面设置的光轴O进入光偏转阵列10。需要注意的是光通量由遮光掩模16a整形，从而使光通量L的横截面形状与光偏转阵列10的有效部分的形状大致相同并比该有效部分的形状稍微大一些。

进入光偏转阵列10的光通量L响应于彩色信息而偏转，而反射光变为光通量LR给定的时间。当光通量LR进入第一物镜11的表面11a时，来自光偏转阵列10的光通量LR被折射并被输出，因此光通量LR的中心光平行于光轴O。而且，光通量LR被设置得接近第一物镜11。光通量LR的光轴在通过投影透镜12R时受图像形成作用影响而平行于光偏转阵列10的表面法线，并且光通量LR进入具有与第一物镜11大致相同尺寸的第二物镜13。通过第二物镜13，光通量被折射，从而使光通量LR的中心光指向图像显示部分14的显示中心14A。从而，光通量LR在图像显示部分14处形成图像。需要注意的是，即使光通量LR包括彩色信息，只要使用从白色光源发出的光，图像就不会是彩色图像。因此，在相关技术2中，滤色器FR被布置在第一物镜11的表面11a的入射侧。

在下一给定时间，光偏转阵列10基于下一彩色信息而偏转。例如，光通量L在光偏转阵列10处折射，并变为光通量LG。光通量LG的中心光看起来与图2A中的光轴O相同。然而，从图2B所示的透视图看，光通量LG的中心光距光轴O的距离类似于平面图中的光通量LG。从而，除了侧视图和平面图之间的差异外，光学系统对光通量LG起的作用也与光通量LR的相同。因此，光通量LG的中心位于图像显示部分14的显示中心14a，并且光通量LG形成图像。

而且，在下一时间内，产生光通量LB。以上述相同的方式，光通量LB的中心位于图像显示部分14的显示中心14a。在上面的说明中，光通量LR、LG和LB包括各自的彩色信息。在这种情况下，作为彩色信息，示出了彩色存在或缺乏的二进制信息被输入。从而，在彩色存在时，各光通量LR、LG和LB包括由偏转方向获得的光束。在表示彩色不存在的信息的情况下，即，在OFF信息的情况下，被光偏转器偏转的方向被示出为图2B中的光通量Loff的方向。然而，OFF信息的偏转方向与三基色相同。由于光通量Loff对于图像显示是不需要的光通量，因此光通量Loff通过未示出的屏蔽件在对其它有用的光通量无效的位置处被屏蔽，该位置例如在第一物镜的表面11a的入射侧。

然而，只要在图像显示部件14处没有图像存储作用，当光通量LR的图像被显示时，光通量LR的图像就会消失。同样地，当光通量LB的图像被显示时，光通量LG的图像消失。即，由于对应于三基色的图像按时序被显示，因此在任何时候都没有全色图像。然而，如果转换周期充分短的话，人眼会将这些图像看作残留图像的全色图像。

日本待审公开专利申请No.2004-138881公开了一种使用另一光学系统并且单独通过单个光偏转器来显示彩色图像的图像投影显示装置(相关技术3)。

在相关技术3中，通过使用具有双轴偏转的光偏转器，与图2A和图2B形成对照，分别相应于三个方向的R、G和B的入射光通量被导向通向投影透镜的一个方向和用于OFF(黑色)信息的三个方向，在通向投影透镜的单个方向中的反射光在屏幕上形成图像。

图3A是透视图，示出了用于解释相关技术3的光源系统的一部分，图3B是光源系统的侧视图。在图3A和图3B中，附图标记r、g和b附在其它附图标记之后，类似于附图标记R、G和B，来各自表示一种颜色。在相关技术3中，使用了对应于三基色的三个分开的光源。在图3中，为了方便，仅示出了三个光源的一个光源15G。

在图3B中，会聚透镜16G设置在图2B中的光通量LG进入第一物镜11a的大约相同的位置处。光源15G被安排得使得光通量LG通过会聚透镜16G向后行进，并且分散的光通量形成光通量LG′。光通量LG′是三基色的绿色单色光。光源本身可发出绿色，或可给白色光源布置绿色滤色器。

在图3A中，在这种配置中，在光偏转阵列的光偏转器偏转到与图2B中形成光通量LG的方向相同方向的情况下，光通量LG′被偏转为垂直于光偏转阵列10的表面的光通量L′。在图3B所示的侧视图中，由于光通量LG′和光通量L′互相交迭，所以光源15G未被示出。然而，光源15R、光通量LR′和光通量L′有相同的关系。光通量L′进入投影透镜12的开口12a，光通量L′的出射光聚焦在图像显示部件14的表面上，从而使通过光通量中心的光束变得与图像显示部件14的显示中心14a相同。然后，包括由光偏转阵列10表示的绿色的彩色信息的图像显示在图像显示部件14上。通过关于基色的其它单色，即红色和蓝色的相同配置，光通量LR′和LB′被偏转为相同的光通量L′，作为包括相应于光偏转阵列10的各彩色信息的光通量。从而，在图像显示部件14上没有差异，并且三色图像相互同等地交迭。如果光偏转阵列10的全部偏转方向被导向相应于红色颜色信息的方向，则光通量LR′被偏转到光通量L′的方向。然而，光通量LG′和LB′被偏转到完全不同的方向。

下面将描述光通量LG′。光偏转器的偏转表面是平面镜。各光偏转器的平面镜的法线N被导向将入射光通量和出射光通量之间的内角划分为两个相等角的方向。平面镜将光束反射至关于法线N对称的方向。然而，在上述条件下，光通量LG′变为关于法线Nr对称的反射光通量，其将在下面描述，并由如图3A中所示的光通量LG′r表示。在图3A中，由于通量LG′r和L′二者都被绘制在一个平面内，因此出现光通量LG′r和光通量L′交迭。然而，光通量LG′r和光通量L′是从光偏转阵列10的不同方向发出的。由于光偏转阵列是光偏转器的集合体，因此，法线不能被各自清楚的绘制，仅在光偏转阵列10的中心处代表性地示出了法线Nr。下面，以相同方式仅示出了法线Nr。如果光偏转阵列10的偏转方向总是被导向相应于蓝色颜色信息的方向，则由于同样的原因，光通量LG′变为关于法线Nb对称的反射光通量，在图3A中通过光通量LG′b表示。不希望用于图像显示的光通量不进入投影透镜并且变为杂散光。从而，该光通量可通过使用光吸收板等而被吸收。在使用每种颜色的彩色信息的情况下，OFF信息进入的光偏转器向与图2B中光通量Loff形成的方向相同的方向倾斜偏转表面。在这种情况下，光偏转器的平面镜的法线被导向法线Noff的方向。由于光通量LG′通过光通量LG′的光偏转器变为光通量LG′off，并且不进入投影透镜，因此相应于光通量LG′的光偏转器的图像像素形成黑色显示。上面描述了光通量LG′。在图3B中，除了光通量LR′b，并未示出其它光通量，但是对每种颜色的处理方式相同。如图3A所示，光通量LG′b和LR′off在大致相同的光通量位置处相互交迭。因此，由于各单色光源不受其他颜色干扰，因此即使其它颜色的彩色信息正被显示，每种颜色的光源也能连续地发光。

接下来，将描述能实施如在上面的日本待审公开专利申请No.2004-78136和No.2004-138881中描述的双轴光偏转的光偏转器的实施例情况。图4A和图4B是示出了光偏转器的结构的示意图。

图4A是光偏转器的俯视图。在图4A中，透明地示出了支点件403和电极405a至405d。图4B是沿着图4A的B-B′线的剖面图。图4A和图4B中示出的光偏转器被示出为以二维排列为光偏转阵列的一组光偏转器中的一个光偏转器。

图4A和图4B中的光偏转器是这样一种光偏转器，其中包括光反射区的元件通过静电引力偏转，从而使进入光反射区的光通量偏转到改变的反射方向。光偏转器包括基板401、多个控制件402、支点件403、板件404以及多个电极405a至405d。多个控制件402的每一个在上部包括挡块。多个控制件402分别布置在基板401的多个边处。支点件403包括嘴，并被布置在基板401的上表面。板件404不包括固定端，而在上表面包括光反射区，并且包括由至少部分导电的元件形成的导体层。板件404可移动地布置在由基板401、支点件403、多个控制件402的挡块形成的空间中。多个电极405a至405d分别布置在基板401上，并大致面对板件404的导体层。

