WO2011044763A1 - 一种光路系统 - Google Patents

Description

一种光路系统

技术领域

本发明涉及一种光路系统，尤其是使一束平行光改变为多束性质不相同且不断改变位置的平行光的光路系统，用在成像领域中，如投影和摄影。

背景技术

　　目前市场上的投影仪及摄像机的成像光路系统复杂且对光的利用率非常低，图片不能获得高的色彩数及亮度效果，同时也不能改进图像的物理分辨率。

　　目前，在三片LCD中，白色平行光束经过第一分光镜，第二分光镜得到3色色光，其中一色光经过反射镜射入第一LCD液晶面板，另一色光射入第二LCD面板，剩下一种色光经过反射镜及第二反射镜射入第三液晶LCD面板。在这种三片LCD面板的结构中，对各对应的光束控制其通光量再经过4个等腰直角棱镜的合光作用下射出得到完整的3色光图像。该光路结构复杂，且需要3个成像芯片组合。

　　另一种是在单片式DLP中，白色平行光束经过色轮而得到在一定时间段内不同的色光。色轮有3色，4色，5色，六色色轮。不同色光的光束不断的射入到DMD反射镜片阵列上使图像成像。这种投影工作模式下光的利用率非常低，且由于成像的颜色由每种色光在DMD上被反射的次数对应的时间决定使该模式下的色彩数量及成像的色彩效果不太好。此外，在3片式DLP中，由于不仅要多个DMD成像芯片且光路结构非常复杂成本非常高，且由于DMD芯片的成像原理导致即使是3片式DLP的动态颜色显示效果也不是非常理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种能提高投影仪及摄像机成像亮度，色彩数及物理分辨率高的光路系统。

本发明的技术方案是一束平行光经过一个分光分色光路装置使一束光变为多束相邻光束性质不同的平行光束。多束相邻光束性质不同的平行光束在经过一个反光面位置不断改变的反光装置后就使得光束位置也不断改变的特点，从而获得高的光利用效率，提高成像的亮度，当设计光路系统使得平行光束有多种不同性质时可提高成像的色彩数，当设计光路系统控制光束宽度为成像单元的n分之一（n是大于等于2的整数）单元宽度时通过类似于隔行扫描的成像控制，可以提高图片成像的物理分辨率。

光束最终作用在DLP芯片DMD或其它类似成像芯片上，最终光束要以一定的参数以对应于芯片中的图像成像单元。当用在数码照相机或液晶成像时，图像成像单元中不需要增加聚光微珠或在控制单元中镀分光膜。

　　分光分色装置可以通过以下几种光路系统实现。

　　本发明的一种光路系统，包括台阶状分光分色光束分束装置、其位置反射面呈周期性变化的位置反射装置和图像成像芯片，所述台阶状分光分色光束分束装置由多个镀有不同颜色的反射分色膜的台阶状玻璃片组成，白色光束射入到该分光分色光束分束装置后得到多束平行的且光束宽度相同光束性质不同的交替排列的多束平行多色光束；多束平行多色光束射在位置反射装置的位置反射面上，在位置反射面的作用下，使得出射光束入射到图像成像芯片后，在图像成像芯片上同一位置上的光束性质发生循环变化。

　　所述位置反射装置的结构是在一圆片的上表面上设有3个或3个以上的弧长相等的位置反射面，所述位置反射面呈阶梯状顺序排列连接，多束平行多色光束从一个位置反射面过渡到另外一个位置反射面时，相邻两个位置反射面的高度发生变化，从而多束平行多色光束的反射在图像成像芯片的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片上的同一位置上的光束性质发生循环变化。

　　所述位置反射装置具有3个或3个以上的弧长相等的位置导向面，所述位置导向面呈阶梯状顺序排列连接；在所述位置导向面上方设有位置反射面，在位置反射面下面设有支杆，所述位置反射面通过所述支杆与所述位置导向面接触连接，多束平行多色光束射在所述位置反射面上后被反射到图像成像芯片上，位置反射面会随着位置导向面的高低变化而变化，从而达到多束平行多色光束的反射在图像成像芯片的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。

　　所述台阶状分光分色光束分束装置的每一组台阶贴有N-1个不同颜色的反射分色膜其中N是每一组台阶阶梯数，N为大于2的整数，且同一组台阶上的反射分色膜的下部与入射光方向对齐。

具体地说，本发明的另一种光路系统，包括台阶状光束分束反射阵列、分色装置和合色装置、反射面呈周期性变化的位置反射装置和图像成像芯片，平行白光束经过光束分束反射阵列后分为多束平行白色光束，多束平行白色光束入射到所述的分色装置，所述分色装置将多束平行白色光束分离为数个单色平行光束，所述数个单色平行光束被合色装置合为循环交替排列的多束平行多色光束，该多束平行多色光束射到位置反射装置的位置反射面上，在位置反射面的作用下，使得出射光束入射到图像成像芯片后，在图像成像芯片上同一位置上的光束性质发生循环变化。

