CN1282891C - 滚动装置和使用该滚动装置的投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种滚动装置和使用该滚动装置的投影系统。该滚动装置通过将至少一个透镜单元排列在圆柱形片的外圆周面上而形成，至少一个透镜单元将入射光分离成多束光束。当该滚动装置围绕预定旋转轴旋转时，光透过该滚动装置的区域限定的透镜阵列线性移动。由于使用该滚动装置，可以获得简单的投影系统和容易地进行颜色滚动。

Description

滚动装置和使用该滚动装置的投影仪
技术领域
本发明申请涉及一种滚动装置和使用该滚动装置形成彩色图像的投影系统，尤其涉及履带式(endless track-like)彩色滚动装置和使用这种彩色滚动装置的投影系统，该滚动装置安装在单光路上来处理所有多色光束并在旋转时能进行滚动。
本申请要求2003年5月24日在韩国知识产权局申请的、申请号为NO.2003-33242的韩国专利申请为本申请的优先权，并要求2003年5月26日在美国专利商标局申请的、美国专利临时申请号为NO.60/457,312的保护，公开的申请在此全部引用作为参考
背景技术
根据光阀的数目，投影系统分为3片型或单片型，光阀用于控制从作为光源的高输出灯发出的光按一个像素接一个像素的开/关操作和形成图像。单片(single-panel)投影系统比3片(three-panel)投影系统具有更小的光学结构。可是，单片投影系统只有3片投影系统的1/3的效率，因为白光分离成的红(R)、绿(G)和蓝(B)三个光束顺序地被使用。因此，业已做过努力增加单片投影系统的发光效率。
通常，在单片投影光学系统中，白色光源发射的光用彩色滤光片分离成R、G和B颜色的光束，三束光束依次传输到光阀。光阀根据接收到的彩色光束的顺序工作并产生图像。如上所述，单片投影系统按顺序使用彩色光束，因此，光效率降低到三片投影系统的1/3。根据一种打算增加单片投影系统光效率的彩色滚动方法，白光被分离成R、G和B颜色的光束，三种颜色的光束同时传输到光阀的不同位置。因为在发送给每个像素的R、G和B颜色的光束全部到达光阀之前图象不能产生，所以要使用彩色滚动的方法以恒速移动该彩色光束。
如图1所示，在单片滚动投影系统中，从光源100发射的白光经过第一透镜阵列102和第二透镜阵列104以及偏振转换系统(PCS)105，再由第一到第四分色滤光片109、112、122和139分离成R、G和B颜色的光束。更详细地说，例如，红色光束R和绿色光束G被第一分色滤光片109透射，沿第一光路L1传输，而蓝色光束B被第一分色滤光片109反射，沿第二光路L2传输。沿第一光路L1传输的红色光束R和绿色光束G被第二分色滤光片112分离。第二分色滤光片112沿第一光路L1透射红色光束，而沿第三光路L3反射绿色光束G。
第一到第三棱镜114、135和142分别安放在第一到第三光路L1、L2和L3上。从光源100发射的光被分离成R、G和B光束，然后，当经过相应的第一到第三棱镜114、135和142时，发生滚动。第一到第三棱镜114、135和142匀速旋转，使得R、G和B色条滚动。分别沿第二和第三光路L2和L3传输的B和G光束分别被第三分色滤光片139透射和反射，然后混合在一起。最后，R、G和B光束被第四分色滤光片122混合。混合的光束经偏振分光器127(PBS)传输到光阀130。光阀130形成图像。
聚光透镜107紧挨着PCS 105设置，光路校正透镜110、117、131和145沿第一到第三光路L1、L2和L3设置。聚光透镜120、140分别设置在第一分色滤光片112和第四分色滤光片122之间、第三分色滤光片139和第四分色滤光片122之间。聚焦透镜124和偏振片125设置在第四分色滤光片122和PBS 127之间的光路上。光路变换器，例如反射镜118和133分别设置在第一和第二光路L1和L2上。
在图2中示出了由于第一到第三棱镜114、135和142的旋转，R、G和B色条循环滚动。在第一、第二和第三棱镜114、135和142相应于R、G和B颜色同步旋转时，滚动体现为形成于光阀表面的色条移动。如上所述，当R、G和B色条循环一次，形成一帧图像。
根据图像信号打开或关闭光阀130的单个像素获得的彩色图像被投影透镜(未示出)放大。然后，放大的图像被入射到屏幕上。