上述的光偏转器包括以下优点：

-倾斜角由支点件403、基板401和板件404的接触确定。因此，可容易并且稳定地控制镜子的偏转角。

-具有薄膜的板件通过向作为支点件403的中心的对面电极施加不同的电位而被迅速反转。从而，能够改善响应速度。

-由于板件404不具有固定端，因此板件404在长时期内不会变坏而且没有由于扭曲等引起的变形，并且可用较低的电压驱动。

-由于好且轻的平面件可通过半导体工艺形成，因此由与挡块的碰撞引起的震动可被减弱。从而，平面件404在长时间内不会变坏。

-控制件402、板件404以及光反射区的每个结构都是任意确定的。因此，ON/OFF的比率(图像器件中的S/N(信号对噪音)的比率，或图像再现设备中的对比度系数)可被改进。

-可使用半导体工艺及其装置。从而，以低成本进一步小型化和集成化成为可能。

-多个电极405a至405d以中心聚焦在支点件403的方式布置。从而，可以实现单轴二维的偏转方向和双轴三维的偏转方向。

接下来，参考图5A和图5B，以及图6，描述上述光偏转器的驱动方法的例子。该驱动方法是在板件404是用电变动情况下的驱动方法(光偏转方法)。

参考图5A和图5B，将描述图4A和图4B中示出的板件404的情况。图5A示出了OFF操作中沿图4A的A-A′线和C-C′线的剖视图，而图5B示出了ON操作中沿图4A的A-A′线和C-C′线的剖视图。

在图5A和图5B中，施加给电极404a至404d的电位被转换，而后进行光偏转操作。另外，图5A和图5B示出了由施加给电极405a至405d的电位发生的静电吸引力(黑色箭头)。图6示出了施加给电极405a至405d的电位的时间图。

下面，参考图5A和图5B，以及图6，将描述光偏转器的驱动方法，以及板件404的倾斜位移操作(即，光偏转操作)。首先，在图6的OFF操作中，高电位a施加给电极405a，低电位c施加给电极405b，而中间电位b施加给电极405c和405d。从而，包括导体层并且用电变动以及面对电极405a至405d的板件404，具有与中间电位b相同的电位，其可从简单闭合电路的运算容易地类推。

因此，在ON侧，静电吸引力不会关于电极405c和405d而发生。另一方面，如图5A所示，在OFF侧，静电吸引力关于电极405a和405b而发生，而板件404被倾斜并移至OFF侧。该操作不但用于一系列的光偏转操作中的OFF操作，而且用于光偏转操作被初始化时进行的重置操作。

在图6的ON操作中，高电位a施加给电极405c，低电位c施加给电极405d，而中间电位b施加给电极405b。从而，包括导体层并且用电变动并面向电极405a至405d的板件404，具有与中间电位b相同的电位，其可从简单闭合电路的运算容易地类推。因此，在OFF侧，静电吸引力不会关于电极405a和405b而发生。另一方面，如图5B所示，在ON侧，静电吸引力关于电极405c和405d而发生，并且板件40被4倾斜并移至ON侧。

在图4A和图4B中，光偏转器的板件404作为单层示出。然而，板件404不局限于是单层，也可以具有如日本待审公开专利申请No.2004-78136和No.2004-138881中描述的双层。

另外，在图5A和图5B以及图6中，将描述单轴二维的光偏转操作，其中电极405a和405b的一侧是OFF侧，而电极405c和405d的一侧是ON侧。由于支点件403以圆锥形布置在光偏转器的中心，因此通过任意改变施加给电极405a至405d的电压，可使板件404倾斜至电极405a和405c的一侧以及电极405b和405d的一侧。即，可实现双轴三维的光偏转。

另外，在图4A、图4B、图5A、图5B和图6中，光偏转器具有移动用电变动的板件404的结构并实施所述驱动方法。作为选择，光偏转器可以是具有某种结构和驱动方法的光偏转器，即板件404可接触并传导到支点件403，而电位被施加给该板件。即，光偏转器可以是能进行双轴三维光偏转的器件。

当光从任意方向照到上述光偏转器内的具有光反射区的板件404上时，响应于板件的倾斜方向，光的反射方向被偏转到四个方向之一。而且，在入射光被定义为中心的情况下，当光从垂直于基板表面(阵列表面)的方向进入时，反射光被反射至互相对称的四个方向。在光偏转阵列中，光偏转器纵向地和横向地紧密排列，纵向和横向排列的光偏转器的数目基于图像显示需要的纵向和横向像素的数目来确定。

如相关技术1所述的图像投影显示装置包括一个单轴偏转的光偏转阵列、一个白色光源以及一个色轮。另外，通过构造光学透镜，在该图像投影显示装置中包括光学系统。在相关技术1中，来自白色光源的光使用色轮被连续转换为R、G和B的三基色，并被导向光偏转阵列。因此，用于显示每种颜色的彩色信息的时间被分成三份。从而，在一帧时间内，光的使用效率降低了。

而且，由于色轮高速旋转，从而出现了噪音。另外，通过同步高速旋转的色轮，需要操作形成光偏转阵列的各光偏转器。结果，图像数据的处理变得复杂。

进而，在形成色轮的滤色器的边界处可能发生混色问题。因此，必需停止光偏转器的操作，并且一帧时间不能完全用于图像显示。另外，使用色轮的费用增加了。

在相关技术1中，除了上述问题，通常还有被称作彩色闪烁或色乱的问题。彩色闪烁是一种其中当人眼看屏幕上投影的图像时可看见像彩虹一样的光并使人眼疲劳的现象。这是使用色轮连续逐个投影颜色的光学系统的典型问题。

即，R、G和B基色连续在屏幕上显示，并通过残留图像合成。然而，个体之间的颜色合成是不同的。另外，当人眼从屏幕的一端移向另一端时，或者当人眨眼时，人眼不能很好地合成基色。结果，彩色闪烁出现。彩色闪烁是通过使用色轮来转换颜色的光学系统中的主要问题。

为了解决彩色闪烁的问题，要考虑到色轮的颜色转换被高速进行。例如，在图像以60Hz的帧频显示的情况下，一帧时间为16.7msec。当将这个帧时间分给R、G和B三基色时，每种颜色的显示时间变为5.56msec。在这种情况下，色轮可通过R、G、B、R、G和B六个分区形成，并且色轮的旋转速度可被设为三倍快。从而，每种颜色的每个显示时间可缩短至0.93msec。(实际上，累积时间可被认为是5.56msec，用于在一帧时间内重复六次)。然而，即使彩色闪烁通过高速转换颜色略微地减少，也不足以除去彩色闪烁。

如相关技术2所述的图像投影显示装置包括一个双轴偏转的光偏转阵列、一个白色光源以及三个滤色器(R、G和B)。另外，通过构造光学透镜，在图像投影显示装置中包括了光学系统。在相关技术2中，白色光从一个方向进入双轴偏转的光偏转阵列，并反射至R、G、B和OFF(黑色)四个方向。每种颜色R、G和B的方向内的输出光通过各个滤色器变为各个色光。三种颜色通过物镜、投影透镜和然后物镜的组合来合成，并显示在屏幕上。

然而，在相关技术2中，在三个方向发出的每种颜色R、G和B由物镜接收。从而，物镜、投影透镜和物镜组合的规模变得更大，并且用于将来自光偏转阵列照射的颜色R、G和B合成的光路长度变得更长。结果，光学系统变得更大。

相关技术3的图像投影显示装置包括一个光偏转阵列，总共对应于颜色R、G和B的三个光源。另外，通过构造光学透镜，在图像投影显示装置中构造了光学系统。在相关技术3中，三色R、G和B从相关的三个方向进入双偏转的光偏转阵列并反射至四个方向：ON(用于所有R、G和B)方向、OFF(R)方向、OFF(G)方向以及OFF(B)方向。来自ON(用于所有R、G和B)方向的光被导向投影透镜，并在屏幕上显示。由于来自ON(用于所有R、G和B)方向的光通过由所有颜色R、G和B共用的光路，因此三色R、G和B自然合成。然而，在相关技术3中，由于需要三个光源，因此图像投影显示装置成本更大。

