CN1224854A - 使用全内反射棱镜的高效双空间光调制器投影仪 - Google Patents

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Abstract

一种工作在帧序制色彩模式的显示装置,具有至少两个光阀,它们被来自色彩轮的相同偏振不同色彩的光束照射。光阀提供成像光到投影透镜用来将成像光投影到屏幕上。轮具有彼此偏移的前表面和后表面,具有不同色彩的部分用来在前后表面色彩部分的不同色彩重叠时将偏振光分成同时的色彩不同的光束。当前表面和后表面平行时,来自前后表面的两束光彼此平行。或者,当前表面和后表面相交时,两束光方向不同。

Description

使用全内反射棱镜的 高效双空间光调制器投影仪
本发明涉及依次照亮并且在至少两个光阀上成像的投影显示装置，更具体地，针对于使用全内反射棱镜和有两个面用来以不同色彩的光同时照亮两个光阀的旋转的轮的投影显示装置。
一般地，传统投影显示装置有三个光阀或空间调光器(SLM)。为了减少投影显示装置的成本和复杂性，使用帧序制的色彩模式，其中只有一个SLM被用来产生全色彩图像，而不是三个SLM分别对应每个原色，红(R)，绿(G)，蓝(B)。
在使用帧序制的色彩模式方法的投影显示装置中，使用单个SLM通过三原色的时间平均产生一个全彩色图像。单个SLM被三个RGB光线依次照射，每个时刻一种色彩。例如，单个SLM首先被设定为具有红色图像数据的形式，并且在三分之一帧时间内暴露在红光中。其次，单个SLM被设定为具有绿色图像数据的形式，并且在第二个三分之一帧时间内暴露在绿光中。最后，单个SLM被设定为具有蓝色图像数据的形式，并且在最后三分之一帧时间内暴露在蓝光中。全色彩图像是不同子帧的三种单色光的时间平均。单个SLM的这种依次照射要求SLM在三倍于每种色彩的照射或刷新率下工作。例如，如果全色彩帧以60Hz更新，那么SLM必须以180Hz工作。
虽然使用单个SLM，而不用三个SLM，减少了显示的成本和复杂性，这样的传统单个SLM显示装置有几个缺点。第一，SLM必须在较高频率下工作，通常三倍正常视频帧频率。第二，传统单个SLM显示装置由于某一时刻只用一种色彩而相对效率较低，这样放弃了白光光源的2/3。效率实际上比1/3还低，由于部分帧时间必须被保留作为电子数据寻址和SLM稳定所需的一段时间，称作静寂时间。例如，由于可为单个SLM显示每种色彩利用的液晶(LC)材料的响应时间可达很多毫秒，这个静寂时间可能是帧时间，例如1/180秒(或5.6毫秒)的一半或多一半。
如图1所示，不是单个SLM，投影系统10有两个SLM12,14用来提高操作帧序制色彩模式的性能。这样一个使用了两个SLM的投影显示装置10是美国Doany等人的专利No.5,517,340中被描述的，其中提高是通过使用色彩轮16交替地照明实现的。在这种情况下，某一时刻只有一个SLM被照明。这允许重设数据和液晶显示的半帧时间，并且使两个SLM中的每一个稳定，因此消除了传统显示装置在帧序制色彩模式中使用单个SLM显示所需的静寂时间。两个SLM在每个频率90Hz而不是180Hz工作产生60Hz的组合图像视频频率。每个SLM仍有50％的静寂时间，但是，由于两个SLM12,14中总有一个被照明，组合双SLM系统10没有静寂时间。尽管双SLM结构10消除了静寂时间条件，光谱效率仍只有1/3。
如图1所示，光源18给偏振光分光器(PBS)管20提供白光。PBS20有一涂层用来反射一种线偏振光，比如s-偏振，而透射其它偏振，比如p-编振。PBS管20用有不同偏振的光照明两个SLM12,14。例如，PBS管20用s-偏振光照明一个SLM12，用p-偏振光照明另一个SLM14。PBS管重组从两个SLM12,14发射的图像，形成一个通过投影透镜22投影到投影屏24的色彩图像。