第一到第三狭缝113、134和143分别被设置在第一到第三棱镜114、135和142的前面，并控制入射光的发散角。色条的宽度根据第一到第三狭缝113、134和143的宽度改变。如果狭缝的宽度减小，那么R、G和B色条变窄，使得如图3A所示在两个色条交界出形成黑色色条K。另一方面，如果狭缝的宽度增加，那么R、G和B色条变宽，使得如图3B所示在两个色条的交界处形成重叠部分P。
如上所述，因为传统的投影系统每种颜色使用不同的光路，每种颜色必须包括不同光路校正透镜，还必须包括再聚集分离光束的元件，每种颜色还必须包括分离元件。因此，光学系统庞大，制造和装配复杂化，产量降低。此外，用于旋转第一到第三棱镜114、135和142的三个电机(未示出)在运行时产生大量的噪音。还有，使用三个电机的投影系统的制造成本高于使用单电机的色轮型投影系统的制造成本。
为了利用滚动技术产生图像，如图2所示的色条必须以恒速移动。因为传统投影系统必须使光阀130与三个棱镜114、135和142同步来完成滚动，所以控制同步不容易。还有，因为第一、第二和第三棱镜114、135和142单独地作循环运动，所以颜色滚动速度不一致，结果合成的图像质量下降。
发明内容
本发明提供一种用于紧凑投影系统的滚动装置，滚动装置通过将至少一个柱面透镜单元(cylindrical lens cell)螺旋地排列在圆柱形片(column-likeplate)的外圆周面上而形成，并安装在单光路上，因此实现颜色滚动。
根据本发明的一个方面，提供用于使入射光滚动的滚动装置，其中，至少一个将入射光分离成多束光束的透镜单元螺旋地排列在圆柱形片的外圆周面上。该滚动装置围绕预定旋转轴的旋转模拟透镜阵列的线性移动，该透镜阵列由光透过滚动装置的区域限定。
所述的圆柱形片可以是鼓形。
一种平面光导片或弯曲光导片可以安装在所述的滚动装置内。
根据本发明的另一方面，提供一种投影系统，包括：一个光源；一个分色器，其按颜色分离光源发射的光；一个滚动装置，该滚动装置通过将至少一个透镜单元螺旋地排列在圆柱形片的外圆周面上而形成，并且在旋转时使入射光滚动，所述的旋转模拟一个透镜阵列的线性移动，该透镜阵列由光透过该滚动装置的区域限定；和一个光阀，被分色器分离的多束光束经过滚动装置入射到该光阀上，该光阀根据输入的图像信号处理彩色光束以形成彩色图像。
分色器包括第一、第二和第三分色滤光片，它们彼此相邻地倾斜不同角度并根据颜色透射或反射入射光，该滚动装置设置在所述的分色器的后面。
分色器包括第一、第二和第三分色滤光片，它们彼此相邻且平行地倾斜并根据颜色透射或反射入射光，该滚动装置设置在所述的分色器的前面。
第一和第二复眼透镜阵列设置在所述的分色器和所述的光阀之间的光路上。
一个用于减小入射到滚动装置上光束宽度的第一柱面透镜设置在该滚动装置前面，并且一个用于准直透过该滚动装置的光束的第二柱面透镜设置在该滚动装置后面。
根据本发明的另一方面，提供一种投影系统，包括：一个光源；一个分色器，该分色器按颜色分离从光源发射的光；一个滚动装置，该滚动装置通过将至少一个透镜单元螺旋地排列在圆柱形片的外圆周面上形成，并且在旋转时使入射光滚动，所述的旋转模拟透镜阵列的线性移动，所述的透镜阵列由光透过该滚动装置的区域限定；一个光导片，所述的光导片设置在滚动装置内并引导透过该滚动装置的光线；和一个光阀，被分色器分离的多束光束经过所述的滚动装置和所述的光导片入射到该光阀上，该光阀根据输入的图像信号处理彩色光束并形成彩色图像。
第一和第二柱面透镜阵列具有彼此平行地排列的多个柱面透镜单元，并且被设置在分色器和光阀之间的光路上。
所述的光导片引导入射到所述的滚动装置上的光所在的方向垂直于排列所述的柱面透镜单元的方向。
用于控制从光源发射的光线的发散角的空间滤光片被设置在光源和分色器之间的光路上。
所述的透镜单元以相同倾角排列在所述的圆柱形片的外圆周面上。
颜色滚动速度取决于透镜单元的宽的度和透镜单元的倾角。
附图说明
本发明上述和其它特征以及优点通过参考附图对优选实施例详细描述将会更清楚，其中：
图1为传统投影系统的示意图；
图2示出传统投影系统的R、G和B色条；
图3A和3B示出在使用滚动技术形成图像的投影系统中使用的光阀上产生的色条；
图4为根据本发明的一个实施例的滚动装置的透视图；
图5A和5B示出图4所示的滚动装置，用于解释利用图4所示的滚动装置的旋转实现的滚动操作；
图6A为图4所示的滚动装置的顶视图，其中放置光导片；
图6B为图6A中沿剖面线IV-IV截取的剖面图；
图7为图4所示的滚动装置的顶视图，其中放置光路变换器；
图8A为根据本发明实施例的投影系统示意图；
图8B为图8A所示的投影系统的部分顶视图；
图9A示出当图8A所示的投影系统没有使用柱面透镜时，图4所示的滚动装置中的光束形状；
