CN1603884A - 光学系统以及使用这种光学系统的图象显示装置 - Google Patents

光学系统以及使用这种光学系统的图象显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明通过利用将光束分离成若干种颜色的二色性反射镜，使由该二色性反射镜反射后的、呈若干种颜色的光束照射在转动多面体元件上，进而使由该转动多面体元件处出射的、呈若干种颜色的光束照射在显示元件上的不同区域处，并且使该转动多面体元件转动，使这些若干种颜色的光束在显示元件上朝向一个方向移动并由投射透镜投射出彩色图象的方式，可以构成为一种结构构成简单、光束利用效率更高的单板式光学系统，以及相应的显示装置。

Description

光学系统以及使用这种 光学系统的图象显示装置
技术领域
发明涉及利用诸如液晶显示面板或图象显示元件等等的光阀元件，在屏幕上投影出图象的图象投射装置，例如液晶投影装置、反射式图象显示投影装置、投射型背面投影电视机等等的光学设备、投影型图象显示装置等等，特别涉及使用转动多面体元件使入射至光阀元件处的、呈若干种颜色的光束照射在光阀元件上的不同区域处、并且能够使这些区域依次移动的投射技术。
背景技术
在先技术中，已知一种光学系统，由灯泡发射出的光束在通过第一和第二阵列透镜、偏振光束分解元件(PBS)、准直透镜之后，利用若干个二色性反射镜对红色光束R、蓝色光束B和绿色光束G实施分离，进而利用转动棱镜分别改变各分离光束的光路，使各光束分别照射在光阀元件(下面简称为显示元件或图象显示元件)上的不同区域处，并且使各光束的照射区域可以沿一定方向在显示元件上依次移动(滚动)。
如上所述的这种先有技术光学系统，使用单板式显示元件，这可以获得诸如组装容易等等的优点，然而却必须使用若干个转动棱镜，这会使光学系统大型化。而且，由于这种光学系统使用着若干个转动棱镜、比较多的透镜和比较多的二色性反射镜，会使成本比较高，而且由于使用着比较多的透镜还会使光束的利用效率恶化。而且，为了使照射着红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B的显示元件上的位置相互吻合，还必须使若干个转动棱镜的转动相位彼此吻合，而实施这种调节是相当困难的。而且，由于这种光学系统使用着若干个电动机，所以还存在有必须对噪音实施处理的问题。
发明目的
本发明的目的就是提供一种结构紧凑、成本低廉的光学系统。
本发明的另一目的就是提供一种能够使照射在显示元件上的若干束光束容易实现位置吻合、提高光束利用效率、新颖且有用的图象显示技术。
发明技术方案
为了能够实现上述目的，光学系统可以具有光源，由所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象的显示元件，将由所述光源出射的光束分离成呈若干种颜色的光束用的彩色光束分离组件，使由所述彩色光束分离组件出射的呈若干种颜色的光束入射至其中的、改变各光束光轴方向后出射、以便能够使呈若干种颜色的光束照射在所述显示元件上的不同区域处并且使由所述呈若干种颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动用的转动多面体，以及将由所述显示元件出射的光束作为彩色图象投射的投射部件。
根据本发明的一个方面，一种光学系统，其特征在于具有光源，将由所述光源出射的光束分离成呈多种颜色的光束用的彩色光束分离组件，使由所述彩色光束分离组件出射的多种颜色的光束各入射至其中的转动多面体元件，从来自该转动多面体的出射光，形成与图象信号相对应的光学图象的图象显示元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束投射作为彩色图象的投射部件；
所述转动多面体将由所述彩色光束分离组件所分离的各彩色光束，改变各光束光轴方向后出射、使各该颜色的光束照射在所述图象显示元件上的不同区域处，并且使由各该颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动。
根据本发明的另一个方面，一种光学系统，其特征在于具有光源，从所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象用的图象显示元件，形成由所述光源出射的光束的二次光源图象用的第一阵列透镜，对第一阵列透镜上的各个透镜图象实施成象处理用的第二阵列透镜，对光束偏振方向实施对准处理用的偏振光束分解元件，由所述偏振光束分解元件出射的光束中分离出第一颜色光束并控制所述第一颜色光束的光轴方向用的第一二色性反射镜，由所述偏振光束分解元件出射的光束中分离出第二颜色光束并控制所述第二颜色光束的光轴方向用的第二二色性反射镜，控制由所述偏振光束分解元件出射的光束中的第三颜色光束的光轴方向的第三二色性反射镜或反射镜，使由所述第一、第二二色性反射镜、所述第三二色性反射镜或反射镜给出的光束实施照射用的、对所述第一、第二、第三种颜色的光束光轴方向实施控制并对其实施反射、从而将所述第一、第二、第三种颜色的光束照射至所述图象显示元件上的不同区域处、同时使所述第一、第二、第三种颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动的反射型转动多面体元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束作为彩色图象投射的投射部件。
