CN100504500C - 形成彩色图像的投影系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供形成彩色图像的一种投影系统和方法。在这种方法中，获得形成在光阀上的多个色带所需的改变成像信号的上升时间和下降时间。首先，安装至少一个具有狭缝的滤波器。接下来，通过将滚动单元的转动转变为入射光经过滚动单元透镜元的直线运动使入射光滚动。然后，利用含有多个选色镜的颜色分离器，将从光源发射出的光束根据颜色分离，每一个选色镜透射入射光束状具有一种波长的光束并反射另一种波长的光束。然后，多束被颜色分离器分离并被滚动单元滚动的彩色光束入射到光阀上的相应颜色区域上，从而产生多个色带。然后通过控制相邻选色镜之间的距离或控制狭缝的宽度在相邻色带之间形成黑带。

Description

形成彩色图像的投影系统和方法

技术领域

本申请涉及利用色彩滚动技术形成彩色图像的方法以及采用该方法的投影系统，并尤其涉及一种彩色图像形成方法，其在光阀上形成的两彩色带之间产生黑带，并通过控制黑带宽度获得改变色带成像信号所需的上升时间和下落时间，以及采用该方法的投影系统。

背景技术

根据光阀的个数，投影系统分为三板投影系统和单板投影系统，光阀用于控制象素排列基底上高输出灯光源发射出的光的开/关操作，并形成图像。单板投影系统相比三板投影系统具有较小的光学系统。然而，因为单板投影系统顺次使用白光分离出的红(R)、绿(G)和蓝(B)光，所以它只能提供三板投影系统仅1/3的光学效率。因此，人们一直试图增加单板投影系统的光学效率。

通常，在单板投影系统中，白光源辐射出的光由滤色器分离为R、G和B光束，并且这三束彩色光束顺次传送到光阀上。光阀根据接收到的彩色光束的顺序操作并产生图像。如上所述，单板投影系统顺次使用彩色光束，由此，光效率减少到三板投影系统的1/3。根据一种增加单板投影系统光效率的色彩滚动方法，白光被分离为R、G和B彩色光束，然后三束彩色光束被同时发送到一个光阀的不同位置上。因为直到每个象素的所有R、G和B彩色光束都到达光阀才产生一图像，所以利用彩色滚动方法使彩色光束以恒定速度移动。

如图1所示，在单板滚动投影系统中，光源100发射出的白光经过第一和第二透镜阵列102和104、偏振转换系统(PCS)105，并由第一至第四选色镜109，112，139，和122分离为R、G和B彩色光束。更详细的说，例如红光束R和绿光束G被第一选色镜109透射并沿着第一光路L₁传播，而蓝光B被第一选色镜109反射并沿着第二光路L₂传播。第一光路L₁上的红光束R和绿光束G被第二选色镜112分离。该第二选色镜112沿着第一光路L₁透射红光束R并沿着第三光路L₃反射绿光束G。

第一至第三棱镜114、135和142分别置于第一至第三光路L₁、L₂和L3中。光源100发射出的光束被分离为R、G、B光束，当它们经过相应的第一至第三棱镜114、135和142时被滚动。第一至第三棱镜114、135和142匀速转动以使R、G、B色带滚动。分别沿着第二和第三光路L₂和L₃传输的G和B光束，分别被第三选色镜139透射和反射，然后合并。最后，由第四选色镜122合并R、G和B彩色光束。该合并光束经过偏振光束分束器(PBS)127透射至光阀130。光阀130形成一画面。

会聚透镜107紧挨着PCS105设置，并且光路校正透镜110、117、131、137和145设置在第一至第三光路L₁、L₂和L₃中。会聚透镜120和140分别置于第一和第四选色镜112和122之间以及第三和第四选色镜139和122之间。聚焦透镜124和偏振器125置于第四选色镜122和PBS 127之间的光路中。光路转变器，例如，反射镜118和133分别设置在第一L₁和第三L₃光路中。

如图2所示，R、G和B色带的周期滚动归因于第一至第三棱镜114、135和142的转动。当对应R、G、B三色的第一、第二和第三棱镜114、135和142被同步转动时，滚动表现为形成在光阀表面130上的色带移动。如上所述，当R、G和B色带在一个周期中循环就形成了一帧彩色图像。

根据投影透镜(未示出)放大的成像信号，通过光阀130上独立象素的开关操作形成彩色图像。然后，该放大图像被投射到显示屏。

第一、第二和第三狭缝113、134和143分别置于第一、第二和第三棱镜114、135和142之前并控制入射光的发散角。

如上所述的传统投影系统中，因为每个颜色使用不同的光路，则必须为每个颜色提供不同的光路校正透镜，还必须为每个颜色提供使分离光束再次会聚的元件和分离元件。因此，光学系统变得较大，并且由于制造和安装过程复杂而使产量降低。另外，用于转动第一至第三透镜114，135和142的三个马达在操作过程中产生大量的噪音。并且，使用三个马达的投影系统的制造成本比只用一个马达的色轮型系统的制造成本要高。

为了利用滚动技术产生彩色画面，如图2所示的色带必须以恒定的速度移动。传统投影系统为了获得滚动必须使光阀130与三个棱镜114、135和142同步，同步的控制是不容易的。另外，因为第一、第二和第三棱镜114，135和142分别作圆周运动，所以色彩滚动速度是不规律的，从而使图像的质量恶化。