图9B示出当图8A所示的投影系统使用柱面透镜时，图4所示的滚动装置中的光束形状；
图10A-10C示出图8A所示的投影系统的滚动操作；
图11为图8A所示的投影系统的改进的例子的示意图；
图12A为根据本发明另一实施例的投影系统示意图；
图12B为图12A所示的投影系统的部分顶视图；
图13为图12A所示投影系统的改进例子的示意图；
图14A为图解显示根据本发明又一实施例的投影系统的布置的透视图；
图14B为图14A所示的投影系统的部分顶视图；
图15为图14A所示投影系统的改进的例子的示意图；
具体实施方式
参考图4，根据本发明一实施例的滚动装置20通过将至少一个透镜单元22螺旋地排列在圆柱片21的外圆周面上而形成。透镜单元22优选为柱面透镜单元。圆柱片21可以是鼓形或各种多棱形。
图5A是滚动装置20的侧视图，图5B是光L通过的滚动装置20区域的截面图。光L通过滚动装置20区域的截面图示出了柱面透镜阵列。
滚动装置20是可旋转的。如图5A所示，滚动装置20的旋转模拟柱面透镜单元22的线性地运动(该运动是箭头B所指的方向)，从光L透过的区域A可以看出。图5A和图5B图解了光经过旋转的滚动装置20、由光L通过滚动装置22的区域A限定的透镜单元22向上和向下线性地移动的过程。
尽管滚动装置20是通过将柱面透镜单元22螺旋地排列而形成，具有相对窄宽度的区域A呈现为柱面透镜单元22的阵列，即，柱面透镜阵列。当滚动装置20旋转时，光通过的透镜单元22的位置连续并周期性地变化。柱面透镜阵列按照透镜单元22的截面宽度(W)的间隔线性地移动。优选透镜单元22以相同的倾角排列在圆柱片21的外圆周面上，使得柱面透镜阵列能随滚动装置20的旋转周期性地移动。柱面透镜阵列的线性移动间隔取决于每个透镜单元22的宽度(W)和倾角。
如图5B所示，滚动装置20具有光线L进入的第一表面20a和光线L出去的第二表面20b。因此，滚动装置20能够提供光经过两透镜阵列的效果。当光经过第一表面20a时，被每个透镜单元22分离成多束光束。在第二表面20b上形成多个光点。多光束由滚动装置20旋转产生的柱面透镜阵列的线性移动而滚动。
当滚动装置20旋转时，由光线通过的区域A限定的柱面透镜阵列逐渐地向上或向下移动。当柱面透镜阵列移动时，通过柱面透镜阵列的光束路经被改变。柱面透镜阵列的移动以每个透镜单元22的宽度(W)为间隔。只要滚动装置20沿相同的方向旋转，柱面透镜阵列连续沿一个方向移动而不改变方向。
优选但不是必须地，如图6A和6B所示，在滚动装置20的第一和第二表面20a和20b之间还安装光导片25。光导片25引导光线经过第一表面20a，所以光在E方向均匀地分布。优选但不是必须地，光导片25沿垂直于滚动装置柱面透镜阵列的线性移动方向E的方向和光前进的方向引导光L。
另外，光路变换器26可以设置在如图7所示的滚动装置20内部。光路变换器26可以是以预定角度(θ)弯曲的光导片。另外，光路变换器26可以是反射镜，该反射镜按照相对于入射光轴的预定的角度(θ)倾斜。因为光路变换器26是以预定角度(θ)弯曲，所以光线通过滚动装置20出来的区域可以改变。
光导片25或光路变换器26的功能将在后面与投影系统一起描述。
参考图8A，根据本发明一实施例的投影系统，包括一个光源10，一个分色器15，一个滚动装置20，一个光阀40和投影透镜单元45。分色器15按颜色分离从光源10发射的光束。滚动装置20使多束彩色光束滚动。光阀40根据图像信号处理由滚动装置滚动的光束并形成图像。投影透镜单元45放大由光阀40形成的图像并将放大的图像投影到屏幕50上。
光源10发射白光，包括产生光的灯11和反射镜13，该反射镜反射从灯发射的光并引导反射光的路经。反射器13是椭球面反射镜，其第一焦点是灯11的位置，其第二焦点是光聚焦的点。另外，反射镜13可以是抛物面反射镜，该物面反射镜使用灯11的位置作为焦点并准直从灯11发射的光束。如果抛物面反射镜被用作反射镜13，必须包括用于聚焦光线的透镜。
用于准直入射光的准直透镜14安装在光源10和分色器15之间的光路上。P表示光源10和光源10发射的光聚焦的焦点(f)之间的距离。准直透镜14可以安装在离焦点(f)P/5的距离处。这样安装投影系统，光学系统的结构能更紧凑。
用于控制光学系统集光率(etendue)的空间滤光片5安装在光源10和准直透镜14之间。集光率表示光学系统中的光学保存量。空间滤光片5优选但不是必须地安装在反射镜13的焦点(f)上。空间滤光片5有一宽度可控制的狭缝。在光阀40上形成的色条的尺寸取决于狭缝的宽度。