发明内容

本发明的一般目的是提供一种光学系统、一种彩色信息显示方法、一种光偏转器以及一种图像投影显示装置，在其中消除了上述问题。

本发明的更特别的目的是提供光学系统、彩色信息显示方法、光偏转器以及图像投影显示装置，其中该光学系统包括光偏转阵列，该光偏转阵列以二维阵列排列了多个光偏转器以通过移动包括光反射区的元件以改变反射方向从而将进入光反射区的光通量偏转，该光学系统还包括照射光偏转阵列的光源，以及用于基于彩色信息将从光偏转阵列反射的光投影的投影透镜，由此，在使用色轮的情况下频繁看见的彩色闪烁可被相当程度地抑制。

本发明的上述目的通过一种光学系统实现，该光学系统包括：包括以二维阵列排列了多个光偏转器的光偏转阵列，每个光偏转器移动具有光反射区的元件并偏转光，从而将进入光反射区的入射光通量偏转至被改变了的反射方向；照射该光偏转阵列的光源；以及基于彩色信息投影来自光偏转阵列的反射光的投影透镜，其中：多个光偏转器被形成为光偏转器组，并且每个光偏转器将光偏转至双轴方向；具有不同颜色的入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入每个光偏转器，并基于彩色信息通过每个光偏转器反射；以及每个反射的光通量在各自的任意时间被导向该投影透镜。

附图说明

下面，将参考附图描述本发明的实施例。

图1是示出了彩色图像投影显示装置(相关技术1)的示意图；

图2A是相关技术2中的光学系统的侧视图，而图2B是示出了从光源输出的光通量情况的透视图；

图3A是透视图，示出了用于解释相关技术3的光源系统的一部分，而图3B是光源系统的侧视图；

图4A和图4B是示出了光偏转器的结构的示意图；

图5A示出了OFF操作中沿图4A的A-A′线和C-C′线的剖视图，而图5B示出了ON操作中沿图4A的A-A′线和C-C′线的剖视图；

图6示出了施加于电极的电位的时间图；

图7是示出了根据本发明第一实施例的光学系统的示意图；

图8A是从顶部沿图7的光偏转阵列的表面法线方向的光学系统中的光偏转阵列的俯视图，图8B是沿图8A的光偏转阵列的A-A′线的剖视图，图8C是沿光偏转阵列的B-B′线的剖视图，以及图8D是示意图，示出了布置在光偏转阵列上的任意D点的光偏转器的布局；

图9是示出了根据本发明第二实施例的光学系统的示意图；

图10是示出了根据本发明第三实施例的光学系统的示意图；

图11是示出了根据本发明第四实施例的光学系统的示意图；

图12是用于解释根据本发明第五实施例的彩色信息显示方法的示意图；

图13A和图13B是用于解释根据本发明第六实施例的彩色信息显示方法的示意图；以及

图14是示出了根据本发明第八实施例的图像投影显示装置的示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图描述本发明的实施例。

【第一实施例】

图7是示出了根据本发明第一实施例的光学系统的示意图。在图7中，光学系统包括用于发出光通量L的光源701、光学透镜-反射镜合成体702、由用于光学偏转至双轴方向的光偏转器组形成的光偏转阵列703、投影透镜704以及光吸收板705。

图8A是从顶部沿图7的光偏转阵列703的表面法线方向的光学系统中的光偏转阵列703的俯视图，图8B是沿图8A的光偏转阵列703的A-A′线的剖视图，图8C是沿光偏转阵列703的B-B′线的剖视图，以及图8D是示意图，示出了布置在光偏转阵列703上的任意D点的光偏转器706的布局。

在图7A和图7B中，C1表示任意颜色的入射光通量，C1(ON)表示当用于该颜色的ON操作被触发时导向投影透镜704的反射光通量(此后，称作ON光)，而C1(OFF)表示当用于该颜色的OFF操作被触发时背离投影透镜704并被导向光吸收板705的反射光通量(此后，称作OFF光)。C2表示不同于入射光通量C1的任意颜色的入射光通量，C2(ON)表示该光的ON光，以及C2(OFF)表示该光的OFF光。

例如，入射光通量C1和入射光通量C2的每一个是基色(R(红色)、G(绿色)和B(蓝色))之一，并且入射光通量C1和入射光通量C2具有相互不同的频率。入射光通量C1和入射光通量C2在图8A至8C中由黑色箭头示出。实际上，入射光通量C1和入射光通量C2的每一个是具有用于照亮光偏转阵列703的整个表面的宽度的光束。例如，光源701是例如氙灯、卤灯、水银灯等等的白色光源701。光学透镜-反射镜合成体702由波浪线示意性地示出以避免复杂的图示。例如，光学透镜-反射镜合成体702可包括用于截止红外光的IR截止反射镜或IR截止滤光器，用于将来自光源701的光变为平行光的积分透镜或棒状透镜，用于从白色光源分离目标颜色的二向色反射镜或二向色棱镜，以及用于将每种颜色的照射方向变为照射光偏转阵列703的全反射镜或TIR棱镜。光学透镜-反射镜合成体702主要将来自光源701的光L分为任意颜色的入射光通量C1和C2，并将入射光通量C1和C2的方向变为照射光偏转阵列703。因此，上述合成体能容易地实现这些功能。

在光偏转阵列703中，用于将光偏转至双轴方向的多个光偏转器706以二维方式排列。每个光偏转器706独立地选择两个轴，并响应于每种颜色的彩色信息进行ON操作或OFF操作。作为光偏转器706，可使用图4A和图4B中所示的光偏转器。在第一实施例中，使用图4A和图4B中所示的光偏转器。图4A和图4B中所示的光偏转器能通过利用施加给四个电极的每一个的电位任意改变偏转轴来偏转光，其中该四个电极面向作为反射镜的板件。

相应于彩色信息的反射光(ON光)通过光偏转阵列703的每个光偏转器的ON操作导向投影透镜704，并通过投影透镜704投影至屏幕。然后，在屏幕上形成图像。需要注意的是，未示出的孔径光阑布置在光学系统的任意光路上。该孔径光阑可适当地改良光，并防止杂散光到达投影透镜704。

根据本发明的光学系统包括由光偏转器组构造的一个或多个光偏转阵列，该光偏转器组包括将光偏转至双轴方向的多个偏转器。光偏转器组的每个光偏转器接收相应于各偏转轴的两个方向的入射光，响应于彩色信息反射来自双轴方向的入射光，并对于每种颜色给定的条件将入射光导向投影透镜704。而且，反射光从由用于将光偏转至双轴方向的光偏转器组构造的光偏转阵列703导向投影透镜704，并且反射光的方向是相对于相应于两个方向入射光的反射光以及光偏转阵列703的表面的垂直方向。

参考图8A至8D将进一步描述本发明。包括任意颜色的入射光通量C1从斜上方进入光偏转阵列703的表面。在这种情况下，当构造光偏转阵列703的每个光偏转器706包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器706进行关于入射光通量C1的ON操作。即，通过将B-B′线设为旋转轴，将作为反射镜的板件404倾斜并移至目标方向。结果，入射光通量C1沿垂直于光偏转阵列703表面的方向反射，并变为ON光C1(ON)。

在根据本发明的第一实施例中，ON光C1(ON)和ON光C2(ON)的各方向垂直于光偏转阵列703的表面(在下面的第二至第四实施例中相同的方式)。然而，反射方向不限于该特征。

当每个光偏转器706不具有关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器706进行关于入射光通量C1的OFF操作。即，通过将B-B′线设为旋转轴，将作为反射镜的板件404倾斜并移至与ON操作方向相反的方向。结果，入射光通量C1被沿着背离投影透镜704的方向反射为OFF光C1(OFF)，并由光吸收板705吸收。

另一方面，包括不同于入射光通量C1颜色的任意颜色的入射光通量C2从不同于入射光通量C1进入方向的另一个方向从斜上方进入光偏转阵列703的表面。在这种情况下，当构造光偏转阵列703的每个光偏转器706包括关于入射光通量C2的彩色信息时，每个光偏转器706进行关于入射光通量C2的ON操作。结果，入射光通量C2反射至垂直于光偏转阵列703表面的方向，并变为ON光C2(ON)。

在本发明的第一实施例中，入射光通量C2的ON光C2(ON)的方向垂直于光偏转阵列703的表面。然而，入射光通量C2的反射方向不限于该特征。

当每个光偏转器706不具有关于入射光通量C2的彩色信息时，每个光偏转器706进行关于入射光通量C2的OFF操作。即，通过将A-A′线设为旋转轴，将作为反射镜的板件404倾斜并移至与ON操作方向相反的方向。结果，入射光通量C2沿着背离投影透镜704的方向反射为OFF光C2(OFF)，并由光吸收板705吸收。