根据沿着第一、第二和第三光路L₁、L₂和L₃传播的光束宽度变化色带宽度。如果沿着第一、第二和第三光路L₁、L₂和L₃传播的光束宽度减小，则R、G和B色带变窄，从而在相邻的两彩色带之间形成黑带K，如图3A所示。另一方面，如果沿着第一、第二和第三光路L₁、L₂和L₃传播的光束宽度增加，则R、G和B色带加宽，而在相邻两色带之间形成重叠部分P，如图3B所示。

在特殊情况中需要该黑带K。例如，当液晶显示器(LCD)用作光阀130时，因为难于连续处理色带成像信号，所以必须形成黑带K。更详细地说，当色带在LCD上连续滚动时，每次色带滚动改变成像信号。然而，连续处理变化着的成像信号是困难的。图3C表示形成在光阀130上的R、G和B色带，和根据对应于R、G和B色带的输入成像信号的光阀130的开/关状态。开启对应R、G和B色带的成像信号的所需时间称为上升时间，由S表示。关闭对应R、G和B色带的成像信号的所需时间称为下降时间，由T表示。上升和下降时间用于开启和关闭每次R、G和B色带滚动改变的一组成像信号。为了获得这些上升和下降时间段，相邻色带之间必须形成黑带K。

如上所述，利用色彩滚动技术形成彩色图像的系统必须通过控制色带的带宽形成黑带。

发明内容

本申请提供一种形成彩色图像的方法，其在光阀上的两色带之间形成黑带，并且通过控制黑带的带宽改变色带成像信号的上升时间和下降时间。

本申请还提供一种投影系统，其在形成在光阀上的两色带之间产生黑带，以平稳地形成彩色图像。

本发明提供一种投影系统，包括：

光源；

至少一个具有狭缝的滤波器，控制由光源发射出的光的发散角；

滚动单元，包括至少一个透镜元，将透镜元的转动转变为光经过透镜元区域的直线运动，以使入射光束被滚动；

颜色分离器，包括多个选色镜，根据颜色分离从光源发射出的入射光束；每个选色镜透射来自入射光的一种波长的光束并反射另一种波长的光束；

准直透镜，安装在所述光源和颜色分离器之间的光路上，用于准直；

光阀，在相应颜色区域上接收多束由颜色分离器分离并由滚动单元透射的彩色光束，并由归因于滚动单元转动产生的色带滚动而形成多个色带，

其中通过控制相邻选色镜之间的距离或狭缝宽度，使得相邻色带之间的距离大于相邻色带宽度的平均值，从而形成相邻色带之间的黑带。

本发明提供一种形成彩色图像的方法，其中获得改变成像信号所需的上升时间和下降时间，该成像信号用于多个形成在光阀上的色带，该方法包括：

安装至少一个具有狭缝的滤波器；

通过将滚动单元的转动转换为入射光经过的滚动单元透镜元的直线运动来滚动入射光；

安装在光源和颜色分离器之间的光路上的准直透镜准直入射光；

利用含有多个选色镜的颜色分离器，根据颜色分离从光源发射出的光束，其中每个选色镜透射入射光束中的一种波长光束并反射另一种波长的光束；

通过使被颜色分离器分离的并被滚动单元透射的多个彩色光束入射到光阀相应颜色区域上，形成多个色带；

通过控制相邻选色镜之间的距离或狭缝的宽度，使得相邻色带之间的距离大于相邻色带的宽度平均值，从而在相邻色带之间形成黑带。

根据本发明的一个方面，提供一种形成彩色图像的方法，其中获得改变成像信号所需的上升时间和下降时间，该成像信号用于多个形成在光阀上的色带。该方法包括：安装至少一个具有狭缝的滤波器；通过将滚动单元的转动转换为入射光经过的滚动单元透镜元的直线运动来滚动入射光；利用含有多个选色镜的颜色分离器，根据颜色分离从光源发射出的光束，其中每个选色镜透射入射光束中的一种波长光束并反射另一种波长的光束；通过使被颜色分离器分离的并被滚动单元透射的多个彩色光束入射到光阀相应颜色区域上，形成多个色带；通过控制相邻选色镜之间的距离或狭缝的宽度在相邻色带之间形成黑带。

相邻色带之间的距离可比相邻色带的宽度平均值大。

多个选色镜为第一、第二和第三选色镜彼此平行设置，多个色带为具有g₁、g₂和g₃宽度的第一、第二和第三色带，并且第一、第二选色镜之间的距离和第二、第三选色镜之间的距离分别为a和b，第一、第二和第三选色镜的设置满足下述条件式，以便在第一与第二色带之间以及第二与第三色带之间形成的黑带：

$a>\frac{(g_1+g_2)}{\mathrm{\α}2\sqrt{2}}$

$b>\frac{(g_2+g_3)}{\mathrm{\α}2\sqrt{2}}$

滚动单元的至少一个透镜元呈螺旋状设置。

至少一个滤波器包括空间滤波器，其狭缝宽度为w，准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，α为比例常数，第一、第二和第三色带带宽相等，空间滤波器和第一、第二及第三选色镜的设置满足下列条件式：