根据本发明的又一个方面，一种光学系统，其特征在于具有光源，从所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象用的图象显示元件，使由光源出射的光束一边反射一边透射过的光导管，从所述光导管出射的光束中分离出第一颜色光束并控制所述第一颜色光束的光轴方向用的第一二色性反射镜，从所述光导管出射的光束中分离出第二颜色光束并控制所述第二颜色光束的光轴方向用的第二二色性反射镜，控制所述光导管处出射的光束中的第三颜色光束的光轴方向用的第三二色性反射镜或反射镜，使由所述第一、第二、第三二色性反射镜或反射镜给出的光束入射用的、对所述第一、第二、第三种颜色的光束光轴方向实施控制并对其实施反射、从而将所述第一、第二、第三种颜色的光束照射至所述图象显示元件上的不同区域处、同时使所述第一、第二、第三种颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动的反射型转动多面体元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束作为彩色图象实施投射用的投射部件。
根据本发明的再一个方面，一种光学系统，其特征在于具有光源，从所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象用的图象显示元件，形成由光源出射的光束的二次光源图象用的第一阵列透镜，对第一阵列透镜给出的各透镜图象实施成象处理用的第二阵列透镜，对光束偏振方向实施对准处理用的偏振光束分解元件，由所述偏振光束分解元件出射的光束中分离出第一颜色光束并控制所述第一颜色光束的光轴方向用的第一二色性反射镜，由所述偏振光束分解元件出射的光束中分离出第二颜色光束并控制所述第二颜色光束的光轴方向用的第二二色性反射镜，控制所述偏振光束分解元件出射的光束中的第三颜色光束的光轴方向用的第三二色性反射镜或反射镜，使由所述第一、第二、第三二色性反射镜给出的光束实施入射用的、使所述第一、第二、第三种颜色的光束透射过并对其光轴方向实施控制、从而将所述第一、第二、第三种颜色的光束照射至所述图象显示元件上的不同区域处、同时由使所述第一、第二、第三种颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动的透射型转动多面体元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束作为彩色图象投射的投射部件。
根据本发明的别的一个方面，一种光学系统，其特征在于具有光源，从所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象用的图象显示元件，将由所述光源出射的光束分离成呈若干种颜色的光束用的彩色光束分离组件，使由所述彩色光束分离组件出射的呈若干种颜色的光束入射至其中的、改变各光束光轴方向后出射、使呈若干种颜色的光束照射在所述图象显示元件上的不同区域并且使由所述呈若干种颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动用的转动多面体元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束作为彩色图象投射的投射部件，
而且所述彩色光束分离组件由二色性反射镜或二色性棱镜和反射镜构成，
由所述转动多面体元件出射的呈若干种颜色的光束中至少两个光束的光轴实施交叉之后，再照射至所述图象显示元件上，
所述转动多面体元件为反射型转动多面体元件，所述若干种颜色的光束照射在所述反射型转动多面体元件上的表面上，且所述呈若干种颜色的光束中的至少一个光束在所述反射型转动多面体元件上的表面上大体成象，而且由所述反射型转动多面体元件反射出的光束照射至所述图象显示元件上，
由所述光源出射的光束透射过光导管或第1和第2阵列透镜之后，照射在所述彩色光束分离装置处，照射至所述图象显示元件上的、呈若干种颜色的光束中的至少一个光束的形状，与所述光导管上的出射开口或该第1阵列透镜的各透镜单元的形状相类似，而且在所述转动多面体元件之后的光路中还设置有成象光学系统，按照与各单元形状相类似的方式在所述图象显示元件上形成大体呈矩形形状的光学图象。
根据本发明的还有一个方面，一种图象显示装置，其特征在于具有光学系统、图象处理组件、电源，所述光学系统具有：
光源，从所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象的图象显示元件，将由所述光源出射的光束分离成呈若干种颜色的光束用的彩色光束分离组件，使由所述彩色光束分离组件出射的呈若干种颜色的光束入射至其中的、改变各光束光轴方向后实施出射、使呈若干种颜色的光束照射在所述图象显示元件上的不同区域处并且使由所述呈若干种颜色的光束照射的区域朝向一个方向移动的转动多面体元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束作为彩色图象实施投射的投射部件。
根据本发明的还有一个方面，一种图象显示装置，其特征在于具有光学系统、图象处理组件、电源，所述光学系统具有：
光源，从所述光源出射的光束形成与图象信号相对应的光学图象用的图象显示元件，形成由光源出射的光束的二次光源图象的第一阵列透镜，对第一阵列透镜给出的各透镜图象实施成象处理的第二阵列透镜，对光束偏振方向实施对准处理的偏振光束分解元件，由所述偏振光束分解元件出射的光束中分离出第一颜色光束并控制所述第一颜色光束的光轴方向用的第一二色性反射镜，由所述偏振光束分解元件出射的光束中分离出第二颜色光束并控制所述第二颜色光束的光轴方向用的第二二色性反射镜，控制由所述偏振光束分解元件出射的光束中的第三颜色光束的光轴方向的第三二色性反射镜或反射镜，使由所述第一、第二二色性反射镜、所述第三二色性反射镜或反射镜给出的光束照射用的、对所述第一、第二、第三种颜色的光束光轴方向实施控制并对其实施反射、从而将所述第一、第二、第三种颜色的光束照射至所述图象显示元件上的不同区域处、同时使所述第一、第二、第三种颜色的光束照射区域朝向一个方向移动的反射型转动多面体元件，以及将由所述图象显示元件出射的光束作为彩色图象投射的投射部件。