分色器15将光源10发射的光分离成三色光束，即R、G和B光束。分色器15由与入射光轴倾斜不同角度设置的第一、第二和第三分色滤光片15a、15b和15c构成。分色器15根据预定波长范围分离入射光并以不同的角度传输分离的光束。例如，第一分色滤光片15a反射白色入射光中波长范围为R的光束，同时，透射绿色和蓝色波长范围的G和B的光束。第二分色滤光片15b反射被第一分色滤光片15a透射的G光束，同时，透射B光束。第三分色滤光片15c反射被第一和第二分色滤光片15a和15b透射的B光束。第三分色滤光片15c可以由全反射镜来代替。
入射光按波长由第一、第二和第三分色滤光片15a、15b和15c分离的R、G和B光束以不同的角度被反射。例如，R和B光束被聚焦在G光束相同的位置，然后入射到滚动装置20上。
滚动装置20包括至少一个透光的透镜单元，使由分色器15分离的光滚动。滚动装置20通过将透镜单元的旋转转换成光线透过透镜单元区域的线性移动来使入射彩色光束滚动。这种滚动将在后面详细描述。
如以上参考图4所述，滚动装置20通过将至少一个透镜单元22螺旋地排列在圆柱片21的外圆周面上来形成。圆柱片21可以是鼓形或各种多棱形。
滚动装置20围绕预定轴旋转。滚动装置20的旋转被转换成相应于光透过区域的柱面透镜阵列的线性移动，使得完成彩色滚动。透镜单元22以相同的倾角排列在圆柱片21的外圆周面上。柱面透镜阵列的线性移动周期取决于宽度(W)和每个透镜单元22的倾角。柱面透镜阵列的线性移动周期与彩色滚动速度有关。
第一柱面透镜16设置在分色器15和滚动装置20之间。第一复眼透镜阵列34、第二柱面透镜17和第二复眼透镜阵列35依次设置在滚动装置20和光阀40之间的光路上。尽管第二柱面透镜17设置在第一和第二复眼透镜阵列34和35之间，如图8A和8B所示，它也可以设置在第一复眼透镜阵列34的前面。
中继透镜38被安装在第二复眼透镜阵列35和光阀40之间的光路上。
第一柱面透镜16减小入射到滚动装置20上的光束宽度，第二柱面透镜17将被滚动装置透射的光束宽度恢复到原始宽度。
现在，描述具有上述结构的图8A所示的投影系统的操作。首先，光源10发射的白光经由空间滤光片5和准直透镜14入射到分色器15上。接下来，入射到分色器15上的白光被第一、第二和第三分色滤光片15a、15b和15c分离成至少两种颜色的光束，例如，R、G和B彩色光束，R、G和B彩色光束入射到滚动装置20上。由第一、第二和第三分色滤光片15a、15b和15c透射的光的宽度被第一柱面透镜16减小，如图8B所示，具有减小了的宽度的光入射到滚动装置20上。特别是，透过第一柱面透镜16的光聚焦在滚动装置的中心。因此，入射到第二表面20b光的宽度与由第一柱面透镜16减小并落在第一表面20a上的光的宽度相同。
如图9A示出了光源10发射的没有通过第一柱面透镜16入射到滚动装置20上的光束L′的横截面图。光束L′的宽度为W′。图9B示出了具有由第一柱面透镜16减小的宽度W并入射到滚动装置20上的光束L的横截面图。在光束L′的情况下，即，在透过滚动装置20的光束相对宽些时，螺旋透镜阵列弯曲形状与光束L′的形状不匹配，因此每种颜色上面不匹配的区域有光损失。为了使光损失最小化，用第一柱面透镜16来产生减小宽度的光束L，如图9B所示。螺旋透镜阵列的形状与光束L更严格地对准。
返回来看图8A，透过滚动装置20的光由第二柱面透镜17准直，因此，事先由第一柱面透镜16减小的光的宽度恢复到原始宽度。
当透过滚动装置20第一表面20a时，由分色器15获得并相对入射光轴以不同角度传输的R、G和B光束的每束光束被每个透镜单元22分离成多束光束。分离的R、G和B光束聚焦在与第一表面20a相对的第二表面20b上。
接下来，透过滚动装置20的R、G和B光束落在第一复眼透镜阵列34上，使得它们排列在每个透镜单元34a上。透过第一复眼透镜阵列34的R、G和B光束被第二柱面透镜17准直。而后，准直的R、G和B光束经由第二复眼透镜阵列35和中继透镜38聚焦在光阀的相应色区，从而形成色条。
因为滚动装置20呈鼓形，所以光透过滚动装置20的第一和第二表面20a和20b。因此，能够获得光透过两个透镜阵列的效果。当滚动装置20旋转时，由光透过滚动装置20区域限定的透镜阵列线性移动。因此，在光阀40上形成的色条滚动。
现在，参考图10A-10C来描述滚动装置20使色条滚动。