　　所述分色装置和合色装置是数个阵列排布的分色膜构成，所述多束平行白色光束入射到所述的数个阵列排布的分色膜，每一种所述的分色膜只反射或透射一种单色光，而其余的色光则透过该分色膜或从该分色膜反射从而使多束平行白色光束分离为数个单色平行光束，最后分离出的单色平行光束经过分色膜阵列合为循环交替排列的多束平行多色光束。

所述分色装置和合色装置包括棱镜平行且紧贴于棱镜的斜面的玻璃片，在玻璃片的下表面镀有反射膜，在玻璃片的上表面镀有反射不同色光的分光膜，分光膜的排布方式是以一定宽度镀一条透射一种色光的分光膜，紧接着以相同宽度镀有预定条另外的透射不同的色光的分光膜，再紧接着以相同宽度留一条无镀层区域，如此反复；平行白光束经过光束分束反射阵列后分为多束平行白色光束射入玻璃片中无镀层的区域，经过玻璃片的下表面反射后经过第一种色光分光膜透射分离出第一种色光，其它色光又反射到玻璃片的下表面后，又被反射到玻璃片的上表面的另一色光分光膜区域透射分离出第二种色光，余下的光又被反射到玻璃片的下表面后，再次被反射到玻璃片的上表面中另一色光分光膜透射分离出第三种色光，依次类推，最后从玻璃片无镀膜的区域透射分离最后一种色光；此时与透射分离出的各色光垂直的白色光束通过该无镀膜区域又入射到玻璃片；并重复以上分光过程，得到多束不同性质的多束平行多色光束。

　　所述分色装置和合色装置包括红光反射分色膜、绿光反射分光膜、反射膜、红光入射到反射膜、第二反射透射分色膜及合光装置，多束平行白色光束射入红光反射分色膜，红光反射分色膜使红光反射而其它色光透射，反射的红光入射到反射膜后，从合光装置的左侧进入到合光装置，红光被第一对角斜面上的红光反射膜反射进入位置反射装置的位置反射面上，多束平行白色光束经过红光反射分色膜反射后的其它色光入射到绿光反射分光膜后，绿光被绿光反射分光膜从上部反射到合光装置，绿光被直接透射后进入至反射装置的位置反射面上；多束平行白色光束经过绿光反射分光膜后的蓝光，入射到反射膜上，经第二反射透射分色膜反射，从合光装置的右侧进入到合光装置，蓝光被第二对角斜面上的蓝光反射膜反射进入位置反射装置的位置反射面上。

　　所述分色装置和合色装置是由2个对称布置的三角棱镜组成的，白色平行光束经过台阶状光束分束反射装置后，得到的多束平行白色光束入射到由2个对称布置的三角棱镜组成的分色装置和合色装置；其中第一个三角棱镜的ac连所在的平面、ab连所在的平面分别和另一个三角棱镜的ef边所在有平面、de边所在的平面平行；且ab边所在的平和de边所在的平相隔一定的距离，使多束平行白色光束经过第一个三角棱镜后由多束平行白色光束分色为多束多色交替排列光束；多束多色交替排列光束经过第二个三角棱镜后得到多束平行多色光束。

　　所述位置反射装置的结构是在一圆片的上表面上设有3个或3个以上的弧长相等的位置反射面，所述位置反射面呈阶梯状顺序排列连接，多束平行多色光束从一个位置反射面过渡到另外一个位置反射面时，相邻两个位置反射面的高度发生变化，从而多束平行多色光束的反射在图像成像芯片的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片上的同一位置上的光束性质发生循环变化。

　　所述位置反射装置具有3个或3个以上的弧长相等的位置导向面，所述位置导向面呈阶梯状顺序排列连接；在所述位置导向面上方设有位置反射面，在位置反射面下面设有支杆，所述位置反射面通过所述支杆与所述位置导向面接触连接，多束平行多色光束射在所述位置反射面上后被反射到图像成像芯片上，位置反射面会随着位置导向面的高低变化而变化，从而达到多束平行多色光束的反射在图像成像芯片的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。

