CN110716317B - 颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置 - Google Patents

颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置。一种颜色分离和组合系统包括：第一光学系统，其包括第一光学平面；以及第二光学系统，其包括第二光学平面至第四光学平面。第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面。第二光学平面将来自第一光学平面的光之中的第一颜色光引导到第三光学平面，并引导来自第一光学平面的光之中的第二颜色光。第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统。第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。

Description

颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置
技术领域
本发明涉及一种颜色分离和组合光学系统以及具有该系统的图像投影装置。
背景技术
传统上已知一种图像投影装置或所谓的投影仪，其将从光源产生的光束(或射束)发射到图像显示元件，在图像显示元件处根据输入视频信号调制该光束，并通过投影光学系统投射该光束。图像显示元件可以具有各种形式，并且其中之一是镜面反射型图像显示元件，例如数字微镜设备(下文中称为注册商标DMD)。
在DMD中，多个像素均具有微镜，在一个表面上展开，并形成图像显示区域。多个微镜分别可对应于图像信息在两个倾斜位置即ON状态和OFF状态之间切换。当照明光沿着与微镜的旋转轴正交且相对于图像显示区域的法线倾斜期望的角度(通常为34°)的方向进入图像显示区域，并且多个微镜变为ON状态时，光束在基本垂直于图像显示区域的方向上反射。由此，通过投影光学系统投影图像。当多个微镜变为OFF状态时，光束被反射到投影光路的外部。反射光束被视为不必要的光。另外，通过在图像信息的一帧中在ON状态和OFF状态之间高速地切换多个微镜来表示灰度，并且可以显示图像。
在多个微镜处于OFF状态时反射的光束(下文称为OFF光)是具有与ON状态下反射的光束(下文称为ON光)同样高的功率的光，并且通过通常在吸收体(例如金属)中吸收它并通过冷却吸收体而被处理。需要确保用于将OFF光引导到就设置在DMD附近的棱镜中的吸收体的适当的光路。如果不能确保适当的光路，则棱镜中的杂散光可能会降低投影图像的对比度，或者已经进入投影光学系统并然后进入镜筒的杂散光导致温度升高和分辨率性能下降。另外，当光无意地进入机械部件时，该部件可能发出烟雾、被熔化等。
另一方面，被配置为将OFF光引导到棱镜中的吸收体的适当光路可能增加棱镜的尺寸。随着棱镜尺寸的增加，投影光学系统的后焦距变长，并且投影光学系统变大。
WO 2015/194454公开了一种投影仪，其确保棱镜中的适当光路并相对于棱镜旋转DMD，以便适当地吸收辐射器中的OFF光，从而避免棱镜的大尺寸。图12A和图12B示出了在WO2015/194454中的投影仪中的光束在它进入DMD之前和之后的角度分布。图12A示出了在旋转DMD之前光束的角度分布。图12B示出了在旋转DMD之后光束的角度分布。由于OFF光(不需要光)L3在与照明光L1的入射方向(Y轴方向)正交的方向(X轴方向)上具有矢量分量，因此确保引导OFF光L3到吸收体时的光路将使图中虚线部分的间隔所示的棱镜变宽。WO 2015/194454中的光学单元使DMD相对于棱镜旋转，从而使ON光(投射光)L2和OFF光L3之间的X方向上的距离变窄，并且减小棱镜宽度。
在WO 2015/194454的投影仪中，由于DMD的操作原理，OFF光L3必须在与照明光L1的入射方向正交的方向上具有矢量分量。因此，即使旋转DMD，原则上也存在小型化限制。另外，在WO 2015/194454的投影仪中，由于OFF光L3被引导到ON光L2正上方的位置，因此需要在投影光学系统和棱镜之间设置用于OFF光的处理单元。为了适当地处理OFF光，OFF光处理单元需要冷却和一定量的空间。此时，可能使投影光学系统的后焦距更长。由于图像显示元件实际上包括驱动电路板和用于冷却的散热器，因此如果旋转DMD，这些部件和棱镜可能相互干扰。为了避免干扰，需要将图像显示元件与棱镜分开以获得空间宽容度，这也导致投影光学系统的后焦距更长。