如图10A所示，由分色器15获得的R、G和B光束入射到滚动装置20第一表面20a相应的每个透镜单元22上，然后，扩展到第二表面20b上。因此，R、G和B光束经由第一和第二复眼透镜阵列34和35，以及中继透镜38聚焦到光阀的相应色区。因此，在光阀40上形成R、G和B色条。第二柱面透镜17将事先由第一柱面透镜16减小的光的宽度恢复到原始宽度。
首先，光透过滚动装置20，第一和第二复眼透镜阵列34和35，以及中继透镜38，在光阀40上形成例如按R、G和B顺序色条。接下来，在滚动装置20旋转时，光透过的滚动装置20的区域限定的透镜阵列逐渐向上或向下移动。因此，透过滚动装置20的彩色光束的焦点在滚动装置20移动时发生变化，如图10B所示，按G、B和R的顺序形成色条。然后，由于滚动装置20滚动，入射彩色光束滚动，如图10C所示，按B、R和G的顺序形成色条。这种滚动随滚动装置20旋转而周期性地重复。
图11为图8A所示的投影系统的改进的例子的示意图。参考图11，改进的投影系统包括分色器55，该分色器包括用于按颜色透射或反射入射光的第一、第二和第三分色滤光片55a、55b和55c。第一、第二和第三分色滤光片55a、55b和55c彼此平行设置。
图11所示的变型投影系统包括依次排列的光源10、空间滤光片5、滚动装置20和分色器55。空间滤光片5设置在光源10发射光的焦平面上，并且控制入射光的发散角(或集光率)。滚动装置20将透过空间滤光片5的光分离成多束光束并使这些光束滚动，使得它们聚焦在光阀40的不同位置。分色器55设置在滚动装置20后面。
用于减小入射到滚动装置20上光线宽度的第一柱面透镜16安装在滚动装置20的前面。第一复眼透镜阵列34、第二柱面透镜17、第二复眼透镜阵列35和中继透镜38依次设置在分色器55和光阀40之间的光路上。第一复眼透镜阵列34和第二柱面透镜17的位置可以切换。
入射到滚动装置20上的光束以不同的角度透过柱面透镜阵列22的不同区域。光束入射到分色器55上，并被第一、第二和第三分色滤光片55a、55b和55c分离成不同颜色的光束。最后，分离的光束以不同的角度传输。除此之外，与图8A的投影系统相比，在滚动装置20和分色器55之间还额外地包括棱镜54，以便在不改变光路的情况下将入射光传递到分色器55。
因为第二柱面透镜17、第一和第二复眼透镜阵列34和35、以及中继透镜38在上面已经描述，在此不再详细描述。
参考图12A和12B，根据本发明另一实施例的投影系统，包括光源60、分色器65、滚动装置70、光阀80和投影透镜单元85。分色器65按颜色分离光源60发射的光。滚动装置70使由分色器65获得的多束光束滚动。光阀80根据图像信号处理由滚动装置70滚动的光束并形成图象。投影透镜单元85放大由光阀80形成的图像，并将放大的图像投影到屏幕90上。
光源60发射白光，并且包括产生光的灯61和反射镜63，反射镜反射从灯发射的光并引导反射光的路经。反射镜63是抛物面反射镜，该反射镜使用灯61的位置作为焦点并准直从灯61发射的光束。另外，反射器63也可以是椭球面反射镜，其第一焦点是灯61的位置，其第二焦点是光聚焦的点。因为抛物面反射镜被用作反射镜63，所以还包括用于聚焦从灯61反射的光线的第一聚焦透镜62。
用于控制光源60发射光线的发散角(或集光率)的空间滤光片66和用于准直透过空间滤光片66光线的第二聚焦透镜64安装在光源60和分色器65之间。
分色器65由与入射光轴倾斜不同角度设置的第一、第二和第三分色滤光片65a、65b和65c构成。分色器65根据预定波长范围分离入射光，并以不同的角度传输分离的光束。例如，第一分色滤光片65a反射白色入射光中波长范围R的光束，同时，透射绿色和蓝色波长范围G和B的光束。第二分色滤光片65b反射被第一分色滤光片65a透射的G光束，同时，透射B光束。第三分色滤光片65c反射被第一和第二分色滤光片65a和65b透射的B光束。第三分色滤光片65c可以由全反射镜来代替。
入射光按波长已被第一、第二和第三分色滤光片65a、65b和65c分离成的R、G和B光束以不同的角度被反射。例如，R和B光束被聚焦在与G光束相同的位置，然后入射到滚动装置70上。
滚动装置70通过将至少一个透镜单元72螺旋地排列在鼓形片71的外圆周面上来形成。光导片73安装在鼓形片71的内部。优选但不是必须，透镜单元72是圆柱形并以相同的倾角排列。
鼓形片71可以是各种多棱形。滚动装置70是可旋转的。如上参考图6A所述，从光线L透过的区域A看，滚动装置70的旋转模拟透镜单元72的线性移动(该线性运动在箭头B所指示的方向)，因此，彩色滚动被完成。