$a>\frac{g}{\mathrm{\α}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\α}\sqrt{2}{f}_1}$

$b>\frac{g}{\mathrm{\α}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\α}\sqrt{2}{f}_1}$

除空间滤波器之外，至少一个滤光器还包括狭缝宽为t₁的补偿滤光片，准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由空间滤波器控制的第一和第二色带带宽，以及由补偿滤光片控制第三色带带宽为：

$g_1=g_3=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1}$

除空间滤波器之外，当至少一个滤波器还包括具有狭缝宽度为t₁和t₂的第一和第二补偿滤光片时，准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由空间滤波器控制的第一色带带宽，以及由补偿滤光片控制的第二和第三色带带宽为：

$g_1=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_2\frac{f_2}{f_1}$

除空间滤波器之外，当至少一个滤波器还包括狭缝宽度为t₁、t₂和t₃的第一、第二和第三补偿滤光片时，准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由第一、第二和第三补偿滤光片控制的第一、第二和第三色带带宽分别为：

$g_1=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_2\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_3\frac{f_2}{f_1}$

根据本发明的另一方面，提供一种投影系统，包括：光源；至少一个具有狭缝的滤波器，控制由光源发射出的光的发散角；滚动单元包括至少一个透镜元，将透镜元的转动转变为光经过透镜元区域的直线运动，以使入射光束被滚动；颜色分离器包括多个选色镜，根据颜色分离从光源发射出的入射光束；以及光阀，在相应颜色区域上接收多束由颜色分离器分离并由滚动单元透射的彩色光束，并由归因于滚动单元转动产生的色带滚动而形成多个色带。每个选色镜透射来自入射光的一种波长的光束并反射另一种波长的光束。通过控制相邻选色镜之间的距离或狭缝宽度形成相邻色带之间的黑带。

可在颜色分离器和光阀之间的光路上设置第一和第二复眼透镜阵列。

在滚动单元之前设置第一柱形透镜并减小入射到滚动单元上的光束宽度，滚动单元之后设置第二柱形透镜，会聚经过滚动单元的光。

在第二复眼透镜和光阀之间的光路上设置中继透镜。

在颜色分离器和光阀之间的光路上设置偏振转换系统，将从光源发射出的光转换为具有单偏振的光。

附图说明

通过参照附图描述具体实施例，本发明的上述和/或其它特征及优点将变得明显和更易于理解，其中：

图1表示一传统投影系统；

图2是投影系统中R、C和B色带色彩滚动的示意图；

图3A和3B表示利用滚动技术，使形成在投影系统中光阀上的色带形成彩色图像；

图3C表示形成在光阀上的色带，以及根据相应色带的输入成像信号，光阀的开关状态；

图4是根据本申请一实施例的示意图；

图5A是图4滚动系统的前视图；

图5B是可用于图4投影系统中的另一种滚动单元的透视图；

图6A表示图4投影系统中不使用柱状透镜时，光束在图4的滚动单元中的形状；

图6B表示图4投影系统中使用第一柱状透镜时，光束在图4的滚动单元中的形状；

图7A至图7C表示图4所示投影系统的滚动操作；

图8表示根据本发明一实施例，形成彩色图像的方法；

图9A是空间滤波器在图4的投影系统中的透视图；

图10A至10C表示形成在光阀上的色带宽度受到图4投影系统中空间滤波器的狭缝宽度的控制；

图11A至11C表示形成在光阀上的色带宽度受到空间滤波器和补偿滤光片的狭缝宽度的控制。

具体实施方式

参照图4，根据本发明一个实施例的投影系统包括：光源50，至少一个滤波器，滚动单元20，颜色分离器55，和光阀40。至少一个滤波器安装在光源50出射光的焦平面上，并且具有一个用于控制入射光发散角或光学系统的视角(etendue)的狭缝。滚动单元20使入射光线以不同角度入射到颜色分离器55上并滚动该入射光。颜色分离器55根据颜色分离经过滚动单元20的光。光阀40根据输入成像信号处理由色彩分离器55产生的彩色光束并形成画面。

由光阀40形成的画面被投影透镜单元45放大，然后该放大画面投影至显示屏48上。

光源50包括产生光的灯51和反射镜53，反射镜反射灯51发射的光并引导反射光路。反射镜53为一椭圆形镜，其第一焦点在灯51的位置，第二焦点在光聚焦的点(f)处。另外，反射镜53可为一抛物柱面反射镜，其将灯51作为第一焦点并准直从灯51射出的光束。如果抛物柱面反射镜被用作反射镜53，则系统必须还应具有聚焦光的透镜。

至少一个滤波器包括空间滤波器5或补偿滤色片，并且最好而不是必需的，位于反射镜53的焦点(f)上。

用于准直入射光的准直透镜54安装在光源50和颜色分离器55之间的光路上。P表示光源50和光源50发射的光聚焦焦点(f)之间的距离。最好但不必须，准直透镜54安置在距离焦点(f)P/5处。通过这种方式安装的投影系统，其光学系统的结构可更为紧凑。