本发明具有能提高投影仪及摄像机成像亮度，色彩数及通过类似于隔行扫描的方式提高图像物理分辨率的优点。

附图说明

图1是本发明的第一种实施例结构示意图。

图2是本发明的第二种实施例结构示意图。

图3是本发明的第三种实施例结构示意图。

图4是图3中的棱镜和玻璃片工作原理说明示意图。

图5是图1中台阶状分光分色光束分束装置结构示意图。

图6是台阶状光束分束反射装置的结构示意图。

图7是本发明的一种分光分色装置结构示意图。

图8是本发明的第二种分光分色装置结构示意图。

图9是本发明的第三种分光分色装置结构示意图。

图10是图2所述实施例另一种形式的示意图。

图11是在图10所示实施例的另一种实施例的结构示意图。

图12是本发明的另一种实施例的结构示意图。

图13是图12的一种变化形式的结构示意图。

图14是台阶状光束分束反射装置2的另一种结构示意图。

具体实施方式

　　请参见图1，图1是本发明的一种实施例结构示意图。如图所示，平行白光束1入射到台阶状分光分色光束分束装置20（具体结构下面将结构附图加以说明，下同）上，其中台阶状分光分色光束分束装置20由多个贴有反射分色膜台阶状玻璃片组成，其中每一个台阶由3片分别依次镀有红、绿、蓝的反射分色膜的玻璃片组成，白色光束射入到该分光分色光束分束装置20后得到多束平行的且光束宽度相同光束性质不同的多束平行多色光束16。例如，如果我们依次将玻璃片上镀上红、绿、蓝、蓝、绿、红……,这样，白光通过台阶状分光分色光束分束装置20反射后就会形成RGBBGRRGBBGR……形式的多束平行多色光束16。多束平行多色光束16入射到位置反射装置6上时，在高速旋转的位置反射装置6的位置反射面61（参见图7-图9）的作用下（当然，位置反射装置6的位置反射面61的位置变化也可以使用如振动、直线电机上下驱动等方式实现，下同），以RGBBGR为一个循环单元，使得出射光束19入射到图像成像芯片9（如LCD,DMD,LCOS等）后，在图像成像芯片9上同一位置上的光束性质发生循环变化，或者换句话说，是以RGBBGR为一个循环单元在图像成像芯片9上来回扫描。图1所示的模式可以得到和现有单片式3色轮的效果,但是，提高了光路的光利用效率，同时可以直接用在LCD成像装置上而液晶屏不需要滤光片。本实施例中，位置反射装置6包含6个不同的位置反射面，分别对应以RGBBGR为一个循环单元的每一种颜色，每改变一个反射面的位置，可使光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束位置。

　　在本实施例的基础上稍做改变，如每一个台阶由6片带红、绿、蓝、黄、品红、青六种不同颜色的反射分色膜的玻璃片组成的话,则可形成以RGBYMCCGBYMR为一个循环单无的RGBYMCCGBYMR……色光光束。这种实施例得到和现有单片式6色轮的效果，但是，提高了光路的利用效率，同时可以直接用在LCD成像装置上而液晶屏而不需要滤光片。其中位置反射装置6包含12个不同的位置反射面，每改变一个反射面的位置，可使光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束位置。

　　上述实施例中的位置反射装置6的主要作用是通过高速旋转的位置反射装置6使多束平行多色光束16被反射后，所产生的出射光束19可在图像成像芯片9上的同一位置上的光束性质发生循环变化。所述位置反射装置6的结构可以不同，只要能达到其效果即可。本发明中，所述位置反射装置6的结构，将结合后续附图加以详细说明。

　　请参见图2，图2是本发明的第二种实施例结构示意图。如图所示，平行白光束1入射到台阶状光束分束反射阵列2上得到出射光为多束平行白色光束12，且各平行白色光束宽度一样为图像成像芯片宽度的n倍，相邻平行白色光束之间的间隔距离为图像成像芯片宽度的2n倍，多束平行白色光束12射入第一红光透射分色膜31，第一红光透射分色膜31使红光透射而其它色光反射，透射的红光入射到反射膜34后，再经过第二红光透射分色膜35，入射到蓝光透射分色膜36后，再被反射射入到位置反射装置6的位置反射面61上，多束平行白色光束12经过第一红光透射分色膜31反射后的其它色光入射到绿光反射分光膜32后，绿光被反射到第二红光透射分光膜35后，反射到蓝光透射分光膜36后反射射入位置反射装置6的位置反射面61上，经过绿光反射分光膜32后剩下的蓝光入射到反射膜33上，被反射射入蓝光透射分光膜36后被透射并射入位置反射装置6的位置反射面61上，至此，经过台阶状光束分束反射阵列2作用后分为多束平行白色光束12在多个由分光膜和反射膜组成的分光合光作用下使多束平行白色光束分离成单独的各种平行色光及组合成由多种色光交替平行排列的多束平行多色光束16，多束平行多色光束16入射到位置反射装置6的反射面61上，在高带旋转的位置反射装置6的作用下，产生的出射光束19可在图像成像芯片9上的同一位置上的光束性质发生循环变化。本实施例可以得到3色光交替排列的平行光束，且各光束的宽度相同，此时光束的排列特征为RGBRGBRGB……。这种模式下得到和现有单片式3色轮的效果，但是提高了光路的光利用效率，同时可以直接用在LCD成像装置上而液晶屏不需要滤光片。本实施例中的位置反射装置6含有3个位置反射面，每改变一个位置反射面使光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束位置。

　　如果将上述装置加以改进，适当增加其它颜色的透射分光膜，可以得到其它光束排列特征的光束。如当该模式下的白色平行光束1经过台阶状光束分束反射阵列2后入射到含有红、绿、蓝、黄和青五种颜色的分色膜时，就可以得到六种色光时，可以组合成最终的出射光束19为六种不同颜色的色光交替排列，得到和目前单片式6色轮的效果，提高了光路的利用效率，同时可以直接用在LCD成像装置上而液晶不需要绿光片。其中位置反射装置6含有6个位置反射面，每改变一个位置反射面使光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束位置。