滚动装置70具有光线L进入的第一表面70a和光线L出去的第二表面70b。在滚动装置70的第一和第二表面70a和70b之间设置光导片73，其引导光线经过第一表面70a，使得光在预定方向均匀地分布。优选但不是必须地，光导片73沿Z方向引导光线，Z方向垂直于滚动装置70透镜阵列的线性移动方向和光线传输的方向X。
第一柱面透镜阵列67设置在分色器65和滚动装置70之间，并使入射到滚动装置70上光束的宽度减小。第一柱面透镜阵列74、第二柱面透镜68、第二柱面透镜阵列75和中继头镜76依次设置在滚动装置70和光阀80之间的光路上。第一柱面透镜阵列74和第二柱面透镜68的位置可以调换。
参考图12B，光导片73沿Z方向引导光L，Z方向垂直于颜色分离的方向，即Y方向(或滚动方向)和光传输的X方向。因为光导片73仅沿Z方向引导入射光线，所以光线均匀分布在Z方向上。可是，因为由光导片73引导光线不是沿颜色分离的方向，即Y方向(或滚动方向)进行，所以在通过滚动装置70的第一表面70a时由每个透镜阵列72分离的彩色光束不变化地传递到第二表面70b。
第一和第二柱面透镜阵列74和75通过分别使多个柱面透镜单元74a和多个柱面透镜单元75a对准形而成。优选但不是必须地，柱面透镜单元74a和75a排列方向(其用字符Y表示)垂直于光导片73引导光的Z方向。在一个方向由光导片73引导的光传递到第一柱面透镜阵列74，使得在第一柱面透镜阵列74的每个透镜单元74a上形成R、G和B彩色光束阵列。R、G和B光束从第一柱面透镜阵列74传递到第二柱面透镜阵列75，透过中继透镜76，聚焦在光阀80的相应色区。因此，在光阀80上形成R、G和B色条。第二柱面透镜68准直由第一柱面透镜67会聚的光线。
R、G和B色条随滚动装置70的旋转周期性地滚动，因而形成彩色图像。由滚动装置70进行的滚动与参考图10A-10C所做的的上述描述相同。
参考图13，在图12A投影系统的变型实施例中，分色器65的第一、第二和第三分色滤光片65a、65b和65c彼此平行设置。因为图13与图12A中用相同的参考数字表示的部件实现相同的功能，这些不再详细描述。
在图13的改进的投影系统中，滚动装置70设置在光源60和分色器65之间。第一柱面透镜67被设置在滚动装置70的前面，并通过减小入射到滚动装置70上光束的宽度来增加光效率。另外，棱镜69被安装在滚动装置70和分色器65之间的光路上。
如图14A和14B所示，根据本发明又一实施例的投影系统包括光源160、分色器165、滚动装置170、光路变换器173、光阀180和投影透镜185。分色器165按颜色分离光源160发射的光线。滚动装置170使分色器165获得的多束彩色光束滚动。光路变换器173安装在滚动装置170的内并且改变入射光的传输路径。光阀180根据图像信号处理由滚动装置170滚动的彩色光束并形成图像。投影透镜185放大由光阀180形成的图像，并将放大的图像投影到屏幕190上。
光源160发射白光，包括产生光的灯161和反射镜163，反射镜163反射由灯灯161发射的光并引导反射光的路径。反射镜163是抛物面反射镜或者椭球面反射镜中之一。图14A中的反射镜163是椭球面反射镜。
控制从光源160发射的光的发散角(或集光率)的空间滤光片162和准直空间滤光片162发散的光线的准直透镜164安装在光源160和分色器165之间。
分色器165由与入射光轴倾斜不同角度设置的第一、第二和第三分色滤光片165a、165b和165c构成。分色器165按照预定的波长范围分离入射光线并以不同角度传输分离的光线。例如，第一分色滤光片165a反射白色入射光中波长范围为R的光束，同时，透射绿色和蓝色波长范围G和B的光束。第二分色滤光片165b反射被第一分色滤光片165a透射的G光束，同时，透射B光束。第三分色滤光片165c反射被第一和第二分色滤光片165a和165b透射的B光束。第三分色滤光片165c可以由全反射镜来代替。
入射光按波长由第一、第二和第三分色滤光片165a、165b和165c分离的R、G和B光束以不同的角度被反射。例如，R和B光束聚焦在与G光束相同的位置，然后入射到滚动装置170上。
滚动装置170通过将至少一个透镜单元172螺旋地排列在鼓形片171的外圆周面形成。优选透镜单元72是圆柱形。
鼓形片171可以是各种多棱形。滚动装置170是可旋转的。如上参考图6A所述，从光线L透过的区域A看，滚动装置170模拟透镜单元172的线性移动(其是沿箭头B所指的方向)，以便实现彩色滚动。