发明内容
本发明提供了一种颜色分离和组合系统以及具有该系统的图像投影装置，颜色分离和组合系统以及图像投影装置中的每一个都可以使被配置为将光引导到镜面反射型图像显示元件的分色棱镜更小。
根据本发明的一个方面的颜色分离和组合系统被配置为将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统。颜色分离和组合系统包括：第一光学系统，其包括第一光学平面；以及第二光学系统，其包括第二光学平面、第三光学平面和第四光学平面。第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面。第二光学平面将来自第一光学平面的光中的第一颜色光引导到第三光学平面，并引导来自第一光学平面的光中的具有与第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光。第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统。第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统。
根据本发明的一个方面的颜色分离和组合系统包括棱镜光学系统，并且被配置为使用棱镜光学系统将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统。棱镜光学系统包括：第一光学平面，被配置为接收来自光源的光；第二光学平面，被配置为接收来自第一光学平面的光；第三光学平面，被配置为将来自第二光学平面的光引导到第一图像显示元件；和第四光学平面，被配置为将来自第二光学平面的光全反射向第二图像显示元件。
包括上述颜色分离和组合系统的图像投影装置也构成了本发明的另一个方面。
根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清晰。
附图说明
图1是根据第一实施例的图像投影装置的框图。
图2A至图2C是根据第一实施例的颜色分离和组合系统的框图。
图3A和图3B示出了入射在数字微镜设备上的光的行为。
图4A至图4C比较了传统的分色棱镜和根据第一实施例的分色棱镜。
图5A和图5B解释了根据第一实施例的OFF光处理。
图6A和图6B比较光束进入图像显示元件之前和之后的光束的角度分布(第一实施例)。
图7A和图7B比较光束进入图像显示元件之前和之后的光束的角度分布(第二实施例)。
图8A至图8C是根据第三实施例的颜色分离和组合系统的配置图。
图9解释了根据第三实施例的OFF光处理。
图10A至图10C是根据第四实施例的颜色分离和组合系统的配置图。
图11解释了根据第四实施例的OFF光处理。
图12A和图12B示出了光束进入数字微镜设备之前和之后的光束的角度分布(现有技术)。
具体实施方式
现在参照附图，将给出根据本发明的实施例的描述。相应的元件将用相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
第一实施例
图1是根据第一实施例的图像投影装置100的框图。图像投影装置包括光源单元、照明光学系统10、光路偏转镜11、全反射棱镜(第一光学系统)12、分色棱镜(第二光学系统)13、第一图像显示元件14、第二图像显示元件15和投影光学系统16。光源单元包括蓝色激光光源1、正透镜2、负透镜3、二向色镜4、聚光透镜5、荧光体(或荧光)轮6、准直透镜7、中继透镜系统8和光路偏转镜9。第一图像显示元件14和第二图像显示元件15是镜面反射型图像显示元件，例如DMD。每个图像显示元件可以从其中多个微镜处于ON状态且沿图像显示区域的法线方向反射光束的第一状态和其中多个微镜处于OFF状态且沿相对于该法线方向倾斜的方向反射光束的第二状态中的一个转移到另一个。投影光学系统16将来自照明光学系统的光投射到投影表面上。在本实施例中，全反射棱镜12和分色棱镜13构成颜色分离和组合系统。光学单元包括光源单元、颜色分离和组合系统、第一图像显示元件14和第二图像显示元件15。