　　请参见图3，图3是本发明的第三种实施例结构示意图。如图所示，包括台阶状光束分束反射阵列2、棱镜8、位置反射装置6和平行于棱镜8的底面设有玻璃片7，在玻璃片7的下表面镀有反射膜71，在玻璃片7的上表面镀有不同颜色的分光膜72，分光膜72的排布方式是以一定宽度连续镀有至少两条不同颜色的透射分光膜后，再紧接着以相同宽度留一条无镀层区域，如此反复。下面以镀有红光透射分光膜和绿光透射分光膜为例来说明本发明的工作过程，平行白光束1经过光束分束反射阵列2后分为多束平行光束12经过棱镜8射入玻璃片7中无镀层的区域后经过玻璃片7的下表面反射后经过红光分光膜分离出红光，其它色光又反射到玻璃片7的下表面后又被反射到玻璃片7的上表面的绿色分光膜区域分离出绿光，然后又反射到玻璃片7的下表面后再次被反射到玻璃片7的上表面中无镀膜的区域分离出蓝光。此时与之垂直的白色光束通过该无镀膜区域又入射到玻璃片7。并重复以上分光过程，得到由RGBRGB……排列的多束不同性质的多束平行多色光束16，平行光束16入射到位置反射装置6后得到出射光束19，出射光束19在图像成像芯片9的同一位置的性质不断改变。本实施例中，位置反射装置6含有3个位置反射面61，每改变一个位置反射面使光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束位置。

　　当该模式下的玻璃片7上表面镀有5种不同颜色的透射分色膜，如红、绿、蓝、黄和青五色，或者是16/17红，1/17红，16/17绿，1/17绿16/17绿，可以得到六种色光，它可以组合成最终的光束16为六种不同颜色的色光交替排列，得到和目前单片式6色轮的效果，但是，提高了光路的光利用效率，同时可以直接用在LCD成像装置上而液晶屏而不需要滤光片。本实施例中的位置反射装置6含有6个位置反射面，每改变一个位置反射面使光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束位置。

　　图4是图3中的棱镜8和玻璃片7工作原理说明示意图。多束平行白色中的单元光束12垂直入射到棱镜8，然后入射到玻璃片7上表面的无镀膜区域71后入射到玻璃片7的下表面，玻璃片7的下表面都镀有反射膜，多束平行光束12被反射后入射到玻璃片7镀有红光透射分光膜的上表面72区域后分离出红光光束171，其余色光再反射到玻璃片7下表面后再反射回玻璃片7镀有绿光透射分光膜的上表面区域73分离出绿光172，其它色光再反射回玻璃片7下表面后再反射到玻璃片7无镀层区域71并将其它色光透射，此时分离出蓝光173。同时在此无镀层区域71上又有另一束单元光束12入射到玻璃片7下表面并重复以上分光过程，从而得到多束平行多色光束16的色光的排列为RBGRBG…光束特征序列。

　　请参见图5，图5为图1中台阶状分光分色光束分束装置20的具体详解示意图。平行白色光束1入射到台阶状分光分色光束分束装置20，其中台阶状分光分色光束分束装置20每一组（本实施例中，二片为一组）台阶贴有2个不同颜色的反射分色膜（实际上，根据不同需要，如果每一组台阶阶梯数为N，N为大于2的整数，则反射分色膜数量为N-1），且同一台阶上的反射分色膜的下部与入射光方向对齐。如反射分色膜分别是红色反射分色膜和绿色反射分色膜为例，则在台阶状分光分色光束分束装置20的入射光作用区域231镀有分光膜使红光反射其它色光透过，该透过色光入射到镀有分光膜的区域232时使绿光反射其它色光投射到镀有分光膜的区域233使其余蓝色色光反射，同时白色光束1入射到区域233的另一部分也是白色光束中的蓝色色光反射而该白色光束的其余色光透射到镀有分光膜的区域232使绿光反射而其它色光透射到下一个台阶上的镀有红光分光膜的区域231上使红光反射，而该区域231另一部分又有白色光束入射且其中的红色光束被反射。如此作用下去入射的一束平行白色光束就得到多束由RGBBGRRGBBGR…列的平行等宽光束。

　　图中台阶状分光分色光束分束装置20的设计尺寸与单元光束，图像成像单元尺寸，位置反射装置之间的关系；其中由一束白光得到的多色光束中的某一束色光入射到图像成像芯片上的光束宽度为芯片成像单元宽度的n倍或n分之1倍（当为n分之一倍时，相邻的两束不同色光之间间隔的距离大于芯片成像单元宽度）；尤其当入射光束1与台阶状分光分色光束分束装置20的镀膜面的入射角为45度时，台阶高度为图像成像单元尺寸的2除以根号2乘以n倍或2除以根号2乘以1/n倍，每一台阶最外侧与平行白光束之间作用的台阶区域宽度为图像成像单元尺寸的n×根号2倍或1/n×根号2倍，而得到的单元光束的宽度为图像成像单元的n或1/n倍，入射光束16与位置反射装置的反射面61的入射角也为45度时，位置反射装置中间的反射面离两侧反射面的距离为单元光束宽度除以根号2。当光束宽度为图像成像单元芯片的n分之1倍时位置反射装置中间的反射面离两侧反射面的距离为图像成像单元芯片的宽度除以根号2的值（随着位置反射装置中反射面位置的循环改变使光束入射到芯片成像单元上的位置发生循环变化且每一次反射面位置的变化使光束入射到芯片成像单元上的位置发生完全改变） 。