光路变换器173设置在滚动装置内，以改变通过滚动装置170接收到的光线路径。光路变换器173是以预定角度(θ)弯曲的光导片。另外，光路变换器173可以是反射镜，反射镜以相对于通过滚动装置170接收到光线的轴预定的角度(θ)倾斜。因为光路变换器173是以预定角度(θ)弯曲，所以光线通过其出来的滚动装置170的区域被改变。滚动装置170具有光线L进入的第一表面170a和光线L出来的第二表面170b。第二表面170b取决于光路变换器173的弯曲形状。通过第一表面170a入射到滚动装置170的光线由光路变换器173朝第二表面170b引导。
优选但不是必须地，第二表面170b包括与第一表面170a的透镜单元相同方式排列的透镜单元。
光路变换器173改变入射到滚动装置170上的光路并引导透过第一表面170a的光，使得光在预定方向均匀分布。参考图14B，光路变换器173沿垂直于滚动装置170透镜阵列线性移动的方向(即颜色分离方向或滚动方向)和光传输的方向引导光线。因为通过光路变换器173的光仅沿一个方向被引导，所以它在这个方向均匀分布。可是，因为由光路变换器173引导的光线不在颜色分离的方向(或滚动方向)进行，所以当透过滚动装置170的第一表面170a时，由每个透镜单元172分离的彩色光束不变化地传递到第二表面170b。
第一柱面透镜167设置在分色器16和滚动装置170之间的光路上，并减小入射到滚动装置170上的光束宽度。第一柱面透镜阵列174、第二柱面透镜168和中继透镜176依次设置在滚动装置170和光阀180之间的光路上。第一柱面透镜阵列174和第二柱面透镜168的位置可以调换。
第一和第二柱面透镜阵列174和175分别由多个柱面透镜单元174a和多个柱面透镜单元175a排列而成。优选但不是必须地，柱面透镜单元174a和175a的排列方向(其用字符Z表示)垂直于光路变换器173的导光方向。由光路变换器173沿一个方向引导的光传递到第一柱面透镜阵列174，使得在每个透镜单元174a上形成R、G和B彩色光束阵列。R、G和B光束从第一柱面透镜阵列174传输到第二柱面透镜阵列175，透过中继透镜176，聚焦在光阀180相应的色区。因此，在光阀180上形成R、G和B色条。第二柱面透镜168准直由第一柱面透镜167会聚的光线。
R、G和B色条随滚动装置170的旋转周期性地滚动，因此形成彩色图像。由滚动装置170进行的滚动与参考图10A-10C的上述描述相同。
参考图15，图14A的投影系统的变型实施例包括分色器185，该分色器包括用于根据颜色透射和反射入射光的第一、第二和第三分色滤光片185a、185b和185c。第一、第二和第三分色滤光片185a、185b和185c彼此平行设置。因为在图14A和15中用相同附图标记表示的部件完成相同的功能，所以对它们不再做详细描述。
在图15所示的改进的投影系统中，滚动装置170设置在光源160和分色器185之间。第一柱面透镜167设置在滚动装置170的前面，并通过减小入射到滚动装置170上光束的宽度来增加光效率。此外，棱镜169安装在滚动装置170和分色器185之间的光路上。
由分色器185获得的多个彩色光束经由第一和第二柱面透镜阵列174和175、以及中继透镜入射到光阀180相应的色区，使得形成色条。色条随滚动装置170的旋转而滚动，从而形成彩色图像。
在根据本发明的投影系统中，单个滚动装置使沿单路径传播的多束光束滚动。因此，能够控制彩色光束具有相同的速度。
而且，因为滚动装置是通过将至少一个透镜单元在鼓形片或多棱形片的外圆周面上螺旋地排列而形成，所以可以获得简单而又小的投影系统。还有，因为所有彩色光束都使用单个滚动装置以相同的速度滚动，所以容易根据图像信号控制色条同步。结果，图像的质量能提高。
尽管本发明已经对具体实施例进行了详细地图示和描述，当然，本领域普通技术人员在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下作出各种形式和细节的变化。

Claims (27)

1.一种用于使入射光滚动的滚动装置，在所述的滚动装置中，至少一个将所述的入射光分离成多束光束的柱面透镜单元螺旋地排列在一圆柱形片的外圆周面上，
其中，所述的滚动装置围绕一预定旋转轴的旋转模拟一透镜阵列的线性移动，所述的透镜阵列由光透过的所述的滚动装置的一区域限定。
2.如权利要求1所述的滚动装置，其中，所述的圆柱形片是鼓形。
3.如权利要求1所述的滚动装置，其中，一光导片被包括在入射光透过的所述的滚动装置的入射表面和出射表面之间。