附图说明
图1为表示根据本发明构造的光学系统的第一实施例用的示意性结构构成图。
图2为说明将呈三种颜色的光束照射在显示元件上时的状态用的示意性显示元件斜视图。
图3为表示根据本发明构造的光学系统的第二实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图。
图4为表示根据本发明构造的光学系统的第二实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图。
图5为表示根据本发明构造的光学系统的第二实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图。
图6为表示根据本发明构造的显示装置的一个实施例用的示意性结构构成图。
图7为表示根据本发明构造的光学系统的第三实施例用的示意性结构构成图。
图8为表示根据本发明构造的光学系统的第四实施例用的示意性结构构成图。
图9为表示根据本发明构造的光学系统的第五实施例用的示意性结构构成图。
图10为表示根据本发明构造的光学系统的第六实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图。
图11为表示根据本发明构造的光学系统的第六实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图。
图12为表示根据本发明构造的光学系统的第六实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图。
具体实施方式
下面利用几个实施例，参考附图对本发明的实施形式进行说明。
图1为表示根据本发明构造的光学系统的第一实施例用的示意性结构构成图。
正如该图所示，由灯泡发射出的光束由反射部件实施反射后形成光源1，由该光源1出射的光束入射至形成若干个二次光源图象用的第一阵列透镜2，进而穿过由若干个聚光透镜构成的、配置在形成若干个二次光源图象位置的附近位置处的、并且能够在液晶显示元件12上分别形成第一阵列透镜2上的各个透镜图象用的第二阵列透镜3。由穿过第二阵列透镜3后的偏振光光束P和偏振光光束S混合而成的光束，穿过偏振光束分解元件4(下面称为PBS)和λ/2波长板4a，以凑齐成偏振光光束S，进而使其穿过第一准直透镜5a和第二准直透镜5b，再分别利用对红色光束R实施反射的红色光束R用二色性反射镜7a、对绿色光束G实施反射的绿色光束G用二色性反射镜7b、对蓝色光束B实施反射的蓝色光束B用二色性反射镜7c(下面将其统称为二色性反射镜组)，反射红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B。各个红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B穿过第三准直透镜5c，分别照射至反射型转动多面体元件43上不同的位置处，并由反射型转动多面体元件43实施反射。在本实施例中，该反射型转动多面体元件43可以由八面体构成，然而本发明中的多面体表面数目并不仅限于此。而且在本实施例中，二色性反射镜组7a、7b、7c为适用于红色光束(R)、绿色光束(G)、蓝色光束(B)的二色性反射镜组，然而也可以采用适用于R(红色光束)、G(绿色光束)、B(蓝色光束)、W(白色光束)的光束颜色组合形式的二色性反射镜组，适用于Y(黄色光束)、C(氰色光束)、M(品红色光束)的光束颜色组合形式的二色性反射镜组，适用于R(红色光束)、Y(黄色光束)、G(绿色光束)、C(氰色光束)、M(品红色光束)的光束颜色组合形式的二色性反射镜组，或者是适用于R(红色光束)、O(橙色光束)、G(绿色光束)、B(蓝色光束)、V(紫色光束)的光束颜色组合形式的二色性反射镜组，而且对于这些场合，作为彩色光束分离组件的二色性反射镜组可以是由三个以上的二色性反射镜构成的。这种场合是一种位于显示元件上的显示滚动带为三种以上的场合。而且，对于采用两板型(使用两个显示元件并且使其分别配置在立方体型偏振光束分解元件(PBS)的两个侧面上)光学设备的场合，还可以仅仅使实施显示滚动的光束通过转动型多面反射镜而到达第一显示元件处，并且使其余不实施显示滚动的光束通过固定反射镜、透镜等等，直接达到第二显示元件处。
对于红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B由反射型转动多面体元件43上的一个侧面实施反射的场合，各光束光轴会形成一次交叉。对于红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B中的任何两个光束由反射型转动多面体元件43上的一个侧面实施反射的场合，这些光束光轴也会形成交叉(参见如后所述的图4、图5)。由反射型转动多面体元件43出射的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B，将穿过成象透镜6、聚光透镜8、偏振光板9a，在由偏振光束分解元件(PBS)10实施反射后，穿过λ/4波长板11而照射至显示元件12上的不同位置处。将由显示元件12处出射的偏振光光束S变换为偏振光光束P后的光束，将通过偏振光束分解元件(PBS)10，进而穿过偏振光板9b、投射透镜13，而显示成放大投影在屏幕(图中未示出)上的图像。
在这儿的显示元件可以为透射型液晶显示元件、反射型液晶显示元件、强介电体型液晶显示元件和微型反射镜型图象显示元件等等，而且本发明可以根据具体需要选择使用这些显示元件中的任何一种。在本实施例中，显示元件12可以采用反射型液晶显示元件或是强介电体型液晶显示元件。