参照图5A，滚动单元20是可转动的，并且具有入射表面和发射表面。优选但不是必须的，至少一个透镜元20a装置设置在滚动单元20上，使滚动单元20的转动转变为光经过滚动单元20中区域的直线运动。例如，至少一个透镜元20a螺旋状的配置在滚动单元20上。至少一个透镜元20a的每一个透镜元透射入射光，使入射光线以不同的角度传输。透镜元20a可为一柱状透镜。

如图5A所示，滚动单元20的转动(由箭头J表示的方向)转变为入射光(L)经过的滚动单元20区域的直线运动(由箭头Q表示的方向)，由此获得滚动。图5A的滚动单元20为一单螺旋透镜盘。然而，滚动单元20可包括第一和第二螺旋透镜盘26和27，彼此以预设的距离放置，如图5B所示。在这种情况中，玻璃棒(或导光板)28还可插入在第一和第二螺旋透镜盘26和27之间。玻璃棒28控制经过第一螺旋透镜盘26光的发散角。

再参照图4，颜色分离器55包括根据颜色来透射或反射入射光的多个选色镜，例如，第一、第二和第三选色镜55a、55b和55c。第一、第二和第三选色镜55a、55b和55c彼此平行放置。然而，第一、第二和第三选色镜55a、55b和55c也可以以不同的角度倾斜的放置。入射到滚动单元20的光线根据该光线入射到的每个柱状透镜元20a的不同位置以不同的角度被透射。光线被第一、第二或第三选色镜55a、55b或55c反射，使光束根据颜色分离开。系统还包括在滚动单元20和色彩分离器55之间的棱镜56，使入射光不变光路地传输到颜色分离器55。

第一柱状透镜16置于滚动单元20之前，第二柱状透镜17、第一和第二复眼透镜阵列34和35以及中继透镜38顺次排列在颜色分离器55和光阀40之间的光路上。第一和第二复眼透镜阵列34和35分别由平面排列的透镜元34a和35a形成。

第一柱状透镜16减小入射到滚动单元20上入射光束的宽度，第二柱状透镜17加宽被第一柱状透镜16变窄的光束至原始宽度的光束。第二柱状透镜也可安装在第一和第二复眼透镜阵列34和35之间。偏振转换系统36用于将入射光转换为单偏振光，其置于第二复眼透镜阵列35和中继透镜38之间。

在具有上述结构的图4所示投影系统的操作中，首先，从光源50发射出的白光经过空间滤波器5和准直透镜54入射到滚动单元20上。由第一柱状透镜16减小将被入射到滚动单元20上的光束宽度。

图6A表示从光源50发射出的光束L’不经过第一柱状透镜16入射到滚动单元20上。光束L’的宽度为W’。图6B表示由第一柱状透镜16减小宽度为W的光束L，其随后被入射到滚动单元20上。当光束以相关宽度经过滚动单元20，也就是说，在光束L’的情况中，空间排列的透镜元20a的阵列弯曲形状与光束L’形状不匹配，并由此在每个颜色的不匹配区域产生光损耗。为了使光损耗降到最小，优选但不是必须的，使用第一柱状透镜16产生具有减小的宽度W的光束L，使光束L的形状与图6B所示的螺旋排列的透镜元20a的阵列排列更接近。

入射到滚动单元20上的光线根据光线入射到每个透镜元20a的不同位置以不同角度传输。该光线以不同的角度入射到颜色分离器55上。由颜色分离器的第一、第二和第三选色镜55a、55b和55c产生的第一、第二和第三彩色光束入射到第二柱状透镜17上，该透镜准直由第一柱状透镜16减小了光束宽度的光，使被减小宽度的光恢复到原始宽度。因此，被第二柱状透镜17透射的光的宽度与光阀40的宽度一致。

经过第二柱状透镜17的第一、第二和第三彩色光束入射到第一复眼透镜阵列34上，在每个透镜元34a上形成彩色线。通过经过第二复眼透镜阵列35和中继透镜38，第一、第二和第三彩色光束被入射到光阀40的相应颜色区域上，形成第一、第二和第三色带M1、M2和M3，如图8所示。

由于滚动单元20的滚动，第一、第二和第三色带M1、M2和M3周期性滚动，由此形成彩色图像。

参照图7A至7C，形成在光阀40上的R、G和B色带因滚动单元20的转动而滚动，从R、G、B顺序至G、B、R顺序再至B、R、G顺序。重复这种滚动。图7A至7C的滚动单元为一单螺旋透镜盘。

如图7A中所示，首先，R、G和B光束经过滚动单元20、第一和第二复眼透镜阵列34和35、中继透镜38，然后以预设的顺序在光阀40上形成色带，例如，以R、G和B的顺序。接下来，滚动单元20转动，并由此，入射光L经过的滚动单元20透镜元阵列逐渐向上移动。因此，经过滚动单元20的彩色光束的焦点随着滚动单元20移动而变化，并且以G、B、R的顺序形成色带，如图7B中所示。然后，滚动单元20转动，入射彩色光束被滚动，并以B、R、G的顺序形成色带，如图7C中所示。周期性的重复这样的滚动。