在帧序制色彩模式操作下的两个SLM投影显示装置10，对于每一个SLM有50％工作周期(或50％开时间，50％关时间)。图2所示是图1所示传统双SLM投影显示装置10的时序图100。如图1和2所示，色彩轮16有六个部分并且以1/30秒(33.3ms)的时间间隔旋转整一周。
色彩轮16的六个部分包括两个在连续色彩间变换偏振方向的红，绿和蓝(RGB)帧，如图1和2所示R-s,G-p,B-s,R-p,G-s和B-p，其中s和p是光的相互正交的两个线性偏振态。接收s-偏振光的SLM12如图2中SLM-1所示，另一个接收p-偏振光的SLM14如SLM-2所示。
如图2所示，当色彩轮16转过六个部分时，整个系统在33.3ms的周期10内通过RGB帧两次，相当于通过两个RGB帧。因此，一个全色彩帧每1/60秒(16.67ms)转一周，或60Hz，如图2所示时间周期115。
为了提供一个总体60Hz的工作频率，不是由单个SLM投影显示装置以180Hz的SLM工作频率工作，而是传统的双SLM投影显示装置10(图1)的每个SLM12,14都仅以90Hz工作，尽管整个视频频率是60Hz。每个SLM12，14有一个1/90秒(11.1ms)的刷新周期120，并且1/180秒(5.556 ms)“开”，1/180秒(5.556ms)“关”或“死寂”，如图2参考标号130所示。两个SLM12,14以反相工作，其中一个SLM是“开”，另一个SLM是“关”。
在适当条件下，(比如，低电压液晶材料，极小的液晶晶格间隙，和使用较高的工作电压)，液晶(LC)响应时间能够被减少到2ms以下。被传统双SLM投影显示装置10分配的时间比2ms长很多，比如图2所示的5.356ms的周期130。因此，图1中传统的双SLM投影显示装置10是低效的，因为它允许比所需要2ms的LC响应时间还多的关时间。
另外，图1所示的传统双SLM投影显示装置10一次只使用一个SLM。因此，必须保持且不能超过50％的占空比，这限制了传统双SLM投影显示装置的效率。因此，需要一个高效率的全色彩投影显示装置。
另外，图1所示的传统双SLM投影显示装置10的对比度是有限的。改进PBS管20的涂层可增加对比度。但是基于改进PBS管20的涂层来增加对比度是困难的。
为了得到大于100∶1的对比度，PBS涂层必须高效地工作于对整个可见光谱的s-偏振光反射大于99％，同时对p-偏振光的透射大于99％的发射情形之下，而且照射角在合理的范围之内(如：±10度)。目前可得的光学涂层的性能不能满足于实现这些目的。虽然s-反射大于99％是可能的，但是在大角度(在10度的量级)的大于99％的p-透射则是困难的。
使用发射SLM和PBS的典型光学系统必须包括一个在PBS的反射轨迹上的吸收整形薄偏振片膜以确保足够的对比特性。图1所示的传统双SLM投影显示装置10中使用了色彩轮16，两个偏振同时利用。因此，不可能包括整形偏振片。因此，需要一个高效率高对比度且允许使用整形偏振片，且不需要改进PBS涂层的全色彩投影显示装置。
本发明的目的是提供可消除传统光学系统中存在问题的一种光学装置。
本发明的另一个目的是提供一种具有提高的效率和对比度的光学系统。
本发明的另一个目的是提供一种具有降低的静寂时间以增加占空比的光学系统。
本发明的这些和其它目的通过一个工作在帧序制色彩模式下的显示装置得以实现，该显示装置具有至少两个使用由一个色彩轮提供的具有相同偏振的不同色彩的光束同时照射的光阀。光阀提供一束成像光到投影透镜以投影成像光到屏幕。
色彩轮具有彼此分别偏移的前表面和后表面，且具有不同色彩的色彩部分可在前后色彩部分的不同色彩重叠时将偏振光分隔成同时的不同色彩的光束。当前后色彩部分相互重叠时，由前表面和后表面的部分相结合造成的间隔一个的结合部分包括双色带，用于同时提供第一和第二色彩光束以同时地用第一色彩照射一个光阀用第二色彩照射另一个光阀。
