專(zhuān)利名稱(chēng)：光束分離的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，用于將白光光束分離為紅色、綠色和藍(lán)色的三種光束，以及一種用于按照此裝置進(jìn)行光分離的方法。在本發(fā)明中，入射光束由以特殊方式形成的鏡裝置分離為具有三種顏色的三個(gè)光束。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可以用于一種光分離裝置，此裝置用在圖像投影方法之中，此方法利用按照?qǐng)D像信號(hào)工作的3通道聲-光調(diào)制器對(duì)于每一種顏色獨(dú)立地調(diào)制光并以單獨(dú)的紅色、綠色和藍(lán)色把經(jīng)過(guò)調(diào)制的圖像投影在屏幕上。除上述實(shí)例之外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可廣泛地用于諸如彩色掃描器、彩色復(fù)印器(復(fù)印機(jī))等之中。
現(xiàn)有的一般光分離裝置通過(guò)采用棱鏡或如圖3所示的分色鏡分離光。不過(guò)，采用這種裝置不易獲得光學(xué)效率和光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。另外，當(dāng)顏色分離元件用在現(xiàn)有的激光投影顯示設(shè)備，諸如EPO 0，211，596 A2之中所公開(kāi)的設(shè)備時(shí)，存在的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，而且體積龐大。
采用諸如EPO 0211596 A2之中所公開(kāi)的現(xiàn)有的聲-光調(diào)制器通過(guò)用分別具有600nm頻帶波長(zhǎng)(紅)、500nm頻帶波長(zhǎng)(綠)和400nm頻帶波長(zhǎng)(藍(lán))的三束激光作為輸入裝置的三色光源來(lái)調(diào)制光。由于采用這種光源，此裝置不得不是非常龐大的，并且難以商品化。因此，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，先前的龐大裝置已經(jīng)簡(jiǎn)化而制成較小的裝置了。在一種情況下，白色激光(包括氪氣和氬氣)用作一種激光光源。由激光生成的光束利用示于圖3的分色鏡分離為三色(紅、綠和藍(lán))。這種現(xiàn)有的裝置也利用三個(gè)光分離鏡和三個(gè)光學(xué)調(diào)制器，每種顏色各一個(gè)，所以這種裝置具有的缺點(diǎn)是不很輕巧而且昂貴。
美國(guó)專(zhuān)利第4，125，864號(hào)公開(kāi)了多個(gè)基本上具有相等強(qiáng)度的平行出射光束可以從具有短波長(zhǎng)的入射光獲得，以便用于圖像復(fù)制裝置，諸如打印機(jī)。此專(zhuān)利公開(kāi)了一種分束器，它可以把具有單一波長(zhǎng)的光束分離成為多個(gè)基本上具有相等強(qiáng)度的光束。這些光束有助于在圖像中構(gòu)成許多半色調(diào)斑點(diǎn)，從而工作原理不同于本發(fā)明的用于顯示器的3通道光分離器。
日本有待公開(kāi)的專(zhuān)利第55-25045號(hào)公開(kāi)了一種光學(xué)波分多路復(fù)用-分支方法，具有一光學(xué)波分多路復(fù)用器和一光學(xué)波長(zhǎng)分支濾波器，以利用各種光學(xué)過(guò)濾傳輸方法同時(shí)傳輸大量光學(xué)波長(zhǎng)。此專(zhuān)利公開(kāi)了一種用于光學(xué)通信的光學(xué)波長(zhǎng)多分支濾波器，其中波長(zhǎng)范圍是從0．7到1．3的紅外范圍，并且制作得可以使用一種由多層電介質(zhì)構(gòu)成的干涉式帶通濾波器來(lái)濾除非常狹窄的波長(zhǎng)頻帶。因而，這種裝置不同于利用分色鏡有高輸出的激光應(yīng)用和高效率濾波的本發(fā)明。此外，在此日本專(zhuān)利中，考慮到光纖的光學(xué)傳輸損耗特性和各出射波長(zhǎng)之間的間距與平行度并非恒定這一事實(shí)，干涉式帶通濾波器，按照特定波長(zhǎng)的順序予以配置。相反，本發(fā)明允許光學(xué)濾波器不需考慮光學(xué)傳輸損耗而予以配置，并且設(shè)計(jì)得可以保持各出射光束之間的平行度。
另一現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利第5，071，225號(hào)之中。此專(zhuān)利公開(kāi)了一種分束器，可把具有幾種波長(zhǎng)的單獨(dú)一束入射光束分別分解為各波長(zhǎng)分量。對(duì)于每一分離出來(lái)的波長(zhǎng)，此裝置可把這些光束分解成為具有同一波長(zhǎng)的許多局部光束。