如上所述，入射光通量C1和C2总是照向光偏转阵列703。然而，对入射光通量C1和C2同时进行两种光偏转是不可能的。从而，在一帧时间内，需要将一帧时间划分，并分别进行基于入射光通量C1的彩色信息的光偏转操作和基于入射光通量C2的彩色信息的另一光偏转操作。为了方便，优选地将一帧时间等分为两份，但是并不局限于这种方式。可选择地，一帧时间可基于每种颜色的亮度来适当地划分，并分配给每种颜色。需要注意的是，包括彩色信息的入射光通量C1和C2随时间变化来投影和显示，并且由于残留图像的原因通过人眼将颜色合成。

而且，在第一实施例中，入射光通量C1和C2形成90度角，并从不同方向进入。对于避免入射光通量C1和C2的混色，该不同方向的90度角是优选的。然而，并不局限于这种方式。在本发明中，入射光通量C1的ON光C1(ON)和入射光通量C2的ON光C2(ON)两者的方向均垂直于光偏转阵列703的表面。通过这种构造，由于ON光C1(ON)的方向与ON光C2(ON)的方向一致，因此在投影透镜704之前的该相同方向上不需要例如色合成棱镜的装置。即，有利地，颜色被自然合成。

【第二实施例】

图9是示出了根据本发明第二实施例的光学系统的示意图。在图9中，光源701、光通量L、光学透镜-反射镜合成体702、投影透镜704以及光吸收板705与其在第一实施例中的相同。与第一实施例的区别在于，第二实施例中的光学透镜-反射镜合成体702是将来自光源701的光通量L分为任意颜色的入射光通量C1、C2、C3和C4并改变各方向使得每两种颜色照射至两个光偏转阵列703和901的合成体。

每个光偏转阵列703和901是由光偏转器组形成的光偏转阵列，所述光偏转器组包括多个用于将光偏转至双轴方向的光偏转器。类似于第一实施例，在第二实施例中，使用了如图4A和图4B中所示的光偏转器组。入射光通量C1是向着光偏转阵列703的任意颜色的入射光通量，ON光C1(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光C1(OFF)是入射光通量C1的OFF光。入射光通量C2是不同于入射光通量C1颜色的其它任意颜色的并被导向光偏转阵列703的入射光通量，ON光C2(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光C2(OFF)是入射光通量C2的OFF光。入射光通量C3是不同于入射光通量C1和C2颜色的并被导向光偏转阵列901的其它任意颜色的入射光通量，ON光C3(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光是OFF光C3(OFF)。入射光通量C4是不同于入射光通量C1、C2和C3颜色的并被导向光偏转阵列901的其它任意颜色的入射光通量，ON光C4(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光C4(OFF)是入射光通量C4的OFF光。

例如，每个入射光通量C1、C2、C3和C4是基色(R(红色)、G(绿色)和B(蓝色))之一，入射光通量C1、C2、C3和C4具有相互不同的频率。类似于第一实施例，每个入射光通量C1、C2、C3和C4是具有用于照射光偏转阵列703和901整个表面的宽度的光束。色合成棱镜902或者将从不同方向进入的ON光C1(ON)和ON光C2(ON)之一，或者将从不同方向进入的ON光C3(ON)和ON光C4(ON)之一向着投影透镜704输出至相同方向，并合成颜色。而且，类似于第一实施例，需要注意的是，未示出的孔径光阑布置在光学系统的任意光路上。该孔径光阑可适当地改良光，并防止杂散光到达投影透镜704。

在本发明的第二实施例中，光学系统包括两个光偏转阵列703和901。两个光偏转阵列703和901均接收来自相应于各偏转轴的两个方向的两个入射光通量，并将两个入射光通量反射至双轴方向。对于相应于彩色信息的任意条件，两个光偏转阵列703和901的每一个均包括用于将来自两个方向的两个入射光通量导向投影透镜的光偏转器组。而且，进入两个光偏转阵列703和901的所有入射光通量具有不同颜色。

在图9中，入射光通量C1和C2从两个方向关于光偏转阵列703的表面从斜上方进入。在这种情况下，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C1反射为ON光C1(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C1反射为OFF光C1(OFF)。

而且，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器包括关于入射光通量C2的彩色信息时，其中该入射光通量C2关于光偏转阵列703的表面从斜上方进入，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C2反射为ON光C2(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C2反射为OFF光C2(OFF)。需要注意的是，OFF光C1(OFF)和OFF光C2(OFF)通过光吸收板705吸收。

与上述第一实施例相似，总是将入射光通量C1和C2照向光偏转阵列703，并将入射光通量C1和C2同时偏转是不可能的。从而，在一帧时间内，需要将一帧时间划分，并分别进行基于入射光通量C1彩色信息的光偏转操作和基于入射光通量C2彩色信息的光偏转操作。同样，光偏转阵列901以相同方式进行关于入射光通量C3和C4的光偏转操作。即，入射光通量C3和C4从不同入射方向进入光偏转阵列901，并且光偏转阵列901的每个光偏转器将入射光通量C3和C4偏转为ON光C3(ON)、ON光C4(ON)和OFF光C3(OFF)以及OFF光C4(OFF)。

其次，来自光偏转阵列703的ON光C1(ON)和ON光C2(ON)，以及来自光偏转阵列901的ON光C3(ON)和ON光C4(ON)被导向色合成棱镜902，并从相同方向发射至投影透镜704。因此，通过色合成棱镜902合成光来合成四种不同颜色是可能的，并且将高色阶图像显示在屏幕上也是可能的。

在如上所述的本发明第二实施例中，基于彩色信息，从光偏转阵列703反射的光以及从光偏转阵列901反射的光被合成，并被导向投影透镜704。由于光偏转阵列703和901同时进行光偏转操作，或者ON光C1(ON)和ON光C2(ON)之一，以及或者ON光C3(ON)和ON光C4(ON)之一可被同时投影和显示。即，ON光C1(ON)和ON光C2(ON)二者不能同时显示，并且ON光C3(ON)和ON光C4(ON)二者也不能同时显示。然而，由于残留图像的原因，随时间变化而投影和显示的入射光通量C1和C2，以及随时间变化而投影和显示的入射光通量C3和C4由人眼来合成。因此，在投影屏幕上最终合成四种颜色并以高纯度看见图像是可能的。

本发明的第二实施例具有如下优点。每个光偏转阵列703和901将两种颜色处理为彩色信息。因此，如果假设一帧时间内的显示时间被均分为两份，则最大显示时间可以是使用色轮的相关技术1中为三种颜色将一帧时间分割的情况时的1.5倍长。由于最大显示时间变长，如下可描述两个优势：第一，在一帧时间内投影和显示在屏幕上的每个颜色的光量增加了。因此，可能提高投影图像的亮度。假设来自白色光源701的光被分成红色、绿色、蓝色和深绿来形成入射光通量C1、C2、C3和C4。每种颜色的光量可比使用色轮的光学系统中分成红色、绿色和蓝色三种颜色的情况少。然而，可以认为ON光的彩色合成中的每时间单位的光量大致相同。从而，由于显示时间变长，每一帧时间的光量增加，并且亮度提高。第二，在改变每种颜色的显示时间以及显示灰度等级的情况下，可能增加灰度等级的数目。如果假设帧频为60Hz，当红色、绿色和蓝色的色轮被用于以一定的时间灰度等级显示各灰度等级时，一帧时间内每种颜色的最大显示时间为5.56msec。当显示时间被等分时。当考虑在最大显示时间内以256灰度等级的时间灰度等级显示时，一个灰度等级的显示时间变为21.8μ秒。如果每种颜色的最大显示时间变为1.5倍长，并且能计算灰度等级数目而不改变每灰度等级的显示时间，则有可能为每种颜色显示384灰度等级。即，灰度等级的数目可以增加。

【第三实施例】

图10是示出了根据本发明第三实施例的光学系统的示意图。在图10中，光源701、光通量L、光学透镜-反射镜合成体702、投影透镜704以及光吸收板705与其在第一实施例中的相同。与第一实施例的区别在于，第三实施例中的光学透镜-反射镜合成体702是将来自光源701的光通量L分为任意颜色的入射光通量C1、C2和C3并改变方向使得两种颜色照射至光偏转阵列703而将一种颜色照射至光偏转阵列1001的合成体。