在一个实施方案中，当前表面和后表面平行时，来自于前表面和后表面的两个光束彼此平行。在另一个实施方案中，前表面和后表面相交形成楔形。在这一情形中，两个光束方向不同。
前后色彩部分彼此相对偏离且分别具有无色部分使得一种色彩的光束提供给一个光阀。前后无色部分也彼此相对偏离。色彩轮旋转以用不同色彩的光同时依次照射光阀。
显示装置进一步包括棱镜组件，如全内反射棱镜，用来反射来自于色彩轮各表面之一的有色光束中的一束，并向其它光阀透射来自于其它色彩轮表面的其它有色光束。此外，棱镜组件使来自于光阀的成像光重组，这些光阀可能透射或反射。棱镜组件具有矩形或菱形截面且包括两个具有第一折射系数的三角形棱镜。两个三角形棱镜用具有低于第一折射系数的第二折射系数的材料分隔开。例如，两个三角形棱镜用空气隙分隔。
本发明的进一步特征和优点将通过考虑下面参照附图进行的详细描述变得清楚易懂，它们详细描述并显示了本发明的各个优选实施方案，其中在所有附图中用相同的标号指定相同的部件，且其中：
图1显示了传统投影显示装置，工作于帧序制色彩模式，且具有两个空间调光器(SLM)和一个色彩轮；
图2显示了示于图1的传统投影显示装置的正时间图；
图3显示了根据本发明的投影显示装置的正时间图；
图4显示了根据本发明的楔形色彩轮；
图5显示了示于图4的根据本发明的楔形色彩轮的前表面和后表面的反射。
图6显示了根据本发明的具有物理上分离且平行的表面的色彩轮的另一个实施方案；
图7显示了根据本发明的具有反射SLM的投影系统；
图8显示了根据本发明的具有35°的临界角的全内反射棱镜组件；和
图9显示了根据本发明的具有45°的临界角的全内反射棱镜组件。
图3显示了根据本发明的具有两个空间调光器或光阀和一个色彩轮，且工作在详细描述于结合图7的帧序制色彩模式的投影显示装置的时序图150。如图3所示，两个全共享SLM155,160被具有12个发光区域或部分的色彩轮165照射，这些区域或部分随着色彩轮165的旋转而重复。重复照射的顺序或色彩轮165的12个发光区域的顺序是：R+B,R,R+G,G,B+G,B,B+R,R,G+R,G,G+B,和B。
如图3所示，色彩轮165的12个发光区域包括两种色彩发光和一单色彩发光的一定区域。如照射顺序所示的那样，色彩轮165每隔一个色彩部分包括时间重叠的色彩带，或双色带167。作为示例，双色带是：R+B,R+G,B+G,B+R,G+R，和G+B。因此，色彩轮165包括一个每对单色带168之间的双色带167。相反，传统色彩轮16的每个发光部分，如图1和2所示，在任何时间里都只有一种色彩的输出。为了确保双色带中两种色彩后来能够分开，色彩轮同时所选中的两种色彩必须角度明显不同。这种两种不同色彩的光束的分离要求将每一色彩指向不同的SLM。
时间重叠的双色彩带167对SLM155,160而言使每一SLM上照射的占空比大于50％。作为示例，图像刷新率为60Hz，其中每一RGB帧周期为1/60秒(16.7ms)。如图3所示，两个全RGB帧以周期是1/30秒(33.3ms)的时间间隔110循环，对1/90秒(11.11ms)的工作区间170，每个SLM155,160工作在90Hz。每个SLM的11.11ms的周期170包括9.26ms的开区间175和1.85ms的关区间180，因此形成83.4％(9.26/11.1=0.834)的占空比。
传统色彩轮，如图1和2所示的传统色彩轮16，工作在透射方式，且不允许选择两个指向不同独立角度的不同SLM的独立的色彩。为了得到图3描述的期望的色彩控制，其中SLM155,160被使用两种不同色彩通过双色带167同时照射，例如，色彩轮165为楔形具有两个不平行的反射面。使用这样的反射色彩轮，轮的每一表面都能被用于控制输出色彩的选择。