在如图1所示的实施例中，由各二色性反射镜组7a、7b、7c实施反射后的红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B的光轴方向，可以按照使各个红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B能够照射至显示元件12上预定位置处的方式实施调整。而且，可以按照反射型转动多面体元件43在实施转动时，使位于显示元件12上的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B能够按照大体相同的速度朝向一个方向移动的方式，对反射型转动多面体元件43的大小、表面数目等等实施确定。
而且，也可以不使用二色性反射镜组7a、7b、7c，而是通过组合使用二色性棱镜和反射镜的方式，由二色性棱镜对红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B实施光束分离，进而由反射镜对其光束光轴的方向实施控制。
下面参考图2，对在某一时间里，由反射型转动多面体元件43上反射出的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B在显示元件12上的照射状态进行说明。
图2为说明将呈三种颜色的光束照射在显示元件上时的状态用的示意性显示元件斜视图。在图2中，参考标号12R表示的是由红色光束R照射的区域，参考标号12G表示的是由绿色光束G照射的区域，参考标号12B表示的是由蓝色光束B照射的区域。这些红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B是同时照射在显示元件12上的。参考标号21R、21G、21B分别表示的是由下一红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B照射的区域，是红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B实施照射时用的编码地址。这些区域的大小可以由显示元件12的读写时间、即显示元件12的应答时间和显示滚动速度实施确定，所以对于应答时间远早于滚动显示移动一行所需的移动时间的场合，它们可以仅为一行。对于应答时间比较晚的场合，可以按照与该应答时间相吻合的方式对行数实施划分。
对于这些光束通过滚动显示而从上方照射在液晶显示元件12上的场合，在区域12R、12G、12B中可以使各个地址分别作为与各种颜色相吻合的信息，由上侧起依次对各种颜色实施写入，随后由各种颜色区域的上侧起，依次将红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B照射在显示元件12上。在这一时间里，对区域21R、21G、21B实施地址写入。当对区域21R、21G、21B实施的地址写入完毕时，将照射在区域12R、12G、12B处的红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B，分别移动至位于显示元件12的下侧方向处的区域21R、21G、21B处，以便将红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B照射在这些区域21R、21G、21B处。当对区域21R、21G、21B的地址写入完毕时，对位于其下的显示行实施地址写入。采用这种方式，便可以使红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B的照射区域依次朝向下侧方向移动。
在本实施例中，各个区域12R、12G、12B的大小大体相同，所以第一阵列透镜2上的各透镜的形状，可以按照与由红色光束R、绿色光束G或蓝色光束B照射到的、位于显示元件12上的区域12R、12G、12B中的光带形状大体相似的方式形成。
下面参考图3～图5，对根据本发明构造的第二实施例进行说明。
图3、图4、图5为表示根据本发明构造的光学系统的第二实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图，其中图3(a)、图4(a)、图5(a)为分别表示光学系统用的示意性结构构成图，图3(b)、图4(b)、图5(b)为分别表示红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B在显示元件上的照射位置用的示意图。在这些附图中，对于反射型转动多面体元件43沿着箭头A所示方向转动的场合，图3(a)表示的是由二色性反射镜组7a、7b、7c实施反射后的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B，照射在反射型转动多面体元件43上的一个侧面处时的实例，这种场合可以如图3(b)所示，由红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B实施照射的区域，在显示元件12上按照由右向左的顺序依次为12R、12G、12B。图4(a)表示的是由二色性反射镜组7a、7b、7c实施反射后的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B中的红色光束R和绿色光束G照射在一个侧面处，而蓝色光束B照射在下一侧面处时的实例，这种场合可以如图4(b)所示，由红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B实施照射的区域，在显示元件12上按照由右开始的顺序依次为12B、12R、12G。