　　图6，图6为台阶状光束分束反射装置2的结构示意图。其中白色平行光束1入射到台阶状光束分束反射装置2上，白色平行光束1与台阶状光束分束反射装置2的入射角为45度，平行光束1与台阶产生反射的区域22，台阶的高度（垂直距离）21。平行光束1被分束后的单元光束的宽度由区域22宽度决定，而各单元光束之间的距离由台阶高度21决定。在本图6中，与台阶产生反射的区域22和台阶高度21大小相等，得到分束后的单元光束的宽度与单元光束之间的距离比为1：2。从而使得该单元光束在经过分色为3束RGB光束且无间断组成和一个RGB组成的色带。当一束单元光束经过分色后分为6束不同色光时，区域22和台阶高度21的比值为1：2.5。且分束后的单元光束宽度与图像成像芯片尺寸之间的关系为n或1/n倍，n为大于等于1的整数。

　　图2中光束分束装置2的设计尺寸与单元光束，图像成像单元尺寸，位置反射装置之间的关系；台阶高度为图像成像单元尺寸的2除以根号2乘以n倍或2除以根号2乘以1/n倍，每一台阶最外侧与平行白光束之间作用的台阶区域宽度为图像成像单元尺寸n×根号2倍或1/n×根号2倍，而得到的单元光束的宽度为图像成像单元的n或1/n倍，位置反射装置中中间的反射面离两侧反射面的距离为单元光束宽度除以根号2。（分光后的光束为3色光，5色光时则为台阶高度为图像成像单元尺寸的3除以根号2乘以n倍或5除以根号2乘以1/n倍，其它参数一样）。

　　图3中光束分束装置2的设计尺寸与单元光束，图像成像单元尺寸，位置反射装置之间的关系；其中由一束白光得到的多色光束中的一束光束入射到图像成像芯片上的光束宽度为芯片成像单元宽度的n倍或n分之1倍（当为n分之一倍时，相邻的两束不同色光之间间隔的距离大于芯片成像单元宽度）；尤其当白色平行光束1与台阶状光束分束反射装置2的反射面的入射角为45度时，台阶高度为图像成像单元尺寸的2除以根号2乘以n倍或2除以根号2乘以1/n倍，每一台阶最外侧与平行白光束之间作用的台阶区域宽度为图像成像单元尺寸n×根号2倍或1/n×根号2倍，而得到的单元光束的宽度为图像成像单元的n或1/n倍，入射光束16与位置反射装置的反射面61的入射角也为45度时，位置反射装置中中间的反射面离两侧反射面的距离为单元光束宽度除以根号2；当光束宽度为图像成像芯片单元的n分之1时位置反射装置中间的反射面离两侧反射面的距离为图像成像单元芯片的宽度除以根号2的值。玻璃片7上表面中每一种镀层宽度及无镀层宽度的尺寸为单元光束宽度的根号2倍，而玻片上下表面之间的距离为单元光束的根号2分之一倍；当光束宽度为图像成像芯片单元的n分之1倍时玻璃片7上下表面之间的距离为图像成像单元芯片的宽度除以根号2的值。

　　请参见图7和图8，图7和图8是两种不同结构的位置反射装置示意图。其中图7是具有3个不同的位置反射面61的结构示意图，图7中3个位置反射面61呈阶梯状顺序排列，光束从一个位置反射面61过渡到另外一个位置反射面61时，相邻两个位置反射面61的高度会发生变化，从而引起光束的反射位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片9上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。图8是具有6个位置反射面61的结构示意图，其工作原理与图7所示相同，这里不再赘述。

　　请参见图9，图9是另一种位置反射装置示意图。它类似于图7所示的位置反射装置6，具有3个位置反射面61，在所述位置反射面61上设有反射盘62，反射盘62下面设有支杆63，所述反射盘62通过所述支杆与所述位置反射面接触连接，光束射在所述反射盘62上后被反射到而图9的位置反射面61实际不起反射光束的作用，在位置循环变化的装置6的图像成像芯片9上，位置反射装置6旋转时，反射盘62会随着位置反射面61面的高低变化而变化，从而实现光束在图像成像芯片9上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。图9中的位置反射面61作用不是直接反射光束，而是起到给反射盘62导向的作用。

　　在以上各种位置反射装置6中，从一个反射面更换为另一个反射面时使分束后的光束的排列序列向前或向后移动一个单元光束序列。如使光束在同一位置由RGBRGBRGB…变为GBRGBRGBR…。