图4显示了具有两个光化学表面305,310的反射色彩轮300的优选实施方案。在该实施方案中，前表面305，最靠近光源，具有分光涂层以沿第一路线315反射一种色彩，同时后表面310具有分光涂层沿第二路线320反射第二种色彩。第三种通过色彩轮300的两个表面305,310透射，例如色彩轮绕中心轴325使用马达327旋转。
图5显示了示于图4的色彩轮300的前表面和后表面305,310的反射率。第一或前表面305由分光涂层提供的反射包括具有分隔不同色彩的无色透射区域330的RGB顺序单元。第二或后表面310由另一个分光涂层提供的反射依次包括下列单元，部分的B,G,R和B的剩余部分，其中不同色彩被无色透射区域330分隔。
除了色彩选择特性以外，色彩轮300还利用彼此不平行或彼此形成楔形而在其间形成一个楔的两个表面305和310进行角控制。由于前后分光反射表面305,310之间具有一个楔，从前表面305反射的色彩出现在一个角度，同时从第二表面310反射的色彩出现在一个不同的角度。两个反射光束315,320的角分离正比于两个反射面315,320之间的(楔)角。因此，同时从两个轮表面305,310在图3所示的双色带167期间反射的两个光束315,320，具有两种不同的色彩且沿两个不同的角度发出。
作为示例，楔形轮300用于结合图7所描述的投影显示装置中，其中使用两个反射的色彩315,320，同时不使用第三个透射色彩340。然而，由于反射色彩轮300分离全部三种色彩，例如，其它光学系统可使用反射的色彩315,320中和所透射的色彩340。
色彩轮300的功能是在两个不同的角度上提供两个同时的色彩带。它对每个输出315,320必须通过三个色彩带的独立循环。这通过前表面反射涂层，后表面反射涂层，和轮300的两个反射面之间一个楔，或角分离实现。虽然图3显示了反射色彩轮300的一种形状，若干包括空间分离的两个反射面的特别结构也能提供期望的功能。
图6显示了色彩轮的另一实施方案350。图6中，例如，前后轮反射面355,360物理上分离且彼此平行。这种物理上的分离提供两个空间分离的反射光束365,370。一旦分离，两个光束365,370被独立控制以提供期望的角分离。
反射色彩轮被用于使用偏振白光照射系统的投影仪，该系统例如那些弧光灯和本领域中所知的偏振转换照射光学系统。偏振照射光然后被指向色彩轮。随着色彩轮的旋转，从轮的第一或前表面反射回来的光循环穿过三个色彩带且具有与入射光偏振相同的偏振。同时，从第二或后表面反射回来的光循环穿过三个色彩带且也具有与入射光偏振相同的偏振。然而，从前表面和后表面反射回来的光是分离的，例如，在前表面和后表面形成楔的情形下沿不同角反射。
只要两个表面不在相同的时间选择相同的色彩，前后表面的色彩分离和相对时序是独立的。在色彩轮的反射分光区域或部分之间，每一表面还包括透明区域330(图5)。在这些透明区域330中，没有光线从该表面反射因此提供了两个相继色彩带之间的必要静寂时间。反射光的占空比因此由反射涂层的相对“开”时间到轮表面透射区域330的“关”时间的相对值确定。如结合图3所描述的那样，每个SLM的占空比大于50％，例如，83.4％。
色彩轮的输出，如图4中数字315,320和图6中数字365,370所示，包括两个独立的受控色彩带，彼此物理上分离。在前后表面315,320相交形成楔形的情形，如图4所示，色彩轮输出315,320出现在两个不同的角度上。靠近色彩轮表面315,320，由于输出315,320都来自于同一光源和轮的相同的双色带165(图3所示)，两个色彩带空间相交，其中轮的前后表面相结合并共同地示于图3，并分别示于图5。