图5(a)表示的是由二色性反射镜组7a、7b、7c实施反射后的光束中的红色光束R照射在一个侧面处，而绿色光束G和蓝色光束B照射在下一个侧面处时的实例，这种场合可以如图5(b)所示，由红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B实施照射的区域，在显示元件12上按照由右开始左的顺序依次为12G、12B、12R。
在图3～图5中，与图1中所表示的相同部件已经用相同的参考标号表示，并且省略了对这些部件的详细说明。在图3～图5中与图1所示的光学系统间的不同点在于，在由光源1至二色性反射镜组7a、7b、7c间的光路中，省略了λ/2波长板4a、第二准直透镜5b。在由二色性反射镜组7a、7b、7c至反射型转动多面体元件43间的光路中，省略了第三准直透镜5c，增加了成象透镜6a。由反射型转动多面体元件43至投射透镜13间的光路设置大体相同。在本实施例中可以按照与如图1所示的实施例相类似的方式运行，将红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B分别照射在显示元件12上的区域12a、12b、12c处，并且使这些区域沿着显示元件12一个方向依次移动，从而可以通过一个显示元件12将彩色图象显示在屏幕(图中未示出)上。
图3表示的是由二色性反射镜组7a、7b、7c反射后的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B，分别在反射型转动多面体元件43上的一个侧面处实施吻合聚焦时的状态。对于这种场合，由反射型转动多面体元件43上的侧面反射后的各红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B的光轴，在反射型转动多面体元件43与偏振光束分解元件(PBS)10上的入射面之间会形成交叉。在本实施例中是以八面体元件为例进行说明的，然而本发明中的多面体元件的表面数目并不仅限于此。
图4表示的是红色光束R和绿色光束G照射在反射型转动多面体元件43上的一个侧面处，而蓝色光束B照射在下一侧面处时的状态，在这时由反射型转动多面体元件43反射后的红色光束R和绿色光束G的光轴彼此交叉，随后照射至偏振光束分解元件(PBS)10处，蓝色光束B的光轴与红色光束R和绿色光束G的光轴间不形成交叉，并入射至偏振光束分解元件(PBS)10处。
图5表示的是红色光束R照射在反射型转动多面体元件43上的一个侧面处，而绿色光束G和蓝色光束B对着转动方向照射在下一侧面处时的状态，在这时由反射型转动多面体元件43上的下一侧面处反射后的绿色光束G和蓝色光束B光轴彼此交叉，随后入射至偏振光束分解元件(PBS)10的入射面处。
由如上所述可知，对于将若干种颜色的光束照射在反射型转动多面体元件43上的一个侧面处的场合，由反射型转动多面体元件43反射后的、呈若干种颜色的光束光轴将彼此交叉，随后入射至偏振光束分解元件(PBS)10处。
下面对根据本发明构造的显示装置的一个实施例进行说明。
图6为表示根据本发明构造的显示装置的一种实施例用的示意性结构构成图。在图6中与图1、图3～图5中所表示的相同构成部件已经用相同的参考标号表示，并且省略了对这些部件的详细说明。在这一实施例中，由光源1至二色性反射镜组7a、7b、7c间的光路与如图1所示的实施例相类似，由二色性反射镜组7a、7b、7c至投射透镜13间的光路与如图3～图5所示的实施例相类似。因此，作为本实施例的光学系统，也可以按照与如图1、图3～图5所示方式相类似的方式运行，从而可以利用由投射透镜13照射的光束，在屏幕(图中未示出)上显示出彩色图象。
在如图6所示的实施例中，参考标号24表示的是电源，参考标号25表示的是对图象信号实施处理用的图象显示回路，参考标号26表示的是排风扇，并且搭载有具有由光源1至投射透镜13的光路的光学系统，从而构成为显示装置。
下面参考图7，对于由光源1至二色性反射镜组7a、7b、7c间的光路方向，与由反射型转动多面体元件43至投射透镜13间的光路方向为相同方向的实施例进行说明。
图7为表示根据本发明构造的光学系统的第三实施例用的示意性结构构成图。在图7中与图1、图3～图5中所表示的相同构成部件已经用相同的参考标号表示，并且省略了对这些部件的详细说明。
正如该图所示，由光源1至二色性反射镜组7a、7b、7c间的光路除了在如图1所示的光路中，未使用第二准直透镜5b之外均与图1所示相同。由二色性反射镜组7a、7b、7c至反射型转动多面体元件43间的光路是在如图1所示的光路中，未使用第三准直透镜5c，然而也可以使用准直透镜5c。由反射型转动多面体元件43至偏振光束分解元件(PBS)10间的光路中使用了呈两种类型形式的成象透镜6a、6b。在偏振光束分解元件(PBS)10之后的光路构成形式与如图1所示的相同。而且在图7中，虚线表示的是绿色光束G，点划线表示的是绿色光束G的光轴。红色光束R、蓝色光束B的光轴在这儿未示出，这些光轴与图1中所示的状况相同。
在本实施例中，可以使由二色性反射镜组7a、7b、7c反射后的、呈三种颜色的光束中的中间光束、即绿色光束G，聚光成象在反射型转动多面体元件43上的一个侧面处。对于这种场合，由于是以反射型转动多面体元件43上的绿色光束G为中心对红色光束R和蓝色光束B实施照射的，所以和绿色光束G成象在反射型转动多面体元件43中心之外的场合相比，可以减小反射型转动多面体元件43上各个表面的面积。
而且在本实施例中，可以按照与由光源1至二色性反射镜组7a、7b、7c间的光束光轴方向大体平行的光轴方向，将红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B的投射光束由投射透镜13投射出去。