参照图5A，当滚动单元以箭头J所示的方向转动时，入射光L表现为箭头Q所示方向的直线运动。换言之，当滚动单元20转动时，改变了入射光L经过的滚动单元20区域。入射光L经过的滚动单元20区域的变化呈直线地产生在接近或远离滚动单元20轴的方向中。然而，如果滚动单元为桶形，入射光L经过的滚动单元20区域沿着滚动单元20的转动轴直线移动。

换句话说，用滚动单元20的转动改变光入射到滚动单元20的位置，滚动单元20的转动模拟滚动单元20的透镜阵列的直线运动，从而获得滚动，如从滚动单元20的截面图看到的。

如上所述，根据本发明的投影系统中，可利用同一滚动单元20取代不同的滚动单元处理所有的彩色光束。因此，投影系统可更为紧凑，并且不同的彩色光束易于彼此同步。在滚动单元20的每个透镜元34a上形成彩色线，同样的，也在第一复眼透镜阵列34的每个透镜元34a上形成彩色线。

因此，更可取的是，光线经过的滚动单元20的透镜元20a可与第一和第二复眼透镜阵列34和35的行阵列以一对一对应的方式匹配。换句话说，如果由光线经过滚动单元2占有的透镜元20a的数目为4，则每个第一和第二复眼透镜34和35可具有4行阵列。

形成在光阀40上的色带以上述方式滚动，由此产生彩色图像。

如果液晶显示器(LCD)或硅上液晶被用作光阀40，则需要上升时间和下降时间来开启或关闭每次滚动R、G和B色带而变化的一组成像信号。为了获得这些上升和下降时间段，必须在相邻的两色带之间形成黑带。光阀40上黑带的形成可参照图8描述，其中示意性的示出空间滤波器5、颜色分离器55和光阀40。

参照图8，为了便于解释，第一和第二选色镜55a和55b之间的间隔a以及第二和第三选色镜之间的间隔b略有放大。由颜色分离器55产生的彩色光束入射到光阀40相应的颜色区域，由此形成第一、第二和第三色带M1、M2和M3。

在将要描述的情况中，第一、第二和第三色带M1、M2和M3的宽度分别由g1、g2和g3并彼此相等。

每个色带的宽度g(g＝g1＝g2＝g3)取决于狭缝5c的宽度(w)。第一和第二色带M1和M2之间的间隔d₁以及第二和第三色带之间的间隔d₂分别取决于间隔a和b。相邻两色带之间的间隔表示相邻色带中心线之间的间隔。间隔d₁和d₂满足等式1：

$d_1=\mathrm{\αa}\sqrt{2}$

$d_2=\mathrm{\αb}\sqrt{2}...\left(1\right)$

其中，α表示比例常数。例如，α可为一放大系数。当空间滤波器的狭缝宽度为w、准直透镜54的焦距为f1，滚动单元20的透镜为f2时，每个色带的宽度g可由等式2计算：

$g=w\frac{f_2}{f_1}...\left(2\right)$

为了在第一和第二色带M1和M2之间以及第二和第三色带M2和M3之间形成黑带K，相邻色带之间的间隔必须大于相邻色带宽度的平均值。换句话说，每个色带的宽度必须小于第一和第二色带M1和M2之间的间隔d₁以及第二和第三色带M2和M3之间的间隔d₂。形成黑带K的条件可由条件式3表达：

$a>\frac{g}{\mathrm{\α}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\α}\sqrt{2}{f}_1}$

$b>\frac{g}{\mathrm{\α}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\α}\sqrt{2}{f}_1}...\left(3\right)$

当满足条件式3中的条件时，在第一和第二色带M1和M2之间以及第二和第三色带M2和M3之间形成黑带，以获得因每次色带位置变化而将被改变的开启和关闭成像信号所需的上升时间和下降时间。

空间滤波器5使图10A至11C的狭缝5c的宽度w可被控制。如图9A所示，空间滤波器5包括第一滤波板5a、设置在远离第一滤波板5a位置的第二滤波板5b、分别支撑第一和第二滤波板5a和5b的第一和第二支撑板6a和6b，并由传动螺钉7移动，以及传动螺钉7可旋转支撑的框架8。当传动螺钉7转动时，第一和第二支撑板6a和6b沿着传动螺钉7移动并控制第一和第二滤波板5a和5b之间的狭缝5c。优选的，但不是必须的，狭缝5c的宽度在颜色分离方向或颜色滚动方向上被控制。

如图10A所示，当狭缝5c的宽度为w₁时，第一、第二和第三色带M1、M2和M3形成在光阀40相等尺寸的相应颜色区域中。如果狭缝宽度w从w₁变化至w₂(w₂<w₁)，则相邻两色带之间形成黑带K，如图10B所示。如果狭缝宽度w从w₁变化至w₃(w₃>w₁)，则R、G和B色带被加宽，在相邻两色带之间形成重叠部分P，如图10C所示。

如上所述，相邻色带之间的黑带K可通过调整狭缝宽度w或间隔a和b满足等式3的条件来控制。

下文将参照图11A至图11C描述第一、第二和第三色带M1、M2和M3的宽度g₁、g₂和g₃彼此不相同的情况。

如图11A至图11C所示，系统还可包括分别具有狭缝1a、2a和3a的第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3之一，以控制色带的宽度或区域。第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3的狭缝1a、2a和3a透射所有颜色的光束，并且第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3反射特定颜色的光束并透射所有其它颜色的光束，以控制特定颜色光束的宽度。