4.如权利要求3所述的滚动装置，其中，所述光导片是弯曲的。
5.如权利要求1所述的滚动装置，其中，所述的柱面透镜单元在所述的圆柱形片的外圆周面以相同的倾角排列。
6.一种投影系统，包括：
一光源；
一分色器，所述的分色器根据颜色分离所述的光源发射的光；
一滚动装置，所述的滚动装置通过将至少一个柱面透镜单元螺旋地排列在一圆柱形片的外圆周面上而形成，并且在旋转时使入射光滚动，所述的旋转模拟一透镜阵列的线性移动，所述的透镜阵列由光透过的所述的滚动装置的一区域限定；和
一光阀，被分色器分离的多束光束经过滚动装置入射到所述的光阀上，所述的光阀根据输入的一图像信号处理所述的彩色光束，以形成彩色图像。
7.如权利要求6所述的投影系统，其中，所述的分色器包括第一、第二和第三分色滤光片，所述的这些分色滤光片彼此相邻倾斜不同角度并根据颜色透射或反射入射光，所述的滚动装置设置在所述的分色器的后面。
8.如权利要求6所述的投影系统，其中，所述的分色器包括第一、第二和第三分色滤光片，所述的这些分色滤光片相邻且彼此平行并根据颜色透射或反射所述的入射光，并且所述的滚动装置设置在所述的分色器的前面。
9.如权利要求6所述的投影系统，其中，一第一和一第二复眼透镜阵列被设置在所述的分色器和所述的光阀之间的一光路上。
10.如权利要求9所述的投影系统，其中，用于减小入射到所述的滚动装置上的一光束的宽度的一第一柱面透镜被设置在所述的滚动装置前面，用于准直透过所述的滚动装置的光束的一第二柱面透镜被设置在所述的滚动装置后面。
11.如权利要求9所述的投影系统，其中，一中继透镜被设置在所述的第二复眼透镜阵列和所述的光阀之间的光路上。
12.如权利要求6所述的投影系统，其中，用于控制从所述的光源发射的光线的发散角的一空间滤光片被设置在所述的光源和所述的分色器之间的一光路上。
13.如权利要求9所述的投影系统，其中，用于控制从所述的光源发射的光线的发散角的一空间滤光片被设置在所述的光源和所述的分色器之间的一光路上。
14.如权利要求6所述的投影系统，其中，所述的柱面透镜单元以一相同的倾角排列在所述的圆柱形片的外圆柱面上。
15.如权利要求6所述的投影系统，其中，还包括一光导片，所述的光导片被设置在所述的滚动装置内并引导透过所述的滚动装置的光线。
16.如权利要求15所述的投影系统，其中，所述的分色器包括第一、第二和第三分色滤光片，所述的这些分色滤光片彼此相邻倾斜不同角度并根据颜色透射或反射所述的入射光，所述的滚动装置被设置在所述的分色器的后面。
17.如权利要求15所述的投影系统，其中，所述的分色器包括第一、第二和第三分色滤光片，所述的这些分色滤光片彼此相邻且平行并根据颜色透射或反射所述的入射光，所述的滚动装置被设置在所述的分色器的前面。
18.如权利要求15所述的投影系统，其中，第一和第二柱面透镜阵列具有彼此平行排列的多个柱面透镜单元，并且被设置在所述的分色器和所述的光阀之间的一光路上。
19.如权利要求18所述的投影系统，其中，所述的光导片引导入射到滚动装置上光的方向垂直于所述的柱面透镜单元排列的方向。
20.如权利要求15所述的投影系统，其中，所述的光导片引导入射到所述的滚动装置上光的方向垂直于所述的滚动装置使光滚动的方向。
21.如权利要求18所述的投影系统，其中，一用于减小一入射到滚动装置上的光束的宽度的第一柱面透镜被设置在所述的滚动装置的前面，并且一用于准直一透过所述的滚动装置的光束的第二柱面透镜被设置在所述的滚动装置的后面。
22.如权利要求18所示的投影系统，其中，一中继透镜被设置在所述的第二柱面透镜和所述的光阀之间的一光路上。
23.如权利要求15所述的投影系统，其中，一用于控制所述的光源发射的光线的发散角的空间滤光片被设置在所述的光源和所述的分色器之间的一光路上。
24.如权利要求18所述的投影系统，其中，一用于控制所述的光源发射的光线的发散角的空间滤光片被设置在所述的光源和所述的分色器之间的一光路上。
25.如权利要求15所述的投影系统，其中，所述的光导片以预定角度被弯曲。
26.如权利要求25所述的投影系统，其中，所述的角度被确定，使得由光线进入的所述的滚动装置的一区域限定的一透镜阵列具有一与由光线经过所述的光导片离开所通过的所述的滚动装置的一区域限定的一透镜阵列的形状相同或相似的形状。
27.如权利要求15所述的投影系统，其中，所述的柱面透镜单元以一相同倾角排列在所述的圆柱形片的外圆周面上。
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