布置多个蓝色激光光源1以产生蓝光，每个都具有450nm的主波长。从多个蓝色激光光源1发射的多个光束作为平行光束朝向正透镜2行进。这里，图中实线所示的箭头L1表示蓝光。蓝光L1由正透镜2会聚并由负透镜3准直。由此，蓝光L1的宽度被设定为适当的尺寸。从负透镜3发射的蓝光L1进入二向色镜4。二向色镜4具有反射470nm以下波长带的光并透射470nm以上波长带的光的光谱特性。因此，蓝光L1被二向色镜4反射并进入聚光透镜5。入射在聚光透镜5上的蓝光L1会聚在荧光体轮6上。
在荧光体轮6中，在诸如高反射铝的具有高导热率的金属轮的圆周上形成荧光体层，在荧光体层中通过粘结剂固定荧光体构件。在荧光体层的部分区域中，金属轮被切口，并且代之以形成透光扩散层。扩散层可以是磨砂玻璃或微透镜阵列。当荧光体轮旋转时，蓝光L1可以汇集在荧光体层上，或者蓝光L1可以汇集在扩散层上。
当蓝光L1会聚在荧光体层上时，蓝光L1被荧光体构件吸收，并且荧光体构件被激发。结果，蓝光L1被转换成由图中的虚线指示的荧光Lphos，其具有480nm至700nm的宽光谱分布。荧光Lphos在所有方向上产生，但由于荧光体轮6的基板是具有高反射率的金属轮，因此大多数分量被反射并朝向聚光透镜5行进。
入射在聚光透镜5上的荧光Lphos进入二向色镜4。如上所述，二向色镜4具有透射470nm以上波长带的光的光谱特性。因此，荧光Lphos穿过二向色镜4并从光源单元发射到照明光学系统10。
另一方面，当蓝光L1会聚在扩散层上时，蓝光L1在透射通过扩散层的同时扩散并进入准直透镜7，因为金属轮在对应于扩散层的区域中被切口。入射在准直透镜7上的蓝光L1经由中继透镜系统8和光路偏转镜9再次进入二向色镜4。由于蓝光L1从图中的上侧行进到二向色镜4，因此它向照明光学系统10反射并从光源单元发出。通过旋转荧光体轮6，从光源单元顺序地发射蓝光L1和荧光Lphos。
入射在照明光学系统10上的光束由照明光学系统10转换成适当的形状，并经由偏转镜11被引导到颜色分离和组合系统。照明光学系统10包括光学元件，例如，蝇眼透镜、棒积分器和将来自它们的光束叠加在图像显示元件上的聚光透镜，以便均匀地照亮图像显示元件，但是这里将省略其描述。
图2A至图2C是根据本实施例的颜色分离和组合系统的配置图。图2A至图2C分别示出了颜色分离和组合系统的三维图、侧视图和俯视图。全反射棱镜12是光学元件，其中两个棱镜经由P1平面(第一光学平面)接合。当光束进入全反射棱镜12时，光路通过P1平面上的全反射而弯曲。偏转的光束进入分色棱镜13。约10μm的气隙层与P1平面相邻。
分色棱镜13是经由P2平面(第二光学平面)接合两个三角形棱镜的光学元件，并且具有反射430nm至480nm的蓝光带和600nm至700nm的红光带并透射490nm至590nm的绿光带的光谱特性。本实施例在P2平面中包括介电多层膜。
从光源单元发射并由P1平面全反射的具有480nm至700nm的光谱分布的荧光Lphos被P2平面分离成红光L2和绿光L3。红光L2被分色棱镜13的P3平面(第三光学平面)全反射并进入第一图像显示元件14。绿光L3被分色棱镜13的P4平面(第四光学平面)全反射并进入第二图像显示元件15。从光源单元发射的蓝光L1被P2平面反射，然后被P3平面全反射，并进入第一图像显示元件14。
现在参照图3A和图3B，将给出入射在DMD上的光的行为的描述。图3A和图3B示出了入射在DMD上的光的行为。图3A和图3B分别是DMD的透视图和正视图。照明光(下文中为IN光)相对于DMD的法线斜入射。当微镜在DMD中处于ON状态时，微镜沿yz截面倾斜。因此，当照明系统IN沿yz截面斜入射时，ON光沿DMD的图像显示区域的法线方向行进。“法线方向”还包括基本上被视为法线方向或“基本上法线方向”的方向。当微镜处于OFF状态时，微镜沿xz截面倾斜。因此，当IN光沿yz截面斜入射时，OFF光沿具有yz截面和xz截面的矢量分量的对角线方向行进。包围IN光、ON光和OFF光的圆形形状表示当光进入DMD或从DMD发出时光的角度分布。
从每个图像显示元件发射的ON光在P3和P4平面上再次全反射，行进到P2平面，被色彩组合，然后重新进入P1平面。P1平面被配置为当微镜切换到ON状态时透射ON光。因此，ON光被引导到设置在全反射棱镜12的透射光路侧的投影光学系统16，并且显示图像。由于从光源单元顺序地发射蓝光L1和荧光Lphos，因此可以通过与该切换周期同步地在两个图像显示元件之间切换输入图像信号来投影全色图像。