在本发明中，所使用的准直透镜的数目并不仅限于此，而且还可以将其配置在二色性反射镜组7a、7b、7c之后的位置处。而且，即使对于二色性反射镜组7a、7b、7c的特性为R(红色光束)G(绿色光束)B(蓝色光束)、B(蓝色光束)G(绿色光束)R(红色光束)等等的场合，也可以依据由作为光源的灯泡出射的光束状况，对比较弱的波长光束优先实施反射、即为了减少透射次数而首先对其实施反射。
下面参考图8，对光学系统的第四实施例进行说明。
图8为表示根据本发明构造的光学系统的第四实施例用的示意性结构构成图。正如该图所示，由光源1出射的光束透射过第一准直透镜5a、第二准直透镜5b之后，入射至第一光导管46。光束一边由第一光导管46的内侧面反射一边行进，进而通过偏振光束分解元件(PBS)45a、偏振光束分解元件(PBS)或全反射棱镜或全反射透镜45b、λ/2波长板4b，以对偏振光的偏振方向实施对准处理，使其作为偏振光光束S而入射至第二光导管44处。入射至第二光导管44中的偏振光光束S一边由第二光导管44的内部实施反射一边行进，进而通过二色性反射镜组7a、7b、7c反射为各红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B，并入射至反射型转动多面体元件43处。由反射型转动多面体元件43实施反射后的各红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B通过第一成象透镜6a、第二成象透镜6b、第三成象透镜6c、偏振光板9a，入射至偏振光束分解元件(PBS)10处。在此之后的光路与如图1所示的光路相同。
本实施例中，也可以将彩色图象显示在屏幕上。而且在本实施例中，是按照与由光源1至二色性反射镜组7a、7b、7c的光轴方向成直角的方向，从投射透镜13射出投射光束的。
而且在本实施例中，是通过偏振光束分解元件(PBS)45a和全反射棱镜45b而使光束形成为偏振光光束S的，所以在由偏振光束分解元件(PBS)45a出射的偏振光光束S和由全反射棱镜45b出射的偏振光光束S之间会形成差异(筋)。这两个偏振光光束S在透射过第二光导管44时，通过这两个偏振光光束S在第二光导管44内部反射，也可以在这两个偏振光光束S间形成差异(筋)。因此，对于在两个偏振光光束S之间未形成有差异(筋)的场合，即对于偏振方向已经对准的光束，还可以省略掉第二光导管44。
而且，由于插入有偏振光束分解元件(PBS)45a，而使得与第一光导管46的宽度相当的光束，在一个方向上将扩大至宽度的大约两倍，所以可以容易地使光导管44上的出射开口形状，呈与显示元件上的显示滚动带形状相类似的形状(比如说呈带状的矩形形状)。如果按照使光导管46上的入射开口形状，为与光束斑点形状相吻合的适当形状(比如说大体呈正方形形状)的方式实施设计，可以减少光束异常，抑制光束损失，而且由于可以使其随后放大成为矩形形状，所以可以具有良好的光束利用效率。而且，由于不需要设置有矩形孔径用小孔，就可以在显示元件上再次成象出所述光导管44上的出射开口形状，所以不再需要象矩形孔径用小孔那样对光束实施切割作用，从而可以具有良好的光束利用效率。
而且在本实施例中，对于显示元件12采用的是微型反射镜型图象显示元件的场合，由于不再需要对偏振光方向实施对准处理，所以还可以不再设置偏振光束分解元件(PBS)45a、全反射棱镜或全反射透镜45b、λ/2波长板4b等等部件。
下面对根据本发明构造的光学系统的第五实施例进行说明。
图9为表示根据本发明构造的光学系统的第五实施例用的示意性结构构成图。在该图中，虚线表示的是绿色光束G，点划线表示的是绿色光束G的光轴。其它颜色光束的光轴与图1中所示的状态相同。而且在该图中与图1中所表示的相同构成部件具有相同功能的部件已经用相同的参考标号表示，并且省略了对这些部件的详细说明。
在本实施例中，由光源1出射的光束入射至形成若干个二次光源图象用的第一阵列透镜2，进而穿过由若干个聚光透镜构成的、配置在形成若干个二次光源图象位置的附近位置处的、并且能够在液晶显示元件12上分别形成出第一阵列透镜2的透镜图象用的第二阵列透镜3。由穿过第二阵列透镜3后的偏振光光束P和偏振光光束S混合而成的光束，由偏振光束分解元件4对齐成偏振光光束S，进而使其穿过第一准直透镜5a，再通过对红色光束R实施反射的红色光束R用二色性反射镜7a、对绿色光束G实施反射的绿色光束G用二色性反射镜7b、对蓝色光束B实施反射的蓝色光束B用二色性反射镜或反射镜7c(在这儿，也可以采用紫外线透射型反射镜，如果采用对红色光束R最后实施反射的构成形式，也可以采用红外线光束透射型反射镜)，分别反射为红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B。使各个红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B分别照射至反射型转动多面体元件43上不同的位置处，并由反射型转动多面体元件43实施反射。由反射型转动多面体元件43实施反射后的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B在透射过第二准直透镜5b之后，由反射镜16实施反射，使光路大约改变90度，再透射过聚光透镜8。透射过聚光透镜8后的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B再透射过第一偏振光板9a，由偏振光束分解元件(PBS)10实施反射，进而通过λ/4波长板11后入射至反射型显示元件12处。由显示元件12实施偏振光变换成为P偏振光后的红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B再次通过偏振光束分解元件(PBS)10，由第二偏振光板9b处实施出射。由偏振光束分解元件(PBS)10出射的光束光轴与由光源1出射的光束方向相平行，而且光束沿着与由光源1出射的光束方向相反的方向出射。