输出色彩(图4中的315,320和图6中的365,370)都具有相同的偏振。具有不同色彩但相同偏振的两个输出光束允许全内反射棱镜(TIR)的使用以照射并使两个反射SLM155,160成像。该光学系统减少了PBS管的需要和全部与PBS管的偏振涂层相关的对比限制。
图7显示了一个完整的基于反射SLM的投影系统400，然而透射SLM可用来代替反射SLM。如图7中所示，来自被包入抛物形反射镜410的弧光灯405的光线首先被紫外和红外滤波器或滤波器组滤波以去掉紫外和红外辐射，所说滤波器一同显示在图7中标号415所示。
然后，被滤波的光穿过一个苍蝇眼形积分仪和偏振转换系统(PCS)420以生成均匀强度的偏振光425。等光强面被使用一个聚光透镜430成像在色彩轮上，例如楔形色彩轮。
如结合图4所描述的那样，色彩轮300以两个独立角度反射不同色彩带的两个光束315,320。至少一个照射中继透镜435被用来成像从色彩轮300反射(它的照射面包括两种色彩的光线315,320)的均匀照射面，通过一个全内反射(TIR)棱镜440到两个SLM155,160上。
两个SLM155,160被放置靠近TIR棱镜440的两个相邻的表面以便一个可被透射光照射另一个可被TIR界面445的反射光照射。在照射中继透镜435和TIR棱镜440之间，一个吸收整形偏振片薄膜450被用来确保TIR照射的偏振纯度。
作为示例，TIR棱镜440包括两个玻璃或透明聚合物部件或棱镜，例如，它们由位于它们相对界面445，还可指TIR棱镜440的界面之间的空气隙分离。为简单起见，TIR界面445被选定工作在，例如，45°的临界角，以形成具有矩形截面的TIR棱镜440。然而，不是45°的临界角，和具有不是矩形截面的TIR棱镜，也适用，如将结合图8所描述的那样。作为本领域经常使用的那样，角度是相对于表面法线，例如TIR界面445表面的法线而定义的。棱镜临界角是大于它时所有入射光都被反射的角度。
利用适当的材料制造棱镜可得到45°的临界角，例如玻璃或透明聚合物，具有例如被空气隙分离的大约1.41的折射率。TIR界面是玻璃/空气界面445。在这种形状中，通过玻璃棱镜入射以45°角(相对于其法线)入射到TIR界面445上的光线被定义为临界光线432。临界光线432沿系统的光学轴445透射。TIR界面445，本领域熟知，反射入射角度大于临界光线432的入射光。在图7中用光线315表示。相反，以小于临界光线432的角度入射的光线(它位于光学轴432的另一侧)被通过TIR界面445透射。反射光路线在图7中用光线320表示。
如图7中所描述的那样，楔形反射色彩轮300被使用以确保被第一或前轮表面305反射的第一色彩的光束315总是以大于临界角的角度入射，在图7所示的例子中临界角是45°。楔形反射色彩轮300也被用来确保被第二或后轮表面310反射的第二色彩的光束315总是以小于临界角的角度入射。这一光学形状确保只有来自色彩轮300前表面305的光能到达一个SLM155，后者被从TIR棱镜界面445的反射光照射，且只有来自色彩轮后表面310的光到达另一个SLM160，后者被通过TIR棱镜界面445的透射光照射。
被SLM155,160反射的光线被向后指向TIR界面445，然而，以从轮300入射到TIR界面445上的入射光束的角度的互补角入射。因此，初始时以大于45度角入射到TIR界面(因此被反射)的光线现在将以小于45度角入射并将被通过棱镜界面445透射。相似地，初始时以小于45度角入射(初始时被透射)的光线将被TIR界面445反射。
如图7所述，这一光的路线将两种色彩的光，用实线和虚线示出，从棱镜440指向投影透镜455。一种色彩出现在棱镜光学轴的一侧，同时第二种色彩出现在棱镜光学轴相反的一侧。在到达投影透镜455之前，光线首先通过，例如，检偏器460。输出检偏器460被定向为垂直于射入偏振片450。输入和输出偏振片450,460，去掉不希望的偏振并增加对比度。