诸如用于驱动元件的驱动电路板和用于冷却的散热器的构件布置在每个图像显示元件的后表面上。图像显示元件单元包括每个图像显示元件和设置在后表面上的构件。为了设置图像显示元件单元，需要大于图像显示元件的图像显示区域的面积且大于图像显示元件的体积的空间。因此，需要适当地确定分色棱镜13的尺寸，以避免图像显示元件单元之间的或者图像显示元件单元与分色棱镜13之间的干扰。
图4A至图4C将普通的分色棱镜和本实施例的分色棱镜13相互比较。图4A至图4C分别示出了立方体型分色棱镜、菲利普型分色棱镜和根据本实施例的分色棱镜13。
图4A中所示的立方体型分色棱镜导致图像显示元件单元之间的干扰，因此如果图像显示元件单元变大，则应该使分色棱镜更大或者应该将图像显示元件与分色棱镜分开。
在图4B中的菲利浦型分色棱镜中，在分色棱镜和图像显示元件单元之间可能发生干扰。为了避免这个问题，需要将图像显示元件与分色棱镜分开，但是由于从图像显示元件发出的光束具有角度分布，所以分色棱镜的尺寸随着图像显示元件与分色棱镜分开而增加。
在图4C中的根据本实施例的分色棱镜13中，P2平面(直接)将来自P1平面的光中的红光和蓝光引导到P3平面，并引导绿光到P4平面，该绿光具有与来自P1平面的光中的红光和蓝光中的每一种的波长不同的波长。P3平面全反射来自P2平面的红光和蓝光以将其引导到第一图像显示元件14，并且全反射来自第一图像显示元件14的光以将其引导到投影光学系统16。P4平面全反射来自P2平面的绿光并将绿光引导到第二图像显示元件15，并且全反射来自第二图像显示元件15的光以将其引导到投影光学系统16。利用这种配置，本实施例将第一图像显示元件14和第二图像显示元件设置成经由分色棱镜13彼此面对。因此，例如，通过增大散热器的尺寸以增强冷却性能，即使图像显示元件单元变得更大，也可以消除为避免图像显示元件单元之间的或者图像显示元件单元与分色棱镜13之间的干扰的浪费空间。因此，本实施例可以使分色棱镜比现有技术小得多。只要分色棱镜13的尺寸相同，就可以增加图像显示单元的尺寸，从而可以增加散热器的尺寸以增强冷却性能，并且驱动电路可以具有设计自由。
此外，本实施例可以适当地处理OFF光。图5A和图5B是根据本实施例的OFF光处理的说明图。图5A示出了分色棱镜13的OFF光处理的说明性配置。如图3A和图3B所示，当IN光的入射方向是沿yz截面时，对于图像显示元件，OFF光不仅在yz截面上具有矢量分量，而且在xz截面上也具有矢量分量。如图5A中所示，xz截面是与P2、P3和P4平面正交的截面。yz截面是与xz截面正交且与P1平面正交的截面。换句话说，颜色分离和组合系统具有与yz截面正交的P1平面和与彼此正交的xz截面和yz截面之中的xz截面正交的P2、P3和P4平面。这里，术语“正交”包括基本正交或“几乎正交”。
因此，由虚线指示的OFF光以小于被P2平面色彩分离的第一颜色光和第二颜色光在P3和P4平面上的入射角以及ON光在P3和P4平面上的入射角的角度进入P3和P4平面。因此，通过设置每个表面的角度使得OFF光以小于临界角的角度进入P3和P4平面，OFF光透射通过P3和P4平面。通过在透射OFF光到达的位置处布置诸如金属吸收体的OFF光处理单元(不必要光处理单元)D1和D2，可以适当地处理OFF光。
本实施例通过使用根据临界角的光路切换在P3和P4平面上透射OFF光来处理OFF光。因此，与现有技术不同，不需要在分色棱镜13中确保额外的光路以确保OFF光的光路。
图6A和图6B比较光束进入DMD之前和之后的光束的角度分布。图6A示出了在传统分色棱镜的情况下的光束的角度分布。图6B示出了当使用根据本实施例的分色棱镜13时的光束的角度分布。如图6A所示，现有技术沿x方向增加分色棱镜的宽度W1，以防止OFF光在分色棱镜中散射。另一方面，如图6B所示，本实施例可以仅确保IN光和ON光在分色棱镜13的宽度W2中通过的宽度，以便通过P3和P4平面透射OFF光。因此，本实施例可以使分色棱镜13更加小，并且减小投影光学系统16的后焦距。