图11A表示第一补偿滤光片1附加到空间滤波器5上的情况。例如，第一补偿滤光片1反射绿色(G)光束而透射其它颜色光束。第一狭缝1a透射所有颜色的光束。第一补偿滤光片1置于空间滤波器之后。然而，第一补偿滤光片1也可置于空间滤波器5之前。首先，由空间滤波器5的狭缝5c的宽度w确定色带宽度相等。然后，由第一补偿滤光片1的第一狭缝1a的宽度t1确定特定色带的宽度。在图11A中，第二色带M2的宽度g2，例如，G色带，由第一补偿滤光片t1控制。

图11B表示第一和第二补偿滤光片1和2附加到空间滤波器5上的情况。图11C表示第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3取代空间滤波器5的情况。第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3可通过涂覆空间滤波器5或具有滤波器的分色玻璃制造。另外，第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3也可为滤波片。

第一、第二和第三狭缝1a、2a和3a的宽度在颜色分离方向上由颜色分离器55或颜色滚动方向控制。

再参照图8，第一和第二选色镜55a和55b的间隔a与第二和第三选色镜55b和55c的间隔b之间的比值与第一和第二宽度g₁和g₂之和与第二和第三宽度g₂和g₃之和的比值相同。为了在第一和第二色带M1和M2之间形成黑带K，第一和第二宽度g₁和g₂之和的一半必须小于第一和第二色带M1和M2之间的间隔d1。为了在第二和第三色带M2和M3之间形成黑带K，第二和第三宽度g2和g₃之和的一半必须小于第二和第三色带M2和M3之间的间隔d2。换言之，当相邻两色带之间的间隔大于相邻两色带宽度的平均值时，在相邻色带之间形成黑带K。上述形成黑带K的条件通过参考等式1由等式4表示：

$a>\frac{(g_1+g_2)}{\mathrm{\&alpha;}2\sqrt{2}}$

$b>\frac{(g_2+g_3)}{\mathrm{\&alpha;}2\sqrt{2}}...\left(4\right)$

第一、第二和第三色带M1、M2和M3的宽度g₁、g₂和g₃可由狭缝5c的宽度以及第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3的宽度t₁、t₂和t₃控制。

参照图11A，第一、第二和第三色带M1、M2和M3的宽度g₁、g₂和g₃首先根据狭缝5c的宽度w确定。其后，特定色带的光束宽度由第一补偿滤光片1的宽度t₁确定。优选的，图11A的结构满足w>t₁的关系。如果第二色带M2的宽度g₂由第一补偿滤光片1的宽度t₁调整，第一和第三色带的宽度g₁和g₃则根据狭缝5c的宽度w确定，第二色带的宽度g₂由第一补偿滤光片1的宽度t₁确定，如等式5所示：

$g_1=g_3=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1}...\left(5\right)$

参照等式4和5，可通过控制间隔a和b、狭缝5c的宽度w、第一补偿滤光片1的宽度t₁、准直透镜54的焦距f₁、和滚动单元20的焦距f₂至少之一形成色带之间的黑带K。

参照图11B，首先根据狭缝5的宽度w确定第一、第二和第三色带M1、M2和M3的宽度g₁、g₂和g₃。其后，根据第一补偿滤光片1的宽度t₁确定第一色带M1的宽度g₁，根据第二补偿滤光片2的宽度t₂确定第三色带M3的宽度g₃，因此，第一、第二和第三色带M1、M2和M3的第一、第二和第三宽度g₁、g₂和g₃可由等式6确定：

$g_1=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_2\frac{f_2}{f_1}...\left(6\right)$

优选地，但不是必须的，第一和第二补偿滤光片1和2的宽度t₁和t₂小于狭缝5c的宽度w。通过控制间隔a和b至少之一、狭缝5c的宽度w、第一和第二补偿滤光片1和2的宽度t₁和t₂、准直透镜54的焦距f₁、和滚动单元20的焦距f₂满足等式4的条件，确定形成在相邻两色带之间的黑带K。

参照图11C，根据第一补偿滤光片1的宽度t₁确定第一色带M1的宽度g₁，根据第二补偿滤光片2的宽度t₂确定第二色带M2的宽度g₂，根据第三补偿滤光片3的宽度t₃确定第三色带M3的宽度g₃。等式7表达了这些关系：

$g_1=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_2\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_3\frac{f_2}{f_1}...\left(7\right)$

黑带也可参考等式7，通过控制第一、第二和第三色带M1、M2和M3的第一、第二和第三宽度g₁、g₂和g₃确定，也可通过控制间隔a和b满足等式4条件来确定。

如上所述，可选择利用具有至少一个补偿滤光片的空间滤波器5或利用三个补偿滤光片而无空间滤波器5控制色带宽度。此外，黑带的宽度由第一和第二选色镜55a和55b之间的间隔以及第二和第三选色镜55b和55c之间的间隔控制。