如果采用本实施例，便可以构成一种不再需要使用成象光学系统的光学系统。
下面对在光学系统中使用着透射型转动多面体元件的场合进行说明。
图10、图11、图12为表示根据本发明构造的光学系统的第六实施例用的示意性结构构成图，以及表示其显示元件用的示意性平面图，其中图10(a)、图11(a)、图12(a)为分别表示光学系统用的示意性结构构成图，图10(b)、图11(b)、图12(b)为分别表示红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B在显示元件上的照射位置用的示意图。
图10(a)表示的是将红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B按照光轴方向彼此不同的方式照射在透射型转动多面体元件上的一个侧面处，并且由与此侧面相对的侧面处出射出红色光束R、绿色光束G的蓝色光束B时的实例，这种场合可以如图10(b)所示，在显示元件12上的表面处按照由上至下的方式，依次将红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B照射在区域12R、12G、12B处。图11(a)表示的是将光轴方向彼此不同的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B照射在透射型转动多面体元件上的两个侧面处，并且由与这两个侧面相对的侧面处出射出红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B时的实例，这种场合可以如图11(b)所示，在显示元件12上的表面处按照由上至下的方式，依次将绿色光束G、蓝色光束B和红色光束R照射在区域12G、12B、12R处。图12(a)表示的是将光轴方向彼此不同的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B照射在透射型转动多面体元件上的两个侧面处，并且由与这两个侧面相对的侧面处出射出红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B时的实例，这种场合可以如图12(b)所示，在显示元件12上的表面处按照由上至下的方式，依次将蓝色光束B、红色光束R和绿色光束G、照射在区域12B、12R、12G处。
在图10～图12中，由光源1出射的光束透射过第一阵列透镜2、第二阵列透镜3，由偏振光束分解元件(PBS)4实施偏振光光束的对准处理，进而使其作为偏振光光束S透射过准直透镜5，再经过对红色光束R实施反射的红色光束R用二色性反射镜7a、对绿色光束G实施反射的绿色光束G用二色性反射镜7b、对蓝色光束B实施反射的蓝色光束B用二色性反射镜或反射镜7c，分别反射为红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B。由二色性反射镜组7a、7b、7c实施反射后的红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B透射过透射型转动多面体元件47。透射过透射型转动多面体元件47的红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B在通过聚光透镜8、第一偏振光板9a之后，在偏振光束分解元件(PBS)10反射，再透射过λ/4波长板11而入射至显示元件12。由该显示元件12实施反射的、呈偏振光光束P形式的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B，透射过偏振光束分解元件(PBS)10而入射至投射透镜13处。在这些实施例中，由光源1出射光束的方向与由投射透镜13出射光束的方向大体平行，但光束的行进方向相反。
在如图10～图12所示的实施例中，这种透射型转动多面体元件47朝向图面沿顺时针方向(沿箭头A所示的方向)转动。
在如图10所示的实施例中，由二色性反射镜组7a、7b、7c反射出的、光轴方向彼此不同的红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B，入射至透射型转动多面体元件47上的一个侧面处，透射过透射型转动多面体元件47之后由透射型转动多面体元件47上的相对面处出射，这些光束在光轴实施交叉后入射至聚光透镜8。
在如图11所示的实施例中，透射型转动多面体元件47比如图10所示的场合进一步朝向顺时针方向转动，所以红色光束R入射至如图11所示的一个侧面处，绿色光束G和蓝色光束B入射至下一侧面处，各个红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B分别透射过透射型转动多面体元件47，红色光束R由与和第一侧面相对面不同的前一侧面处出射，绿色光束G由下一侧面处入射并由与该侧面相对的侧面处出射，蓝色光束B由下一侧面处入射并由与和第一侧面相对的面不同的前一侧面处出射。在本实施例中，由不同侧面入射的绿色光束G和蓝色光束B由不同的侧面处出射，在实施光轴交叉之后入射至偏振光束分解元件(PBS)10处。
在如图12所示的实施例中，红色光束R入射至透射型转动多面体元件47上的一个侧面处，绿色光束G和蓝色光束B从下一侧面处入射，各红色光束R、绿色光束G、蓝色光束B分别透射过透射型转动多面体元件47。红色光束R由与下一侧面相对的侧面处出射，绿色光束G由与第一侧面相对的侧面处出射，蓝色光束B由与下一侧面相对的侧面处出射。由与下一侧面相对的侧面处出射的红色光束R和蓝色光束B实施交叉之后，透射过准直透镜并入射至偏振光束分解元件(PBS)10处。