本实施例用于根据临界角切换光路，因此可以在远离ON光的方向上发射OFF光。因此，与现有技术不同，OFF光不被引导到ON光正上方的位置。特别地，在P4平面侧的光路中，OFF光可以在与投影光学系统16相反的方向上透射，因此可以避免OFF光混合到投影光学系统16中，这与P3平面侧的光路不同。本实施例经由P4平面将绿光引入第二图像显示元件15。通过将相对视觉灵敏度高并且当其成为重影时容易可见的绿光引导到有利于OFF光处理的一侧，可以进一步减少重影的风险。
可以将抗反射膜施加到P4平面。虽然P3平面也透射ON光并且通常需要抗反射膜，但P4平面仅透射OFF光。如果仅考虑ON光的光路，则不必将抗反射膜施加到P4平面。然而，考虑到OFF光的光路，通过将抗反射膜应用于P4平面，可以在P4平面上减少OFF光的反射，并且可以更适当地处理OFF光。
从图像显示元件单元的干扰的观点来看，甚至如图5B所示的对于图5A的配置的分色棱镜13的右和左反转的配置也可以提供小型化效果。然而，可能没有比图5A的配置更适当地处理图5B的配置中的OFF光，因为OFF光确实透射通过P3和P4平面。因此，当光源的亮度相对较低并且OFF光处理不显著时，可以使用图5B的配置。
如上所述，本实施例的配置可以使用于将光引导到镜面反射型图像显示元件的分色棱镜13更小，并且适当地处理OFF光(不必要的光)。
第二实施例
通过调整照明光学系统10的形状和配置，本实施例可以使xz截面上的入射光束的角度分布小于yz截面上的角度分布。通过使用偏心蝇眼透镜或锥形棒积分器作为通常在照明光学系统10中设置的蝇眼透镜或棒积分器，可以容易地实现这种不对称的角度分布。由于该技术是众所周知的，因此将省略其描述。本实施例的其他光学配置与第一实施例的相同，并且将省略详细描述。
图7A和图7B将在光束进入图像显示元件之前和之后的光束的角度分布相互比较。图7A示出了根据第一实施例的光束的角度分布。图7B示出了根据本实施例的光束的角度分布。在图7A中，IN光(入射光束)的角度分布是圆形的，并且IN光在xz截面上的角度分布和IN光在yz截面上的角度分布彼此相等。在图7B中，IN光的角度分布是椭圆形的，并且IN光在xz截面上的角度分布小于IN光在yz截面上的角度分布。换句话说，存在均包括图像显示元件的法线且彼此正交的第一截面(xz截面)和第二截面(yz截面)，并且在入射在图像显示元件上的入射光束的角度分布之中，第一截面上的入射光束的角度分布小于第二截面上的入射光束的角度分布。如第一实施例中所述的那样，yz截面与P1平面正交，并且xz截面与P2、P3和P4平面中的每一个正交。
根据本实施例的配置通过P3和P4平面透射OFF光。如在第一实施例中所述的那样，本实施例使用根据临界角的光切换来透射OFF光，因此当xz截面上的入射光束的角度分布过宽时，OFF光的一部分具有临界角或者更高，并且朝向投影光路侧全反射。本实施例可以通过减小xz截面上的入射光束的角度分布来抑制泄漏光分量，并且适当地处理OFF光。
通常，入射光束的减小的角度分布降低照明光学系统中的光利用效率。因此，本实施例通过增大与xz截面正交的yz截面上的入射光束的角度分布来抑制光利用效率的劣化。即使yz截面上的入射光束的角度分布增加，也不会对OFF光处理产生不利影响。
如上所述，除了第一实施例中描述的效果之外，本实施例的配置还可以在适当地处理OFF光的同时保持光利用效率或投影图像的亮度。此外，由于入射光束在xz截面上的角度分布变窄，因此该截面上的分色棱镜13的宽度W3可以更加小。该配置可以进一步缩短投影光学系统16的后焦距。
第三实施例
在本实施例中，分色棱镜13的配置与第一实施例的配置不同。本实施例的其他光学配置与第一实施例的相同，因此将省略其详细描述。
图8A至图8C是根据本实施例的颜色分离和组合系统的配置图。图8A至图8C分别示出了颜色分离和组合系统的三维图、侧视图和俯视图。在本实施例中，分色棱镜13是光学元件，其中三个三角形棱镜经由P2和P3平面接合。如图8A至图8C所示，除了第一实施例的配置之外，分色棱镜13还包括具有P5平面的附加棱镜。在本实施例中，气隙层与P3平面(类似于P1平面)相邻。P2平面(直接)将来自P1平面的光之中的红光和蓝光引导到P3平面，并(直接)引导绿光到P4平面，该绿光具有与来自P1平面的光之中的红光和蓝光中的每一种的波长不同的波长。P3平面全反射来自P2平面的红光和蓝光以将它们引导到第一图像显示元件14，并且全反射来自第一图像显示元件14的光以将其引导到投影光学系统16。P4平面全反射来自P2平面的绿光并将其引导到第二图像显示元件15，并且全反射来自第二图像显示元件15的光以将其引导到投影光学系统16。