光偏转阵列703是由光偏转器组形成的光偏转阵列，该光偏转器组包括多个用于将光偏转至双轴方向的光偏转器。同样，在第三实施例中，使用了如图4A和图4B中所示的光偏转器组。光偏转阵列1001是由包括多个用于将光偏转至单轴方向的光偏转器的光偏转器组形成的光偏转阵列。可以使用日本待审公开专利申请No.2004-78136中公开的单轴偏转的光偏转器。

入射光通量C1是向着光偏转阵列703的任意颜色的入射光通量，ON光C1(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光C1(OFF)是入射光通量C1的OFF光。入射光通量C2是不同于入射光通量C1颜色的并被导向光偏转阵列703的另一任意颜色的入射光通量，ON光C2(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光C2(OFF)是入射光通量C2的OFF光。入射光通量C3是不同于入射光通量C1和C2颜色的并被导向光偏转阵列1001的其它任意颜色的入射光通量，ON光C3(ON)是该颜色的ON光，以及OFF光是OFF光C3(OFF)。

向着光偏转阵列1001的入射光通量C3的入射方向以及ON光C3(ON)和OFF光(OFF)的方向可能是从图8B所示的A-A′的横截面观察的相同方向。色合成棱镜902将从不同方向进入的ON光C1(ON)或ON光C2(ON)以及ON光C3(ON)向着投影透镜704输出至相同方向，并合成颜色。而且，类似于第一实施例，需要注意的是，未示出的孔径光阑布置在光学系统的任意光路上。该孔径光阑可适当地改良光，并防止杂散光到达投影透镜704。

在本发明第三实施例中，光学系统包括两个光偏转阵列703和1001。作为一种光偏转阵列，光偏转阵列703接收来自相应于各偏转轴的两个方向的两个入射光通量，并将两个入射光通量反射至双轴方向。对于相应于彩色信息的任意条件，光偏转阵列703包括用于将来自两个方向的两个入射光通量导向投影透镜的光偏转器组。作为另一种光偏转阵列，光偏转阵列1001接收来自一个方向的一个入射光通量，并将该入射光通量反射至单轴方向。对于相应于彩色信息的任意条件，光偏转阵列1001包括用于将来自该方向的入射光通量导向投影透镜的光偏转器组。而且，进入两个光偏转阵列703和1001的所有入射光通量具有不同颜色。

在图10中，入射光通量C1和C2关于光偏转阵列703的表面从斜上方从两个方向进入。在这种情况下，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C1反射为ON光C1(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C1反射为OFF光C1(OFF)。

而且，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器包括关于入射光通量C2的彩色信息时，其中该入射光通量C2关于光偏转阵列703的表面从斜上方进入，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C2反射为ON光C2(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C2反射为OFF光C2(OFF)。需要注意的是，OFF光C1(OFF)和OFF光C2(OFF)通过光吸收板705吸收。与如上所述的第一实施例相似，总是将入射光通量C1和C2照向光偏转阵列703，并将入射光通量C1和C2同时偏转是不可能的。从而，在一帧时间内，需要将一帧时间划分，并分别进行基于入射光通量C1彩色信息的光偏转操作和基于入射光通量C2彩色信息的光偏转操作。

当形成光偏转阵列1001的每个光偏转器包括关于入射光通量C3的彩色信息时，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C3反射为ON光C3(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C3反射为OFF光C3(OFF)。需要注意的是，OFF光C3(OFF)通过光吸收板705吸收。

其次，来自光偏转阵列703的ON光C1(ON)和ON光C2(ON)，以及来自光偏转阵列1001的ON光C3(ON)被导向色合成棱镜902，并从相同方向发射至投影透镜704。因此，通过色合成棱镜902合成光来合成三种不同颜色是可能的，并且将图像以高色阶显示至屏幕也是可能的。由于光偏转阵列703和1001同时进行光偏转操作，或者ON光C1(ON)和ON光C2(ON)之一，以及ON光C3(ON)可被同时投影和显示。即，ON光C1(ON)和ON光C2(ON)二者不能同时显示。然而，入射光通量C1和C2随时间变化来投影和显示。因此，在投影屏幕上最终合成三种颜色并以高纯度看见图像是可能的。

本发明的第三实施例具有如下优势。光偏转阵列703将两种颜色处理为彩色信息。因此，如果假设一帧时间内的显示时间被均分为两份，则最大显示时间可以是使用色轮的相关技术1中对三种颜色将一帧时间分割的情况时的1.5倍长。另外，光偏转阵列1001将单色处理为彩色信息。由于可能将整个一帧时间用作仅对单个颜色的显示时间，因此最大显示时间可以是使用色轮的相关技术1中对三种颜色将一帧时间分割的情况时的3倍长。较长的最大显示时间的优势与根据如上所述的第二实施例的光学系统中的优势相同，并且这些优势的效果进一步增加。

【第四实施例】

图11是示出了根据本发明第四实施例的光学系统的示意图。在图11中，光源701、光通量L、光学透镜-反射镜合成体702、光偏转阵列703、投影透镜704以及光吸收板705与其在第一实施例中的相同。与第一实施例的区别在于，第四实施例中的光学透镜-反射镜合成体702是将来自光源701的光通量L分为任意颜色的入射光通量C1和光通量L′并改变方向以发射至光偏转阵列703的合成体。而且，在光通量L′照至光偏转阵列703之前，光通量L′通过色轮1101，并且通过分时将光通量L′分成不同颜色的入射光通量C2和C3。

类似于第一、第二和第三实施例，入射光通量C1、ON光C1(ON)、OFF光C1(OFF)、入射光通量C2、ON光C2(ON)、OFF光C2(OFF)、入射光通量C3、ON光C3(ON)以及OFF光C3(OFF)分别是不同颜色的入射光通量、ON光通量以及OFF光通量。而且，类似于第一实施例，需要注意的是，未示出的孔径光阑布置在光学系统的任意光路上。该孔径光阑可适当地改良光，并防止杂散光到达投影透镜704。

在本发明第四实施例中，光学系统包括一个光偏转阵列703。光偏转阵列703接收来自相应于各偏转轴的两个方向的两个入射光通量，并将两个入射光通量反射至双轴方向。对于相应于彩色信息的任意条件，光偏转阵列703包括用于将来自两个方向的两个入射光通量导向投影透镜的光偏转器组。而且，在从两个方向进入光偏转器的两个入射光通量中，来自两个方向至少之一的一个入射光通量进一步在任意时间或时期转换为不同颜色的另一个入射光通量，从而使进入一个光偏转阵列的所有入射光通量包括不同颜色。

在图11中，入射光通量C1关于光偏转阵列703的表面从斜上方从一个方向进入。另外，入射光通量C2和C3在任意时期转换，并关于光偏转阵列703的表面从斜上方从另一方向进入。入射光通量C2和C3的转换速度基于色轮1101的旋转速度确定。在这种情况下，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C1反射为ON光C1(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括关于入射光通量C1的彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C1反射为OFF光C1(OFF)。

而且，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器包括关于入射光通量C2或C3的彩色信息时，其中该入射光通量C2或C3关于光偏转阵列703的表面从斜上方进入，每个光偏转器进行ON操作，并将入射光通量C2或C3反射为ON光C2(ON)或C3(ON)。另一方面，当形成光偏转阵列703的每个光偏转器不包括彩色信息时，每个光偏转器进行OFF操作，并将入射光通量C2或C3反射为OFF光C2(OFF)或C3(OFF)。需要注意的是，OFF光C1(OFF)、OFF光C2(OFF)和OFF光C3(OFF)通过光吸收板705吸收。

与如上所述的第一实施例相似，总是将入射光通量C1，和C2或C3照向光偏转阵列703，并将入射光通量C1、C2和C3同时偏转是不可能的。从而，在一帧时间内，需要将一帧时间划分，并分别进行基于入射光通量C1彩色信息的光偏转操作、基于入射光通量C2彩色信息的光偏转操作以及基于入射光通量C3彩色信息的光偏转操作。然而，入射光通量C1、C2和C3随时间变化来投影和显示。因此，在投影屏幕上最终合成三种颜色并以高纯度看见图像是可能的。

本发明的第四实施例具有如下优势。即，可能通过单独使用单个光偏转阵列来投影和显示例如具有红色、绿色和蓝色的三基色的彩色图像，而不需要用于颜色合成的棱镜。有利地，光学系统可小型化并减少成本。