在如图10至图12所示的实施例中，红色光束R、绿色光束G和蓝色光束B中的至少两个光束在由透射型转动多面体元件47处出射后，其光轴彼此交叉。
而且在本实施例中，可以选择各种允许光束透射的适当材料制作透射型转动多面体元件47。而且，透射型转动多面体元件47的侧面数目并不仅限于八面体，还可以选择使用具有三个侧面以上的多面体形状。而且，本发明对透射型转动多面体元件47的大小并没有特殊的要求。
如上所述，如果采用本发明，通过使用将光束分离成若干种颜色并实施反射的二色性反射镜组和改变呈若干种颜色的光束行进方向用的转动多面体元件，便可以将若干种不同颜色的光束照射在一个显示元件上的不同区域处，而且通过对转动多面体元件实施转动的方式，还可以使显示元件上由呈若干种颜色的光束照射的区域依次朝向一定方向变化，从而可以利用一个显示元件，通过简单的构成得到彩色图象。
而且在本发明中，可以将由光源出射的光束分离成呈若干种颜色的光束，并且可以高效率地将这些分离后的、呈若干种颜色的光束照射在显示元件上，从而可以获得良好的光束利用效率。
而且在本发明中，由于仅仅使用着一个转动多面体元件，所以可以容易地使照射在显示元件上的、呈若干种颜色的光束实施位置吻合。
如上所述，如果采用本发明，便可以制作出构成形式简单的单板式光学系统，而且可以制作出光束利用效率更高的光学系统。而且，还可以容易地使照射在显示元件上的、呈若干种颜色的光束实施位置吻合。

Claims (14)

1.一种光学系统，其特征在于，包括：
光源；
图象显示元件，形成根据来自该光源的出射光的图象信号的光学图象；
光导管，将来自该光源的光反射并同时透过；
色彩分离系统，将来自该光导管的光分离为第1、第2、第3色光；
照明光学系统，被来自该色彩分离系统的光照射，而对该图象显示元件作照射；和
投影装置，将从该图象显示元件射出的光，作为彩色图象投影；
上述光导管是具有用以使偏振光方向一致的偏振光转换装置的结构。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：
上述光导管被构成以使得出射侧表面比入射侧表面面积大。
3.一种光学系统，其特征在于，包括：
光源；
图象显示元件，形成根据来自该光源的出射光的图象信号的光学图象；
光导管，将来自该光源的光反射并同时透过；
色彩分离系统，将来自该光导管的光分离为第1、第2、第3色光；
反射型旋转多面体，被来自该色彩分离系统的光照射，控制各该第1、第2、第3色光的光轴方向而作反射，将该第1、第2、第3色光照射到该图象显示元件的不同的部分，并且能够将该第1、第2、第3色光所照射的部分在一个方向上移动；和
投影装置，将从该图象显示元件射出的光，作为彩色图象投影；
上述光导管被构成以使得出射侧表面比入射侧表面面积大。
4.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于：
上述光导管的出射侧表面是具有出射开口部、入射侧表面是具有入射开口部的结构。
5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于：
上述光导管的出射侧表面是具有出射开口部、入射侧表面是具有入射开口部的结构。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于：
上述光导管的出射侧表面的开口部形状，与各色光对上述图象显示元件的照射形状为大致相似形。
7.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于：
上述光导管的入射侧表面的开口部形状，与上述光源的形状是大致相似形或是大致正方形。
8.一种图象显示装置，其特征在于，包括：
光源；
图象显示元件，形成根据来自该光源的出射光的图象信号的光学图象；
光导管，将来自该光源的光反射并同时透过；
色彩分离系统，将来自该光导管的光分离为第1、第2、第3色光；
照明光学系统，被来自该色彩分离系统的光照射，而对该图象显示元件作照射；和
投影装置，将从该图象显示元件射出的光，作为彩色图象投影；
图象处理电路；和
电源；
上述光导管是具有用以使偏振光方向一致的偏振光转换装置的结构。
9.根据权利要求8所述的图象显示装置，其特征在于：
上述光导管被构成以使得出射侧表面比入射侧表面面积大。
10.一种光学系统，其特征在于，包括：
光源；
图象显示元件，形成根据来自该光源的出射光的图象信号的光学图象；
光导管，将来自该光源的光反射并同时透过；
色彩分离系统，将来自该光导管的光分离为第1、第2、第3色光；
反射型旋转多面体，被来自该色彩分离系统的光照射，控制各该第1、第2、第3色光的光轴方向而作反射，将该第1、第2、第3色光照射到该图象显示元件的不同的部分，并且能够将该第1、第2、第3色光所照射的部分在一个方向上移动；
投影装置，将从该图象显示元件射出的光，作为彩色图象投影；
图象处理电路；和
电源；
上述光导管被构成以使得出射侧表面比入射侧表面面积大。
11.根据权利要求9所述的图象显示装置，其特征在于：
上述光导管的出射侧表面是具有出射开口部、入射侧表面是具有入射开口部的结构。
12.根据权利要求10所述的图象显示装置，其特征在于：
上述光导管的出射侧表面是具有出射开口部、入射侧表面是具有入射开口部的结构。
13.根据权利要求11所述的图象显示装置，其特征在于：
上述光导管的出射侧表面的开口部形状，与各色光对上述图象显示元件的照射形状为大致相似形。
14.根据权利要求12所述的图象显示装置，其特征在于：
上述光导管的入射侧表面的开口的开口部形状，与上述光源的形状是大致相似形或是大致正方形。
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