图9解释了根据本实施例的OFF光处理。在本实施例中，P5平面全反射透射通过P3平面的OFF光，并将其引导到设置在附加棱镜的出射侧的OFF光处理单元D1。由于第一实施例直接将透射通过P3平面的OFF光引导到OFF光处理单元D1，因此OFF光处理单元D1设置在投影光学系统16的侧表面附近。在这种情况下，部分光可能会进入全反射棱镜12的侧表面以及投影光学系统16。另一方面，在本实施例中，P5平面全反射透射通过P3平面的OFF光并将其引导到OFF光处理单元D1。换句话说，可以将OFF光引导到与设置投影光学系统16和全反射棱镜12的一侧不同的一侧。因此，杂散光不太可能进入投影光学系统16。类似于第一实施例，P4平面透射OFF光。
此外，本实施例中的P2平面包括分色介电多层膜，但是膜表面与光束的角度比第一实施例的浅。这种配置可以降低膜的设计难度。
P3平面可以设置有介电多层膜，该介电多层膜截断具有诸如500nm波带和600nm波带的预定波长的光。如果选择性地截断500nm或600nm波带的光，则可以扩展投影图像的绿色或红色再现范围，但是截断后的光变为不必要的光。由于OFF光处理单元D1可以通过P5平面上的全反射同时处理截断后的光，因此根据本实施例的配置不需要用于扩展色域的新的OFF光处理单元。
第四实施例
本实施例与第一实施例的不同之处在于，除了第三实施例中描述的分色棱镜的配置之外，第三图像显示元件17设置在附加棱镜的一个表面上。根据本实施例的其他光学配置与第一实施例的相同，因此将省略其详细描述。
图10A至图10C是根据本实施例的颜色分离和组合系统的配置图。图10A至图10C分别是颜色分离和组合系统的三维图、侧视图和俯视图。P2平面(直接)将来自P1平面的光之中的蓝光引导到P3平面，并且(直接)将来自P1平面的光之中的具有与蓝光的波长不同的波长的绿光引导到P4平面。P3平面全反射来自P2平面的蓝光并将其引导到第一图像显示元件14，并且还全反射来自第一图像显示元件14的光并将其引导到投影光学系统16。P4平面全反射来自P2平面的绿光并将其引导到第二图像显示元件15，并且全反射来自第二图像显示元件15的光以将其引导到投影光学系统16。
在本实施例中，除了与第三实施例的气隙层相同的气隙层之外，P3平面还包括反射600nm至700nm的红光带的介电多层膜。由此，红光被P3平面反射，并通过P5平面的全反射被引导到第三图像显示元件17。如上所述，蓝光进入第一图像显示元件14，并且绿光进入第二图像显示元件15。由此，上述实施例可以分别向三个图像显示元件分配已被划分到两个图像显示元件的红光、绿光和蓝光。在上述实施例中，从光源单元顺序地发射蓝光和荧光，并且通过两个图像显示元件与切换定时同步地输入图像信号，可以在时分显示中投影全色图像。然而，时分显示不可避免地引起所谓的色断(color break)现象，其中在投影图像中视觉识别出颜色的瞬时变化。本实施例提供了对应于红光、绿光和蓝光的三个图像显示元件，并且可以防止色断现象。
图11解释了根据本实施例的OFF光处理。从第一图像显示元件14和第二图像显示元件15发射的OFF光的行为与第三实施例的相同。换句话说，OFF光透射通过P4平面并被引导到OFF光处理单元D2，并且OFF光透射通过P3平面并然后被P5平面全反射并被引导到OFF光处理单元D1。本实施例在设置OFF光处理单元D1的一侧设置第三图像显示元件17，但由于OFF光在yz方向上具有矢量分量，因此OFF光处理单元D1可以设置在第三图像显示元件17的y方向的正上方。
此外，在本实施例中，由于从第三图像显示元件17发出的OFF光因为该配置而不能通过P5平面，所以它被P3平面反射并且行进到投影光学系统16侧如图11所示。换句话说，可能会发生杂散光。因此，入射在第三图像显示元件17上的彩色光可以是红光、绿光和蓝光之中具有最小功率的红光。
虽然针对示例性实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。
例如，可以使P2平面中的颜色分离的波长带不同。上述实施例透射绿光，但是可以透射绿光和蓝光。在被配置为发射蓝色激光和荧光的白色光源单元中，当白平衡被适当地设置为图像投影装置时，光功率倾向于按照红光、蓝光和绿光的顺序更大。更适合于OFF光处理的P4平面可以透射具有高功率的绿光和蓝光以在然后强烈冷却的金属吸收体中吸收它们，以简化具有低功率的红光进入的P3平面侧上的OFF光处理机制。