【第五实施例】

根据本发明的第五实施例中的用于抑制彩色闪烁的方法以及彩色信息显示方法可被共同应用于根据第一实施例至第四实施例的光学系统中。

如上所述，彩色闪烁也被称作色乱，它是这样一种现象，即当人眼看投影在屏幕上的图像时在一瞬间能看见像彩虹的光。在例如相关技术1的通过使用色轮连续改变颜色来投影图像的光学系统中，彩色闪烁的现象是由于三基色：红色、绿色和蓝色被连续地显示在屏幕上，并且由于单个之间的色合成能力不同或由于在通过残留图像合成颜色时移动视线的时间选择，颜色不能被合成而引起的。

为了解决上述问题，需要颜色不必通过时间转换，或者在投影屏幕上显示单色的所有像素的时间应显著缩短的光学系统。在第一种情况下，颜色根本不被转换，需要准备相应于三基色：红色、绿色和蓝色的光偏转阵列，并将三基色的ON光合成以显示图像。然而，在这种结构中，光学系统的尺寸变得更大，并且需要三个光偏转阵列。结果，图像投影显示装置的成本显著增加。

在根据本发明第一实施例至第四实施例的光学系统中，使用了一个或两个光偏转阵列。然而，抑制图像投影显示装置的成本的增加是可能的。另外，可能抑制光学系统的尺寸的增加。而且，可能克服彩色闪烁的问题。作为根据本发明第一实施例至第四实施例的光学系统的共同特征，关于由包括多个用于将光偏转至双轴方向的光偏转器的光偏转器组形成的光偏转阵列，不同颜色的入射光通量从两个方向进入光偏转阵列，并且对来自两个方向的ON光进行颜色合成，各ON光在光偏转器处被反射。换句话说，与使用色轮转换颜色的相关技术1相比，在本发明中，通过转换形成光偏转阵列的每个光偏转器的光偏转轴来进行颜色转换。

如上所述，在相关技术1中通过使用色轮的颜色转换中，颜色转换大约花费0.93msec，其相对缓慢，而且需要布置在光偏转阵列上的所有光偏转器来显示相同的颜色。从而，当看投影屏幕上的图像时，人眼看见一定尺寸的单色，从而人眼能够分辨出单色。结果，彩色闪烁的问题发生。

反之，本发明的第一实施例至第四实施例的每一个具有如下共同优势：第一，通过由每一个光偏转器选择两种颜色来显示彩色是可能的。因此，能够实现，单色不以人眼能分辨出单色的尺寸在投影屏幕上显示。第二，由于每个光偏转器在用于时间灰度等级的一个灰度等级的时间内转换两种颜色是可能的，因此每灰度等级的显示时间变为若干微秒。因此，能够实现高速的颜色转换。

而且，在第二实施例和第三实施例中，使用了两个光偏转阵列。因此，可能同时合成不同的颜色。根据上述的优势，可实现根据本发明的光学系统以显著地减少通过投影屏幕上的所有像素显示单色的时间(实际上，不需要所有像素同时显示单色)。因此，显著抑制彩色闪烁是可能的。

图12是用于解释根据本发明第五实施例的彩色信息显示方法的示意图。在图12中，从在投影屏幕上投影和显示的任意区域选择出了20个像素，并示出了在任意时间(即，任意时刻)显示的颜色。然而，实际上，因为每种颜色的时间灰度等级，基于该彩色信息，有些颜色不被显示。

在第五实施例中使用的光学系统是图9中示出的第二实施例中的光学系统。在第二实施例中，入射光通量C1和C2的颜色通过能够将光偏转至双轴方向的光偏转阵列703投影和显示，而入射光通量C3和C4的颜色通过能够将光偏转至其它双轴方向的光偏转阵列901投影和显示。

在本发明的第五实施例中，光学系统包括至少一个光偏转阵列。光偏转阵列接收来自相应于各偏转轴的两个方向的两个入射光通量，并且将两个入射光通量反射至双轴方向。对于相应于彩色信息的任意条件，光偏转阵列包括用于将来自两个方向的两个入射光通量导向投影透镜的光偏转器组。而且，大约相互邻近的光偏转器以不同的偏转轴将不同颜色的入射光通量导向投影透镜。

详细地，在第五实施例中，当像素通过(行，列)来表示时，入射光通量C1的颜色显示在(n，m)、(n，m+2)、(n，m+4)、(n+1，m+1)、(n+1，m+3)、(n+2，m)、(n+2，m+2)、(n+2，m+4)、(n+3，m+1)，以及(n+3，m+3)处，并且入射光通量C2的颜色显示在(n，m+1)、(n，m+3)、(n+1，m)、(n+1，m+2)、(n+1，m+4)、(n+2，m+1)、(n+2，m+3)、(n+3，m)、(n+3，m+2)以及(n+3，m+4)处。在本发明中，各光偏转器的光偏转轴被改变以显示彩色。从而，可能显示不同的颜色。

如上所述，通过在大致互相邻近的像素处显示不同的颜色，可能抑制彩色闪烁。而且，在第五实施例中，相同的彩色信息显示方法被施加给光偏转阵列901。

详细地，入射光通量C3的颜色显示在(n，m)、(n，m+2)、(n，m+4)、(n+1，m)、(n+1，m+2)、(n+1，m+4)、(n+2，m)、(n+2，m+2)、(n+2，m+4)、(n+3，m)、(n+3，m+2)以及(n+3，m+4)处，并且入射光通量C4的颜色显示在(n，m+1)、(n，m+3)、(n+1，m+1)、(n+1，m+3)、(n+2，m+1)、(n+2，m+3)、(n+3，m+1)以及(n+3，m+3)处。

入射光通量C1或C2的颜色以及入射光通量C3或C4的颜色通过色合成棱镜902合成，通过投影透镜704，并在投影屏幕上形成图像。因此，四个相互邻近的像素各自显示不同的颜色是可能的。而且，可能抑制彩色闪烁。在第五实施例中，应用了彩色信息显示方法，其中每个像素显示不同的颜色。可选择地，如果单色以致使人眼不能够辨识单色的充分小的尺寸显示，则能够应用相似的显示方法以用来显示每少数像素单位或每多数像素单位的不同颜色。

【第六实施例】

图13A和图13B是用于解释根据本发明第六实施例的彩色信息显示方法的示意图。图13A是示出了通过使用相关技术1的色轮的颜色转换示意图，而图13B是示出了根据本发明的第六实施例的通过改变各光偏转器的偏转光轴来进行颜色转换的示意图。

第六实施例中的彩色信息显示方法使用根据第一实施例的光学系统。在第一实施例中，通过能将光偏转至双轴方向的光偏转阵列703的入射光通量C1和C2的颜色，通过转换时间交替地投影在投影屏幕704上，并在投影屏幕704上形成图像。

在根据本发明第六实施例的彩色信息显示方法中，在包括至少一个光偏转阵列的光学系统中，两个轴之间的光偏转转换在一帧显示时间内在多个时刻处进行，其中该光偏转阵列包括多个用于将光偏转至双轴方向的光偏转器的光偏转器组，其中，入射光通量从相应于双轴方向的两个方向被接收，并从两个方向在各自的任意不同时间被导向投影透镜。

即，在一帧显示时间内，在第六实施例中用于显示的两种颜色的转换在多个时刻处进行，与用于显示的两种颜色的转换仅在一个时刻进行的方法不同。在图13A中所示的相关技术1中，如上所述，色轮被用作R、G、B、R、G和B六色(三色×2)轮，并且轮的转速设置成3倍高，从而R、G、B、R、G和B在三分之一一帧时间内显示。如果假设每种颜色的显示时间相等，在帧频为60Hz的情况下，每种颜色的最大显示时间，即，转换颜色的转换时间变为0.93msec。

反之，在根据图13B中示出的第六实施例的彩色信息显示方法中，如果一帧时间为16.6msec，例如，则颜色转换通过转换每个光偏转器的光偏转轴进行大约若干msec，其对于一灰度等级的显示时间来说短于21.8μ秒。通过这种结构，通过以较高速度进行颜色转换来抑制彩色闪烁是可能的。