在一个实施方案中，输入偏振片450的偏振方向垂直于输出偏振片或检偏器460的偏振方向。在这种情形下，输出检偏器460仅仅透射(即，明亮状态)被SLM以本领域已知的方式旋转的成像光，并吸收(即，黑暗状态)任何不旋转的光。
或者，在另一实施方案中，输入偏振片450的偏振方向平行于输出偏振片460的偏振方向。在这种情形下，输出检偏器460仅仅透射(即，明亮状态)未被SLM旋转的成像光，并吸收(即，黑暗状态)任何旋转的光。
虽然图7描述了一种工作于45度角使用空气隙和具有1.41折射率的玻璃棱镜的TIR棱镜，但是也可使用其它具有任何折射率的玻璃或透明材料。在这种情形下，临界角，角度大于它的光线将被发射，不是45度。
图8描述了一种工作在临界角35度的TIR棱镜组件500。像前面定义的那样，35度的临界角是TIR表面的法向和光学轴505之间的夹角。在这种情形下，棱镜组件500的截面形状不是图7所示棱镜440的矩形而是菱形。作为示例，35度的临界角使用玻璃-空气界面获得，其中玻璃的折射率大约1.74。如图8所示，照射光束的中心线或光学轴505相对图5所示的光学轴432歪斜20度。因此，菱形棱镜500的侧面相对于图7中矩形棱镜歪斜20度。具体地，不是具有矩形棱镜440(图7)的四个90度角，菱形棱镜500具有两个呈对角线相对的70度锐角，和两个呈对角线相对的110度钝角。
图7和图8所示的TIR棱镜形状都使用玻璃-空气界面工作，如图7中数字445和图8中数字510所示。还可能使用高折射率材料和低折射率材料界面上的TIR效应。
图9描述一种使用两个高折射率玻璃的单元555,560的TIR棱镜550，它仍可工作在45度。45度临界角利用TIR棱镜组件550的两个阀555,560之间低折射率薄膜560获得，而不是在其间具有空气隙。例如，利用低折射率光学材料565，如具有1.38折射率的氟化镁，作为折射率为1.95的两个棱镜单元555,560之间的界面材料，来保持45度临界角570。
回到图7，上述光学形状的结果是投影透镜455只有一半光瞳被用来成像第一SLM155，另一半用来成像第二SLM160。这意味着投影透镜455的数值孔径(NA)必须大于照射中继透镜的NA。为了达到最大照射能力，照射NA可被制成不对称的。
根据结合图7的描述，反射光有正角(大于临界角)和透射光有负角(小于临界角)的TIR效应仅适用于一个平行的输入平面内入射角的变化，在图7指纸面所在的平面。改变与平行平面正交的垂直平面内的入射角没有影响。因此，对于一个具有大约35°(±17.5°)全角接收范围的0.3NA的投影透镜455，光源可被加工成一个维度具有大约17°角范围同时保持相对维度的整个35°。简单的成像光线路线(仅仅包括TIR棱镜440和检偏器薄膜460)方便了较高NA投影透镜的使用。
照射中的不对称NA通过在照射光学系统中使用变形光学器件产生。例如，在苍蝇眼形积分仪420中，透镜元件的外形比可被通过将一边长度加倍来修改，而且可使用一个变形聚光镜来生成合适的外形比照射其中一个维度是另一个维度角范围的二倍。或者，不用变形聚光透镜，也可采用一个变形照射中继透镜，或聚光镜和中继透镜都可是变形的。
附加的性能增强方案也能够加入本光学系统。例如，来自TIR界面的复合角反射导致照射的去偏振。这降低了投影仪400的对比度。然而，SLM155,160附近光学延迟薄膜的使用可消除反射光的去偏振。
检偏器460必须吸收全部暗态的光线。为了避免偏振片460的过热，可使用风扇提供气流冷却该偏振片460。或者，可将一个偏振光分光器(PBS)管加入到检偏器薄膜460和TIR棱镜440之间。PBS会反射大多数暗态偏振光因此极大地降低会被偏振器薄膜460吸收的光的量。