根据本申请的投影系统包括至少一个具有狭缝的滤波器，控制第一、第二和第三色带M1、M2和M3的宽度。例如，至少一个滤波器可只包括空间滤波器5，或包括空间滤波器5和至少一个补偿滤光片，或包括第一、第二和第三补偿滤光片而不包括空间滤波器5。当空间滤波器5和第一、第二和第三补偿滤光片1、2和3的狭缝宽度分别为w、t₁、t₂和t₃时，它们可被控制以满足等式3或4。

如上所述，在根据本发明的投影系统中，可利用一个滚动单元滚动所有的彩色光束，使它的转动模拟光线经过滚动单元的透镜阵列的直线运动。这样，易于控制滚动并且减少了元件的个数。由此，得到了一种小型、节省成本的投影系统。滚动单元可用桶状取代盘状，只要它的转动模拟光线经过滚动单元的透镜阵列的直线运动。

还因为传统的单板投影系统将白光顺次分离为R、G和B光束而产生彩色图像，其效率降至三板投影系统光效率的1/3。然而，根据本发明，利用滚动技术色三板投影系统中，白光在同一时间被分离为R、G和B光束，并滚动R、G和B光束形成彩色图像。因此，根据本发明的单板投影系统可获得与三板投影系统相同的光效率。

另外，根据本发明形成彩色图像的方法中，在形成在光阀上的相邻两色带之间产生黑带，可获得色带成像信号改变所需的上升和下降时间。因此，可平滑地形成彩色图像。

Claims (26)

1、一种投影系统，包括：

光源；

至少一个具有狭缝的滤波器，控制由光源发射出的光的发散角；

滚动单元，包括至少一个透镜元，将透镜元的转动转变为光经过透镜元区域的直线运动，以使入射光束被滚动；

颜色分离器，包括多个选色镜，根据颜色分离从光源发射出的入射光束；每个选色镜透射来自入射光的一种波长的光束并反射另一种波长的光束；

准直透镜，安装在所述光源和颜色分离器之间的光路上，用于准直；

光阀，在相应颜色区域上接收多束由颜色分离器分离并由滚动单元透射的彩色光束，并由归因于滚动单元转动产生的色带滚动而形成多个色带，

其中通过控制相邻选色镜之间的距离或狭缝宽度，使得相邻色带之间的距离大于相邻色带宽度的平均值，从而形成相邻色带之间的黑带。

2、权利要求1的投影系统，其中所述多个选色镜为第一、第二和第三选色镜，彼此平行设置，所述多个色带为具有g₁、g₂和g₃宽度的第一、第二和第三色带，α为比例常数，并且第一、第二选色镜之间的距离和第二、第三选色镜之间的距离分别为a和b，第一、第二和第三选色镜的设置满足下述条件式：

$a>\frac{(g_1+g_2)}{\mathrm{\&alpha;}2\sqrt{2}}$

$b>\frac{(g_2+g_3)}{\mathrm{\&alpha;}2\sqrt{2}}.$

3、权利要求1的投影系统，其中滚动单元的至少一个透镜元呈螺旋状设置。

4、权利要求1的投影系统，其中至少一个滤波器包括空间滤波器，其狭缝宽度为w，所述准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，并且第一、第二选色镜之间的距离和第二、第三选色镜之间的距离分别为a和b，α为比例常数，第一、第二和第三色带带宽相等，均为g，空间滤波器和第一、第二及第三选色镜的设置满足下列条件式：

$a>\frac{g}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}{f}_1}$

$b>\frac{g}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}{f}_1}.$

5、权利要求1的投影系统，其中，所述至少一个滤波器包括空间滤波器，其狭缝宽度为w，所述准直透镜的焦距为f₁，所述滚动单元的焦距为f₂，所述至少一个滤波器除所述空间滤波器之外，还包括狭缝宽为t₁的补偿滤光片，补偿滤光片的焦距为f₁，根据下述等式，由空间滤波器控制的第一和第二色带带宽，以及由补偿滤光片控制第三色带带宽为：

$g_1=g_3=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1},$

其中，所述第一、第二和第三色带的宽度分别为g₁、g₂和g₃。

6、权利要求1的投影系统，其中，所述至少一个滤波器包括空间滤波器，其狭缝宽度为w，所述准直透镜的焦距为f₁，所述滚动单元的焦距为f₂，所述至少一个滤波器除空间滤波器之外还包括具有狭缝宽度为t₁和t₂的第一和第二补偿滤光片，第一和第二补偿滤光片的焦距为f₁，根据下述等式，由空间滤波器控制的第一色带带宽，以及由补偿滤光片控制的第二和第三色带带宽为：

$g_1=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_2\frac{f_2}{f_1},$

其中，所述第一、第二和第三色带的宽度分别为g₁、g₂和g₃。

7、权利要求1的投影系统，其中所述至少一个滤波器除空间滤波器之外还包括狭缝宽度为t₁、t₂和t₃的第一、第二和第三补偿滤光片时，所述准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由第一、第二和第三补偿滤光片控制的第一、第二和第三色带带宽分别为：

$g_1=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_2\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_3\frac{f_2}{f_1},$