　　请参见图10，图10是图2所述实施例另一种形式的示意图。如图所示，平行白光束1入射到台阶状光束分束反射阵列2上得到出射光为多束平行白色光束12，多束平行白色光束12射入红光反射分色膜311，红光反射分色膜311使红光反射而其它色光透射，反射的红光入射到反射膜341后，红光经过第一反射透射分色膜351和第二反射透射分色膜361后，再被反射射入到位置反射装置6的位置反射面61上，多束平行白色光束12经过红光反射分色膜311反射后的其它色光入射到绿光反射分光膜321后，绿光被反射到第一反射透射分色膜351后，反射到第二反射透射分色膜361后射入位置反射装置6的位置反射面61上；多束平行白色光束12经过绿光反射分光膜321后的蓝光，入射到反射膜331上，被反射射入第二反射透射分色膜361后被反射，并射入位置反射装置6的位置反射面61上，至此，经过台阶状光束分束反射阵列2作用后分为多束平行白色光束12在多个由分光膜和反射膜组成的分光合光作用下使多束平行白色光束12分离成单独的各种平行色光及组合成由多种色光交替平行排列的多束平行多色光束16，多束平行多色光束16入射到位置反射装置6的反射面61上，在高带旋转的位置反射装置6的作用下，产生的出射光束19可在图像成像芯片9上的同一位置上的光束性质发生循环变化。本实施例可以得到3色光交替排列的平行光束，且各光束的宽度相同，此时光束的排列特征为RGBRGBRGB……。这种模式下得到和现有单片式3色轮的效果，但是提高了光路的光利用效率，同时可以直接用在LCD成像装置上而液晶屏不需要滤光片。

　　实质上，图10和图2所示的实施例，其结构基本一样，只不过图10中平行白色光束1经过台阶状光束分束反射装置2出射到红光反射分色膜311上时仅红光被反射而其它色光透射，而分色后的光束入射到第二反射透射分色膜361，也只有一种色光反射而其它色光从第二反射透射分色膜361透射。这种模式下所有的分色膜都只要做成只反射一种色光而其它色光透射的反射型分光膜。这种相对于图2所示实施例，其结构更加简单，更加容易制造，且光利用率更高。

　　请参见图11，图11是在图10所示实施例的基础上改变而来，本实施例中，第一反射透射分色膜351用合光装置38代替，合光装置38是由四个三角合光棱镜构成，合成为一个整体后的合光装置38具有两个对角斜面381、382，在这两个对角斜面381、382上分别设有对三色原色中的两中不同原色具有反射作用而对余色具有透射作用的膜层。当某两种原色分别从左右两侧入射到相应的对角斜面上时，则这两种原色分别被反射，余下的原色则被透射。现在假设本实施例中的各反射模的作用与图10相同，我们来分析本实施例的工作过程。多束平行白色光束12射入红光反射分色膜311，红光反射分色膜311使红光反射而其它色光透射，反射的红光入射到反射膜341后，从合光装置38的左侧进入到合光装置，红光被第一对角斜面381上的红光反射膜反射进入位置反射装置6的位置反射面61上，多束平行白色光束12经过红光反射分色膜311反射后的其它色光入射到绿光反射分光膜321后，绿光被绿光反射分光膜321从上部反射到合光装置38，绿光被直接透射后进入至反射装置6的位置反射面61上；多束平行白色光束12经过绿光反射分光膜321后的蓝光，入射到反射膜331上，经第二反射透射分色膜361反射，从合光装置38的右侧进入到合光装置，蓝光被第二对角斜面382上的蓝光反射膜反射进入位置反射装置6的位置反射面61上。至此，经过台阶状光束分束反射阵列2作用后分为多束平行白色光束12在多个由分光膜和反射膜组成的分光合光作用下使多束平行白色光束12分离成单独的各种平行色光及组合成由多种色光交替平行排列的多束平行多色光束16，多束平行多色光束16入射到位置反射装置6的反射面61上，在高带旋转的位置反射装置6的作用下，产生的出射光束19可在图像成像芯片9上的同一位置上的光束性质发生循环变化。这种分光合光系统结构更简单，使用更方便。

　　请参见图12，图12是本发明的另一种实施例的结构示意图。图12中，白色平行光束1经过台阶状光束分束反射装置2后，得到的多束平行白色光束12入射到由2个对称布置的三角棱镜组成的分色装置和合色装置39。其中第一个三角棱镜391的ac连所在的平面、ab连所在的平面分别和另一个三角棱镜392的ef边所在有平面、de边所在的平面平行。且ab边所在的平和de边所在的平相隔一定的距离，使多束平行白色光束12经过第一个三角棱镜391后由多束平行白色光束12分色为多束多色交替排列光束41。多束多色交替排列光束41经过第二个三角棱镜392后得到多束平行多色光束16。

　　请参见图13，图13是图12的一种变化形式，其结构与图12所示的基本一样，只是图13中的分色装置39是将图12中分色装置的两个三角棱镜粘合在一起。这样的好处是结构更简单，但是其缺点是显而易见的，就是体积大。

　　请参见图14，图14是台阶状光束分束反射装置2的另一种结构示意图。它与图6结构基本一样，不同的是形成一个单元光束的台阶反射面作用区域22的宽度不一样，且该反射面可以由多个小台阶反射面组成。在该光束分束模式中得到平行相间排列的多束平行白色光束，使得相邻的两束光束的光强度不一样从而可以得到更高的图像成像灰阶及分色后得到更多的颜色显色数量。当控制某些台阶光束分束反射装置2的反射面的反射效率时也能得到更多灰阶及色彩的成像效果，但这种方式会降低光的利用效率，比如间隔一定台阶状光束分束反射装置2的台阶反射面时改变反射面的反射效率。