根据本发明的投影装置是高效的双SLM投影仪，利用基于偏振的反射SLM工作在帧序制色彩模式。获得的高效是利用两个不同色彩的光同时照射两个SLM以使两个SLM都工作在大于50％占空比的结果。每个SLM依次循环通过三个原色，RGB。
用两个不同色彩高效地照射两个SLM的能力，以及保持色彩顺序照射的能力是通过能同时选择两种色彩的反射色彩轮的使用而得到的。色彩轮的两个表面都具有反射涂层，前表面选择第一色彩，后表面选择第二色彩。
在一个实施方案中，色彩轮的两个表面彼此相对成楔形因此允许两个选择的色彩角分离。一个具有空气隙的棱镜，例如，被用来选择性地将两种色彩的每一种指向适合的SLM。该棱镜的工作是基于空气隙界面的全内反射(TIR)。棱镜还可用来重组来自两个SLM的成像光。两个SLM都使用同样的偏振光照射。一个检偏器被安置在TIIR棱镜的出口。
如前所述，所发明的投影装置采用几个方案。例如，首先，工作在反射光中的双面色彩轮被用来同时提供两个独立的色彩；第一表面提供一种色彩同时第二表面提供第二种色彩。第二，两种色彩输出中的每一种随着轮的旋转通过三原色RGB循环。第三，每一中色彩的占空比(相对开时间)被每个允许大于50％占空比照射的表面独立控制。第四，两种色彩的相对相位(开：关时序关系)被通过控制两个表面上的反射/透射区域在每个表面独立地控制。第五，色彩轮的两个光化学表面成楔形，或角分离，以提供两种输出色彩之间的明确的角分离。第六，具有全内反射(TIR)光学效应的棱镜被用来分离两种色彩以同时照射两个SLM。TIR棱镜还重组两个SLM反射的成像光并将其指向投影透镜。
根据本发明的投影显示装置可同时照射至少两个SLM。同时照射允许SLM工作在基本上大于50％的占空比，因此从根本上增加了显示的效率。
虽然本发明具有具体的显示并结合示例进行描述预定实施方案，但是本领域的技术人员将理解可进行形式和细节上的进步和改变而不背离本发明的实质和范围，该实质和范围仅仅局限在从属权利要求的范围。

Claims (28)

1．显示装置包括：
一个提供偏振光的光源；
具有彼此偏移的前后表面的一个轮，该前表面和后表面分别具有不同色彩的部分以用来将偏振光分为多个具有相同偏振的有色光；
至少两个光阀，每个用来接收该多个有色光中的不同光并提供成像光；和
一个用来将成像光投影到屏幕的投影透镜。
2．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面的该各个部分相对于该后表面的该各个部分偏离，这样每隔一个从该前表面和后表面的各个部分的结合形成的结合部分包括双色带以便同时提供第一和第二色彩以便用第一色彩照射该至少两个光阀中的一个，用第二色彩照射至少两个光阀中的另一个。
3．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面和后表面的该各个部分同时向该至少两个光阀反射多个色彩。
4．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面和后表面的该各个部分被透明区间分隔，该前表面的透明区间相对于该后表面的透明区间偏离。
5．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面和后表面的该各个部分被透明区间分隔，这些透明区间彼此相互偏离，这样一种色彩光束被提供给该至少两个光阀中的一个。
6．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面和后表面的该各个部分是光化学表面，并且所述部分具有反射性分光涂层。