其中，所述第一、第二和第三色带的宽度分别为g₁、g₂和g₃。

8、权利要求1的投影系统，其中第一和第二复眼透镜阵列置于颜色分离器和光阀之间的光路上。

9、权利要求1的投影系统，其中第一柱状透镜置于滚动单元之前并减小入射到滚动单元上的光的宽度，第二柱状透镜置于滚动单元之后并准直经过滚动单元的光。

10、权利要求9的投影系统，其中第一和第二复眼透镜阵列位于颜色分离器和光阀之间的光路上。

11、权利要求10的投影系统，其中一中继透镜设置在第二复眼透镜和光阀之间的光路上。

12、权利要求1的投影系统，其中一偏振转换系统位于颜色分离器和光阀之间的光路上，并将光源发射出的光转变为单偏振光。

13、权利要求1的投影系统，其中光阀为液晶显示器和硅上液晶之一。

14、一种形成彩色图像的方法，其中获得改变成像信号所需的上升时间和下降时间，该成像信号用于多个形成在光阀上的色带，该方法包括：

安装至少一个具有狭缝的滤波器；

通过将滚动单元的转动转换为入射光经过的滚动单元透镜元的直线运动来滚动入射光；

安装在光源和颜色分离器之间的光路上的准直透镜准直入射光；

利用含有多个选色镜的颜色分离器，根据颜色分离从光源发射出的光束，其中每个选色镜透射入射光束中的一种波长光束并反射另一种波长的光束；

通过使被颜色分离器分离的并被滚动单元透射的多个彩色光束入射到光阀相应颜色区域上，形成多个色带；

通过控制相邻选色镜之间的距离或狭缝的宽度，使得相邻色带之间的距离大于相邻色带的宽度平均值，从而在相邻色带之间形成黑带。

15、权利要求14的方法，其中多个选色镜为第一、第二和第三选色镜，彼此平行设置，多个色带为具有g₁、g₂和g₃宽度的第一、第二和第三色带，α为比例常数，并且第一、第二选色镜之间的距离和第二、第三选色镜之间的距离分别为a和b，第一、第二和第三选色镜的设置满足下述条件式，以便在第一与第二色带之间以及第二与第三色带之间形成的黑带：

$a>\frac{(g_1+g_2)}{\mathrm{\&alpha;}2\sqrt{2}}$

$b>\frac{(g_2+g_3)}{\mathrm{\&alpha;}2\sqrt{2}}.$

16、权利要求14的方法，其中所述滚动单元的至少一个透镜元呈螺旋状设置。

17、权利要求14的方法，其中所述至少一个滤波器包括空间滤波器，其狭缝宽度为w，所述准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，并且第一、第二选色镜之间的距离和第二、第三选色镜之间的距离分别为a和b，α为比例常数，第一、第二和第三色带带宽相等，均为g，空间滤波器和第一、第二及第三选色镜的设置满足下列条件式：

$a>\frac{g}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}{f}_1}$

$b>\frac{g}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}}=\frac{{\mathrm{wf}}_2}{\mathrm{\&alpha;}\sqrt{2}{f}_1}.$

18、权利要求14的方法，其中，所述至少一个滤波器包括：空间滤波器，其狭缝宽度为w；狭缝宽为t₁的补偿滤光片；所述准直透镜的焦距为f₁，所述滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由空间滤波器控制的第一和第二色带带宽，以及由补偿滤光片控制第三色带带宽为：

$g_1=g_3=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1},$

其中，所述第一、第二和第三色带的宽度分别为g₁、g₂和g₃。

19、权利要求14的方法，其特征在于，所述至少一个滤波器包括：空间滤波器，其狭缝宽度为w；具有狭缝宽度为t₁和t₂的第一和第二补偿滤光片；所述准直透镜的焦距为f₁，所述滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由空间滤波器控制的第一色带带宽，以及由所述第一和第二补偿滤光片控制的第二和第三色带带宽为：

$g_1=w\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_2\frac{f_2}{f_1},$

其中，所述第一、第二和第三色带的宽度分别为g₁、g₂和g₃。

20、权利要求14的方法，其特征在于，所述至少一个滤波器还包括狭缝宽度为t₁、t₂和t₃的第一、第二和第三补偿滤光片时，所述准直透镜的焦距为f₁，滚动单元的焦距为f₂，根据下述等式，由第一、第二和第三补偿滤光片控制的第一、第二和第三色带带宽分别为：

$g_1=t_1\frac{f_2}{f_1}$

$g_2=t_2\frac{f_2}{f_1}$

$g_3=t_3\frac{f_2}{f_1},$

其中，所述第一、第二和第三色带的宽度分别为g₁、g₂和g₃。

21、权利要求14的方法，其中第一和第二复眼透镜阵列位于颜色分离器和光阀之间的光路上。

22、权利要求14的方法，其中第一柱状透镜置于滚动单元之前并减小入射到滚动单元上的光的宽度，第二柱状透镜置于滚动单元之后并准直经过滚动单元的光。

23、权利要求22的方法，其中第一和第二复眼透镜阵列位于颜色分离器和光阀之间的光路上。

24、权利要求23的方法，其中中继透镜设置在第二复眼透镜和光阀之间的光路上。

25、权利要求14的方法，其中偏振转换系统位于颜色分离器和光阀之间的光路上，并将光源发射出的光转变为单偏振光。

26、权利要求14的方法，其中光阀为液晶显示器和硅上液晶之一。

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