Claims (8)

1.一种颜色分离和组合系统，被配置为将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统，所述颜色分离和组合系统包括：
第一光学系统，包括第一光学平面；和
第二光学系统，包括第二光学平面、第三光学平面和第四光学平面，
其特征在于，第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面，
其中，第二光学平面将来自第一光学平面的光之中的第一颜色光引导到第三光学平面，并将来自第一光学平面的光之中的具有与第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光引导到第四光学平面，
其中，第一图像显示元件和第二图像显示元件中的每一个均被配置为从沿图像显示区域的法线方向反射光束的第一状态和沿相对于该法线方向倾斜的方向反射光束的第二状态中的一个转移到第一状态和第二状态中的另一个；
其中，第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一状态的第一图像显示元件的光全反射向投影光学系统，
其中，第三光学平面透射来自第二状态的第一图像显示元件的光，
其中，第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第一状态的第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统，以及
其中，第四光学平面透射来自第二状态的第二图像显示元件的光。
2.根据权利要求1所述的颜色分离和组合系统，还在第四光学平面上包括抗反射膜。
3.根据权利要求1所述的颜色分离和组合系统，其特征在于，第二颜色光是绿光。
4.根据权利要求1所述的颜色分离和组合系统，其特征在于，第一截面被设置为与第二光学平面、第三光学平面和第四光学平面中的每一个正交并包括第一图像显示元件的法线的截面，并且，第二截面被设置为包括第一图像显示元件的法线的截面，并且
其中，入射在第一图像显示元件或第二图像显示元件上的入射光束的角度分布之中，第一截面的角度分布小于第二截面的角度分布。
5.根据权利要求1所述的颜色分离和组合系统，其特征在于，第三光学平面包括气隙层。
6.根据权利要求5所述的颜色分离和组合系统，还包括介电多层膜，该介电多层膜被配置为在第三光学平面上反射预定波长的光。
7.一种颜色分离和组合系统，包括棱镜光学系统，并且被配置为使用棱镜光学系统将来自光源的光引导到第一图像显示元件和第二图像显示元件，组合来自第一图像显示元件和第二图像显示元件的光，并将组合光引导到投影光学系统，
其特征在于，所述棱镜光学系统包括：
第一光学平面；
第二光学平面；
第三光学平面；和
第四光学平面，
第一光学平面将来自光源的光引导到第二光学平面，
其中，第二光学平面将来自第一光学平面的光之中的第一颜色光引导到第三光学平面，并将来自第一光学平面的光之中的具有与第一颜色光的波长不同的波长的第二颜色光引导到第四光学平面，
其中，第一图像显示元件和第二图像显示元件中的每一个均被配置为从沿图像显示区域的法线方向反射光束的第一状态和沿相对于该法线方向倾斜的方向反射光束的第二状态中的一个转移到第一状态和第二状态中的另一个；
其中，第三光学平面将第一颜色光全反射向第一图像显示元件，并且将来自第一状态的第一图像显示元件的光经由第二光学平面全反射向投影光学系统，
其中，第三光学平面透射来自第二状态的第一图像显示元件的光，
其中，第四光学平面将第二颜色光全反射向第二图像显示元件，并且将来自第一状态的第二图像显示元件的光全反射向投影光学系统，以及
其中，第四光学平面透射来自第二状态的第二图像显示元件的光。
8.一种图像投影装置，包括：
光源；
第一图像显示元件；
第二图像显示元件；
照明光学系统，被配置为使用来自光源的光照射第一图像显示元件和第二图像显示元件；和
根据权利要求1至7中任一项所述的颜色分离和组合系统。
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