【第七实施例】

将描述根据本发明第七实施例的光偏转器。根据第七实施例的光偏转器是在根据第一实施例至第四实施例的光学系统中使用的用于将光偏转至双轴的光偏转器。第七实施例中的光偏转器包括基板、多个控制件、支点件、板件以及多个电极。多个控制件的每一个在上部包括挡块。该多个控制件分别布置在基板的多个边缘。支点件包括嘴，并布置在基板的上表面。板件不包括固定端，在上表面包括光反射区，并且包括由至少部分导电的部件形成的导体层。板件可移动地布置在由基板、支点件、多个控制件的挡块形成的空间中。多个电极分别布置在该基板上，并大致面对板件的导电层。

即，使用了图4A和图4B中示出的光偏转器。其优势、结构、驱动方法如上所述。

【第八实施例】

图14是示出了根据本发明第八实施例的图像投影显示装置的示意图。在第八实施例中的图像投影显示装置中使用第一实施例至第四实施例中的光学系统的至少之一作为投影光学系统，并使用第五实施例和第六实施例中的彩色信息显示方法的至少之一。

第八实施例中的图像投影显示装置1400使用第二实施例中的光学系统，并应用第五实施例中的彩色信息显示方法。该信息显示方法如上所述，并且将省略对其的解释。

参考图14将描述图像投影显示装置1400。从水银灯的白色光源701中照出的光通量L包括红色(R)、绿色(G)、深绿色(DG)和蓝色(B)。在IR截止反射镜截止红外光的同时，光通量L在IR截止反射镜1401处反射，并进入棒状透镜1402。在光通量L通过棒状透镜1402形成大致平行的光之后，蓝色(B)和深绿色(DG)的光被二向色镜1403反射，而红色(R)和绿色(G)的光被二向色镜1403滤除。需要注意的是，蓝色(B)和深绿色(DG)的光是具有连续波长的光，并且红色(R)和绿色(G)的光也是连续波长的光。

首先，蓝色(B)和深绿色(DG)的光被整个反射镜1404反射，并被二向色镜1406分成反射光B和透射光DG。反射光B关于光偏转阵列703的表面从斜上方进入能够将光偏转至双轴方向的光偏转阵列703，并且蓝色(B)的ON光被反射至光偏转阵列703的表面法线，并向着色合成棱镜902传送。在图14中，由于光偏转阵列703的表面被绘制成表面垂直于二维图的图纸，因此看起来好像蓝色(B)的光从垂直于光偏转阵列703的表面的方向进入。蓝色(B)的光被反射至关于光偏转阵列703的表面的斜上方，开通过光吸收板705吸收。

其次，由二向色镜1406滤出的透射光DG从关于光偏转阵列901的表面的斜上方进入能将光偏转至双轴的光偏转阵列901，其是另一个光偏转阵列。深绿色(DG)的ON光反射至光偏转阵列901的表面的法线，并向着色合成棱镜902传送。在图14中，由于光偏转阵列901的表面也被绘制成表面垂直于二维图的图纸，因此看起来好像深绿色(DG)的光从垂直于光偏转阵列901表面的方向进入。深绿色(DG)的OFF光被反射至关于光偏转阵列901表面的斜上方，并通过光吸收板705吸收。

被二向色镜1403滤出的红色(R)和绿色(G)的连续光被另一二向色镜1405分成反射光G和透射光R。反射光G关于光偏转阵列703的表面从斜上方进入能够将光偏转至双轴方向的光偏转阵列703。绿色(G)的ON光被反射至光偏转阵列703的表面法线，并向着色合成棱镜902传送。绿色(G)的OFF光被反射至关于光偏转阵列703的表面的斜上方，并通过光吸收板705吸收。

由二向色镜1405滤出的透射光R从关于光偏转阵列902的表面的斜上方进入能将光偏转至双轴方向的光偏转阵列902。红色(R)的ON光反射至光偏转阵列901的表面法线，并向着色合成棱镜902传送。红色(R)的OFF光被反射至关于光偏转阵列901的表面的斜上方，并通过光吸收板705吸收。需要注意的是，蓝色(B)的光和绿色(G)的光从轴不同的两个方向进入光偏转阵列703，并且深绿色(DG)的光和红色(R)的光从轴不同的两个方向进入光偏转阵列901。

如上所述，红色(R)的ON光，绿色(G)的ON光、深绿色(DG)的ON光以及蓝色(B)的ON光进入色合成棱镜902，被合成并向着投影透镜704发出，并且通过投影透镜704在投影屏幕上形成图像。

根据本发明，光学系统包括至少一个由光偏转器组形成的光偏转阵列，其中该光偏转器组包括多个用于将光偏转至双轴方向的光偏转器，在该光偏转器中，入射光通量从各自相应于两个轴的两个方向进入多个光偏转器，该入射光通量具有相互不同的颜色，两个方向的入射光通量基于彩色信息被反射，并且每个反射的光通量在任意时间被导向投影透镜。因此，通过转换偏转轴可能显示不同的颜色，并且人眼通过残留图像来合成彩色是可能的(例如，两种颜色之间的颜色合成)。而且，通过独立改变每个光偏转器的轴并基于改变的轴来偏转光，每个光偏转器有可能显示不同颜色。此外，由于每个偏转轴通过移位板件来转换，因此比相关技术中描述的通过旋转色轮的其它颜色转换更高速地进行颜色转换是可能的，并且可能提供能够显著抑制彩色闪烁的光学系统。

根据本发明，关于反射的光通量的方向，其被由将光偏转至双轴方向的光偏转器组形成的光偏转阵列反射并被导向投影透镜，相应于同时沿两个方向的入射光通量的反射光通量的方向垂直于光偏转阵列的表面。从而，因为反射的光通量沿相同的方向传送，所以不需要用于颜色合成的棱镜和透镜。结果，可能最小化光学系统的尺寸并降低光学系统的成本。

根据本发明，使用了两个光偏转阵列，并且两个光偏转阵列的每一个由包括将光偏转至双轴方向的多个光偏转器的光偏转器组形成，其中入射光通量从分别相应于两个轴的两个方向进入多个光偏转器，两个方向的入射光通量基于彩色信息被反射，并且每个反射的光通量在任意时间被导向投影透镜。另外，进入两个光偏转阵列的入射光通量具有相互不同的颜色。从而，可能通过合成四种颜色来显示彩色，并且可能提供能够以高色调显示全色图像的光学系统。而且，在使用色轮的颜色转换的情况下，至少需要三种颜色。相反，在本发明中，由于每个光偏转阵列中的颜色转换具有两种颜色，一帧时间内每种颜色的显示时间能够是使用色轮的情况下的至少1.5倍长。从而，可能提高亮度。还有，可能通过增加灰度等级的数量来提高灰度等级显示。而且，由于光学系统能够不使用色轮而实现，因此可能解决上述使用色轮的光学系统中发生的问题。

根据本发明，使用了两个光偏转阵列，一个光偏转阵列将光偏转至双轴方向，而另一个光偏转阵列将光偏转至单轴方向。该一个光偏转阵列由包括多个光偏转器的光偏转器组形成，在该光偏转器中，入射光通量从分别相应于偏转轴的两个方向进入，并且两个方向的每个入射光通量基于彩色信息在各自任意的时间被导向投影透镜。该另一个光偏转阵列由包括多个光偏转器的光偏转阵列形成，在该光偏转器中，入射光通量从一个方向进入，并基于彩色信息在任意时间被导向投影透镜。另外，同时进入两个光偏转阵列的所有入射光通量具有相互不同的颜色。从而，可能通过合成三种颜色来显示彩色，并且可能提供能够显示全色图像的光学系统。而且，在使用色轮的颜色转换的情况下，至少三种颜色被转换。相反，在本发明中，两种颜色在双轴偏转的光偏转阵列中转换，而一种颜色被显示而没有在单轴偏转的光偏转阵列中颜色转换。在两种颜色的情况下，在一帧时间内每种颜色的显示时间能够是使用色轮的情况下的至少1.5倍长，而在一种颜色的情况下，由于不需要颜色转换，一帧时间内的显示时间能够是使用色轮的情况下的3倍长。而且，由于光学系统能够不使用色轮而实现，因此可能解决上述使用色轮的光学系统中发生的问题。