　　本发明中，白光光束分束得到的结果是白色单元光束的宽度小于白色单元之间的距离，而位置反射面的改变使入射到图像成像芯片上的位置改变一个图像成像芯片单元的距离。

Claims (1)

1、一种光路系统，其特征在于：包括台阶状分光分色光束分束装置（20）、其位置反射面（61）呈周期性变化的位置反射装置（6）和图像成像芯片（9），所述台阶状分光分色光束分束装置（20）由多个镀有不同颜色的反射分色膜的台阶状玻璃片组成，白色光束（1）射入到该分光分色光束分束装置（20）后得到多束平行的光束性质不同的交替排列的多束平行多色光束（16）；多束平行多色光束（16）射在位置反射装置（6）的位置反射面（61）上，在位置反射面（61）的作用下，使得出射光束（19）入射到图像成像芯片（9）后，在图像成像芯片（9）上同一位置上的光束性质发生循环变化。

2、根据权利要求1所述的光路系统，其特征在于：所述位置反射装置（6）的结构是在一圆片的上表面上设有3个或3个以上的弧长相等的位置反射面（61）， 所述位置反射面（61）呈阶梯状顺序排列连接，多束平行多色光束（16）从一个位置反射面（61）过渡到另外一个位置反射面（61）时，相邻两个位置反射面（61）的高度发生变化，从而多束平行多色光束（16）的反射在图像成像芯片（9）的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片（9）上的同一位置上的光束性质发生循环变化。

3、根据权利要求1所述的光路系统，其特征在于：所述位置反射装置（6）具有3个或3个以上的弧长相等的位置导向面（64），所述位置导向面（64）呈阶梯状顺序排列连接；在所述位置导向面（64）上方设有位置反射面（61），在位置反射面（61）下面设有支杆（63），所述位置反射面（61）通过所述支杆（63）与所述位置导向面（64）接触连接，多束平行多色光束（16）射在所述位置反射面（61）上后被反射到图像成像芯片（9）上，位置反射面（61）会随着位置导向面（64）的高低变化而变化，从而达到多束平行多色光束（16）的反射在图像成像芯片（9）的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片（9）上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。

4、根据权利要求1至3中任何一项权利要求所述的光路系统，其特征在于：所述台阶状分光分色光束分束装置（20）的每一组台阶贴有N-1个不同颜色的反射分色膜其中N是每一组台阶阶梯数，N为大于2的整数，且同一组台阶上的反射分色膜的下部与入射光方向对齐。

5、一种光路系统，其特征在于：包括台阶状光束分束反射阵列（2）、分色装置和合色装置、位置反射面（61）呈周期性变化的位置反射装置（6）和图像成像芯片（9），平行白光束（1）经过光束分束反射阵列（2）后分为多束平行白色光束（12），多束平行白色光束（12）入射到所述的分色装置，所述分色装置将多束平行白色光束（12）分离为数个单色平行光束，所述数个单色平行光束被合色装置合为循环交替排列的多束平行多色光束（16），该多束平行多色光束（16）射到位置反射装置（6）的位置反射面（61）上，在位置反射面（61）的作用下，使得出射光束（19）入射到图像成像芯片（9）后，在图像成像芯片（9）上同一位置上的光束性质发生循环变化。

6、根据权利要求5所述的光路系统，其特征在于：所述分色装置和合色装置是数个阵列排布的分色膜构成，所述多束平行白色光束（12）入射到所述的数个阵列排布的分色膜，每一种所述的分色膜只反射或透射一种单色光，而其余的色光则透过该分色膜或从该分色膜反射从而使多束平行白色光束（12）分离为数个单色平行光束，最后分离出的单色平行光束经过分色膜阵列合为循环交替排列的多束平行多色光束（16）。

7、根据权利要求5所述的光路系统，其特征在于：所述分色装置和合色装置包括棱镜（8）平行且紧贴于棱镜（8）的斜面的玻璃片（7），在玻璃片（7）的下表面镀有反射膜（71），在玻璃片（7）的上表面镀有反射不同色光的分光膜（72），分光膜（72）的排布方式是以一定宽度镀一条透射一种色光的分光膜，紧接着以相同宽度镀有预定条另外的透射不同的色光的分光膜，再紧接着以相同宽度留一条无镀层区域，如此反复；平行白光束（1）经过光束分束反射阵列（2）后分为多束平行白色光束（12）射入玻璃片（7）中无镀层的区域，经过玻璃片（7）的下表面反射后经过第一种色光分光膜透射分离出第一种色光，其它色光又反射到玻璃片（7）的下表面后，又被反射到玻璃片（7）的上表面的另一色光分光膜区域透射分离出第二种色光，余下的光又被反射到玻璃片（7）的下表面后，再次被反射到玻璃片（7）的上表面中另一色光分光膜透射分离出第三种色光，依次类推，最后从玻璃片（7）无镀膜的区域透射分离最后一种色光；此时与透射分离出的各色光垂直的白色光束通过该无镀膜区域又入射到玻璃片（7）；并重复以上分光过程，得到多束不同性质的多束平行多色光束（16）。