7．权利要求1中的显示装置，其特征在于所述前表面和后表面被关区间分隔以防止该至少两个光阀被照射，其中该至少两个光阀中的每一个的占空比大于50％。
8．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括旋转该轮的装置，以利用不同色彩同时依次照射该至少两个光阀。
9．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括用来将多种有色光指向该至少两个光阀并将成像光指向该投影透镜的棱镜组件。
10．权利要求9中的显示装置，其特征在于该棱镜组件的截面是矩形和菱形中的一种。
11．权利要求9中的显示装置，其特征在于该棱镜组件包括被空气隙分隔的两个三角形。
12．权利要求9中的显示装置，其特征在于该棱镜组件包括两个具有第一种折射率的第一种材料的三角形，该两个三角形被具有第二种折射率的第二种材料所分隔。
13．权利要求12中的显示装置，其特征在于第一种材料大于第二种材料的折射率。
14．权利要求9中的显示装置，其特征在于该至少两个光阀位于该棱镜组件的相邻边。
15．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括一个全内反射棱镜，用来反射该多个有色光到该至少两个光阀中的一个，透射该多个有色光到该至少两个光阀中的另一个，并重组来自该至少两个光阀的成像光。
16．权利要求1中的显示装置，其特征在于该至少两个光阀是透射光阀和反射光阀中的一种。
17．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括一个偏振片，它位于该轮和该至少两个光阀之间。
18．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括一个偏振片，位于该至少两个光阀和该投影透镜之间。
19．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括一个输入偏振片，位于该轮和该至少两个光阀之间，和一个输出偏振片，位于该至少两个光阀和该投影透镜之间。
20．权利要求19中的显示装置，其特征在于该输入偏振片的偏振方向垂直于该输出偏振片的偏振方向。
21．权利要求19中的显示装置，其特征在于该输入偏振片的偏振方向平行于该输出偏振片的偏振方向。
22．权利要求19中的显示装置，其特征在于该输入偏振片垂直于该输出偏振片。
23．权利要求1中的显示装置，其特征在于进一步包括一个照射中继透镜，位于该轮和该至少两个光阀之间。
24．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面和该后表面彼此分隔以同时地从该前表面反射该多个有色光中的第一色彩光束且从该后表面反射第二色彩光束，该第一色彩光束平行于该第二色彩光束。
25．权利要求1中的显示装置，其特征在于该前表面和该后表面相交形成楔形以同时地从该前表面沿第一方向反射该多个有色光中的第一色彩光束且从该后表面沿第二方向反射第二色彩光束。
26．一个用于帧序制彩色投影的色彩轮包括：
第一表面，具有被第一透明部分分隔的第一彩色部分，该第一色彩部分将白光转化成不同有色光；和
第二表面，具有被第二透明部分分隔的第二色彩部分，该第二色彩部分将白光转化成不同有色光；
该第一色彩部分与该第二色彩部分偏离以便在该第一和第二色彩部分重叠时同时地提供具有不同色彩的两束光，且该第一透明部分与该第二透明部分偏离以透射该白光。
27．权利要求26的色彩轮，其特征在于该第一和第二色彩部分包括反射涂层。
28．权利要求26的色彩轮，其特征在于该两束光具有相同的偏振。
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