根据本发明，从两个光偏转阵列反射的反射光通量基于彩色信息被光学合成，并被导向单个投影透镜。从而，可能以三种或四种颜色实现彩色显示。

根据本发明，使用了一个光偏转阵列，并且光偏转阵列将光偏转至双轴方向。光偏转阵列由包括将光偏转至双轴方向的多个光偏转器的光偏转器组形成，在该光偏转器中，入射光通量从分别相应于偏转方向的两个方向进入，两个方向的每个入射光通量基于彩色信息在各自的任意时间被导向投影透镜。另外，在沿两个方向进入光偏转器的入射光通量中，至少一个方向的入射光通量进一步在任意时间或时期转换为包括不同颜色的另一个入射光通量，并且进入一个光偏转阵列的全部入射光通量具有相互不同的颜色。从而，可能以多于三种的颜色实现彩色显示，并可能提供没有用于颜色合成的棱镜和透镜的光学系统。结果，可能最小化光学系统的尺寸并降低光学系统的成本。

根据本发明，使用了至少一个光偏转阵列。光偏转阵列由包括用于将光偏转至双轴方向的多个光偏转器的光偏转器组形成，在该光偏转器中，入射光通量从分别相应于偏转方向的两个方向进入，两个方向的每个入射光通量基于彩色信息在各自的任意时间被导向投影透镜。在光偏转器组中，相互邻近的光偏转器基于不同的偏转轴在任意时间引导具有不同颜色的入射光通量。从而，代替在任意时刻在投影屏幕的整个表面上显示单个颜色，可能显著地抑制彩色闪烁。

根据本发明，使用了至少一个光偏转阵列。光偏转阵列由包括用于将光偏转至双轴方向的多个光偏转器的光偏转器组形成，在该光偏转器中，入射光通量从分别相应于偏转方向的两个方向进入，两个方向的每个入射光通量基于彩色信息在各自的任意时间被导向投影透镜。另外，光偏转转换在一帧显示时间内在两个轴之间被进行多次。从而，可能显著地减少用于每种颜色显示一次的时间而没有改变每种颜色累积的显示时间，并且可能显著地抑制彩色闪烁。

根据本发明的光偏转器包括基板、多个控制件、支点件、板件以及多个电极。在光偏转器中，多个控制件的每一个在上部包括挡块，并且多个控制件布置在基板的多个端部，支点件包括嘴，并布置在基板的上表面，板件不包括固定端，而在上表面包括光反射区，包括由包括至少一个导电部分的层件形成的导体层，可移动地布置在由基板、支点件以及控制件的挡块形成的空间中，而多个电极布置在基板上，并大致面对板件的导体层。从而，能够容易地和稳定地控制光偏转角，能够实现较高的光偏转，实现较长的持续时间，光偏转器能够以较低的电压驱动，并且能够改善对比率。而且，由于能够实现最小化，可能使多个光偏转器高度一体化为光偏转阵列。此外，可能容易地实现双轴偏转。

根据本发明，可能显著地抑制彩色闪烁，并且可能提供一种具有优良的彩色再现的图像投影显示装置。

本发明不局限于具体公开的实施例，并且可做出改变和变型而不偏离本发明的范围。

本发明基于2004年10月20日提交的日本优先申请No.2004-305375，其全部内容在此通过参考引入。

Claims (10)

1.一种光学系统，包括：

光偏转阵列，其包括多个以二维阵列布置的光偏转器，每个光偏转器移动具有光反射区的元件并偏转光，因此进入所述光反射区的入射光通量被偏转至被改变了的反射方向；

光源，其照射所述光偏转阵列；以及

投影透镜，其基于彩色信息投影来自所述光偏转阵列的反射光；

其中：

所述多个光偏转器被形成为光偏转器组，并且每个所述光偏转器将光偏转至双轴方向；

具有不同颜色的入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入每个所述光偏转器，并基于所述彩色信息通过每个所述光偏转器反射；以及

每个反射的光通量被导向所述投影透镜。

2.如权利要求1所要求的光学系统，包括作为第一光偏转阵列和第二光偏转阵列的多个光偏转阵列，每个光偏转阵列包括所述光偏转器组，所述光偏转器组将光偏转至双轴方向从而使所述入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入所述光偏转器组，所述两个方向的所述入射光通量基于所述彩色信息被反射，并且每个所述反射光通量被导向所述投影透镜，

其中，进入所述第一光偏转阵列和所述第二光偏转阵列的所述入射光通量具有不同的颜色。

3.如权利要求1所要求的光学系统，包括作为第一光偏转阵列和第二光偏转阵列的多个光偏转阵列，

其中：

所述第一光偏转阵列包括光偏转器组，所述光偏转器组将光偏转至双轴方向从而使所述入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入，所述两个方向的所述入射光通量基于所述彩色信息被反射，并且每个所述反射光通量被导向所述投影透镜；

所述第二光偏转阵列包括光偏转器组，所述光偏转器组将光偏转至单轴方向从而使入射光通量从一个方向进入，所述一个方向的所述入射光通量基于所述彩色信息被反射，并且所述反射入射光通量被导向所述投影透镜，

其中进入所述第一光偏转阵列和所述第二光偏转阵列的所述入射光通量具有不同的颜色。

4.如权利要求2所要求的光学系统，其中基于所述彩色信息从所述第一光偏转阵列和所述第二光偏转阵列被反射的所述反射光通量被合成，并被导向所述投影透镜。

5.如权利要求1所要求的光学系统，其中所述光偏转阵列包括所述光偏转器组，所述光偏转器组将光偏转至双轴方向从而使具有不同颜色的入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入每个所述光偏转器，并基于所述彩色信息通过每个所述光偏转器被反射，并且每个反射的光通量被导向投影透镜，

其中在从所述两个方向进入所述光偏转器的所述入射光通量中，至少一个入射光通量被转换为不同颜色的入射光通量，因此进入所述光偏转阵列的所述入射光通量具有不同的颜色。

6.如权利要求1所要求的光学系统，其中所述反射光通量的方向是垂直于所述光偏转阵列表面的方向。

7.一种使用光学系统的彩色信息显示方法，其中：

所述光学系统包括至少一个光偏转阵列，所述光偏转阵列包括多个光偏转器的光偏转器组，每个所述光偏转器将光偏转至双轴方向从而使入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入每个所述光偏转器，基于所述彩色信息被每个所述光偏转器反射，并且每个反射光通量被导向投影透镜，以及

其中在所述多个光偏转器中，相互邻近的第一光偏转器和第二光偏转器将不同偏转轴的具有不同颜色的所述入射光通量导向所述投影透镜。

8.一种使用光学系统的彩色信息显示方法，其中：

所述光学系统包括至少一个光偏转阵列，所述光偏转阵列包括多个光偏转器的光偏转器组，每个所述光偏转器将光偏转至双轴方向从而使入射光通量从各自相应于两个偏转轴的两个方向进入每个所述光偏转器，基于所述彩色信息被每个所述光偏转器反射，并且每个反射光通量被导向投影透镜，以及

其中两个轴之间的光偏转的转换在一帧显示时间内进行多次。

9.一种光偏转器，其被用于光学系统中并将光偏转至双轴方向，从而使具有不同颜色的入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入所述光偏转器，并基于所述彩色信息通过所述光偏转器被反射，并且每个反射的光通量被导向投影透镜，所述光偏转器包括：

基板；

多个控制件；

支点件；

板件；以及

多个电极；

其中：

所述多个控制件的每一个在上部包括挡块，并且所述多个控制件布置在所述基板的多个端部；

所述支点件包括嘴，并被布置在所述基板的上表面；

所述板件不包括固定端，在上表面包括光反射区，包括由包括至少一导电部分的层件形成的导体层，并可移动地布置在由所述基板、所述支点件、所述多个控制件的所述挡块形成的空间中；以及

所述多个电极布置在所述基板上，并大致面对所述板件的所述导体层。

10.一种图像投影显示装置，包括光学系统，该光学系统包括：

光偏转阵列，其包括多个以二维阵列布置的光偏转器，每个光偏转器移动具有光反射区的元件并偏转光，从而将进入所述光反射区的入射光通量偏转至被改变了的反射方向；

光源，其照射所述光偏转阵列；以及

投影透镜，其基于彩色信息投影来自所述光偏转阵列的反射光，

其中：

所述多个光偏转器被形成为光偏转器组，并且每个所述光偏转器将光偏转至双轴方向；

具有不同颜色的入射光通量从分别相应于两个偏转轴的两个方向进入每个所述光偏转器，并基于所述彩色信息通过每个所述光偏转器反射；以及

每个反射光通量被导向所述投影透镜，

其中在所述多个光偏转器中，相互邻近的第一光偏转器和第二光偏转器将不同偏转轴的具有不同颜色的所述入射光通量导向所述投影透镜，以及

由此图像被投影和显示。

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