8、根据权利要求5所述的光路系统，其特征在于：所述分色装置和合色装置包括红光反射分色膜（311）、绿光反射分光膜（321）、反射膜（331）、红光入射到反射膜（341）、第二反射透射分色膜（361）及合光装置（38），多束平行白色光束（12）射入红光反射分色膜（311），红光反射分色膜（311）使红光反射而其它色光透射，反射的红光入射到反射膜（341）后，从合光装置（38）的左侧进入到合光装置，红光被第一对角斜面（381）上的红光反射膜反射进入位置反射装置（6）的位置反射面（61）上，多束平行白色光束（12）经过红光反射分色膜（311）反射后的其它色光入射到绿光反射分光膜（321）后，绿光被绿光反射分光膜（321）从上部反射到合光装置（38），绿光被直接透射后进入至反射装置（6）的位置反射面（61）上；多束平行白色光束（12）经过绿光反射分光膜（321）后的蓝光，入射到反射膜（331）上，经第二反射透射分色膜（361）反射，从合光装置（38）的右侧进入到合光装置，蓝光被第二对角斜面（382）上的蓝光反射膜反射进入位置反射装置（6）的位置反射面（61）上。

9、根据权利要求5所述的光路系统，其特征在于：所述分色装置和合色装置是由2个对称布置的三角棱镜组成的，白色平行光束（1）经过台阶状光束分束反射装置（2）后，得到的多束平行白色光束（12）入射到由2个对称布置的三角棱镜组成的分色装置和合色装置（39）；其中第一个三角棱镜（391）的ac连所在的平面、ab连所在的平面分别和另一个三角棱镜（392）的ef边所在有平面、de边所在的平面平行；且ab边所在的平和de边所在的平相隔一定的距离，使多束平行白色光束（12）经过第一个三角棱镜（391）后由多束平行白色光束（12）分色为多束多色交替排列光束（41）；多束多色交替排列光束（41）经过第二个三角棱镜（392）后得到多束平行多色光束（16）。

10、根据权利要求5至9中的任何一项权利要求所述的光路系统，其特征在于：所述位置反射装置（6）的结构是在一圆片的上表面上设有3个或3个以上的弧长相等的位置反射面（61）， 所述位置反射面（61）呈阶梯状顺序排列连接，多束平行多色光束（16）从一个位置反射面（61）过渡到另外一个位置反射面（61）时，相邻两个位置反射面（61）的高度发生变化，从而多束平行多色光束（16）的反射在图像成像芯片（9）的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片（9）上的同一位置上的光束性质发生循环变化。

11、根据权利要求5至9中的任何一项权利要求所述的光路系统，其特征在于：所述位置反射装置（6）具有3个或3个以上的弧长相等的位置导向面（64），所述位置导向面（64）呈阶梯状顺序排列连接；在所述位置导向面（64）上方设有位置反射面（61），在位置反射面（61）下面设有支杆（63），所述位置反射面（61）通过所述支杆（63）与所述位置导向面（64）接触连接，多束平行多色光束（16）射在所述位置反射面（61）上后被反射到图像成像芯片（9）上，位置反射面（61）会随着位置导向面（64）的高低变化而变化，从而达到多束平行多色光束（16）的反射在图像成像芯片（9）的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片（9）上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。

12、一种光路系统，其特征在于：包括台阶状光束分束反射阵列（2）、分色装置和合色装置、位置反射面（61）呈周期性变化的位置反射装置（6）和图像成像芯片（9），平行白光束（1）经过光束分束反射阵列（2）后分为多束平行白色光束（12），多束平行白色光束（12）入射到所述的分色装置，所述分色装置将多束平行白色光束（12）分离为数个单色平行光束，单色平行光束射到位置反射装置（6）的位置反射面（61）上，在位置反射面（61）的作用下，使得出射光束（19）入射到图像成像芯片（9）后，在图像成像芯片（9）上同一位置上的光束性质发生循环变化。

13、根据权利要求12所述的光路系统，其特征在于：所述位置反射装置（6）的结构是在一圆片的上表面上设有3个或3个以上的弧长相等的位置反射面（61）， 所述位置反射面（61）呈阶梯状顺序排列连接，多束平行多色光束（16）从一个位置反射面（61）过渡到另外一个位置反射面（61）时，相邻两个位置反射面（61）的高度发生变化，从而多束平行多色光束（16）的反射在图像成像芯片（9）的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片（9）上的同一位置上的光束性质发生循环变化。

14、根据权利要求12所述的光路系统，其特征在于：所述位置反射装置（6）具有3个或3个以上的弧长相等的位置导向面（64），所述位置导向面（64）呈阶梯状顺序排列连接；在所述位置导向面（64）上方设有位置反射面（61），在位置反射面（61）下面设有支杆（63），所述位置反射面（61）通过所述支杆（63）与所述位置导向面（64）接触连接，多束平行多色光束（16）射在所述位置反射面（61）上后被反射到图像成像芯片（9）上，位置反射面（61）会随着位置导向面（64）的高低变化而变化，从而达到多束平行多色光束（16）的反射在图像成像芯片（9）的位置也发生变化，实现光束在图像成像芯片（9）上的同一位置上的光束性质发生循环变化的效果。

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