美國(guó)專(zhuān)利第5，071，225號(hào)中許多二次分解的具有相同波長(zhǎng)的光束具有彼此不同的強(qiáng)度。此外，它們不允許各出射光束之間保持平行度，因?yàn)楦鞴馐怯捎趯?duì)于介質(zhì)的折射率之間的差別而按波長(zhǎng)分解開(kāi)來(lái)的，并且各出射光束的出射角是彼此不同的。
本發(fā)明涉及一種用于把一光束分離成為分別具有紅色、綠色和藍(lán)色的三個(gè)光束的裝置，以及一種按照此裝置進(jìn)行光分離的方法。
本發(fā)明旨在提供一種光分離裝置和一種采用此光分離裝置的光分離方法，此裝置可通過(guò)一種比現(xiàn)有技術(shù)小并可以低價(jià)供應(yīng)的系統(tǒng)將單獨(dú)一個(gè)光束分離成為三個(gè)光束(紅色、綠色和藍(lán)色)。
本發(fā)明的一項(xiàng)目的是提供一種裝置，用于通過(guò)利用其間帶有氣隙的兩塊平板和混合分色鏡把一個(gè)光束分離成為具有不同顏色(波長(zhǎng))的三個(gè)光束。
本發(fā)明的另一項(xiàng)目的是提供一種方法，用于通過(guò)其間帶有氣隙的兩塊平板和混合分色鏡進(jìn)行光分離。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，光分離裝置包括第一分色鏡，只允許具有第一波長(zhǎng)的光束穿過(guò)并反射具有其他波長(zhǎng)的一光束，具有第一波長(zhǎng)和其他波長(zhǎng)的光束從光源進(jìn)入裝置；寬帶強(qiáng)反射鏡，在材料中反射從第一分色鏡反射的光束，此寬帶強(qiáng)反射鏡設(shè)置得致使它平行于第一分色鏡并與第一分色鏡間隔開(kāi)預(yù)定的距離；第二分色鏡，只允許具有不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光束在平行于穿過(guò)第一分色鏡的具有第一波長(zhǎng)的光束的方向上穿過(guò)，并在材料中反射由寬帶強(qiáng)反射鏡反射的具有其他波長(zhǎng)的各光束；寬帶強(qiáng)反射鏡反射由第二分色鏡反射而通過(guò)材料的光束并使之在平行于穿過(guò)第二分色鏡的具有第二波長(zhǎng)的光束的方向上越過(guò)第二分色鏡；其中，材料是空氣或氣體，設(shè)置在第一、第二分色鏡與寬帶強(qiáng)反射鏡之間，而且入射光束和反射的各光束都通過(guò)它。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，入射光束是白光，而且第一、第二和第三波長(zhǎng)分別是具有藍(lán)色、綠色和紅色的波長(zhǎng)。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，一種用于分離從光源進(jìn)入的具有多個(gè)波長(zhǎng)的入射光束的光分離方法所包括的各步驟是通過(guò)第一裝置只允許具有第一波長(zhǎng)的光束穿出某一材料并通過(guò)此第一裝置在材料中第一次反射具有其他波長(zhǎng)的光束；采用第二裝置在材料中第二次反射經(jīng)過(guò)第一次反射的光束；通過(guò)第三裝置只允許具有不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光束在平行于已經(jīng)穿過(guò)第一裝置的具有第一波長(zhǎng)的光束方向上穿出材料并利用此第三裝置在材料中第三次反射具有不同于第一和第二波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)的光束；以及借助于第二裝置在材料中反射具有第三波長(zhǎng)的光束而在平行于已經(jīng)穿過(guò)第三裝置的具有第二波長(zhǎng)的光束的方向上越過(guò)第三裝置。
按照本發(fā)明的裝置可以在光分離設(shè)備中進(jìn)行光分離，此設(shè)備用于圖像投影方法之中，此方法利用按照每種顏色的圖像信號(hào)工作的3通道聲-光調(diào)制器獨(dú)立地調(diào)制光并以每一單獨(dú)的紅色、綠色和藍(lán)色把經(jīng)過(guò)調(diào)制的圖像投影在屏幕上。除了上述實(shí)例之外，本發(fā)明的裝置可以廣泛地用于諸如彩色掃描器、彩色復(fù)印機(jī)等之中。
本發(fā)明的其他一些目的和優(yōu)點(diǎn)，在閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明的和參考各附圖之后，將變得更為清楚，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的采用在兩塊平板之間的氣隙的光分離裝置的總體結(jié)構(gòu)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的采用兩塊平板的光分離裝置的尺寸；圖3示出一種傳統(tǒng)的光分離裝置的總體結(jié)構(gòu)。
由于本發(fā)明可進(jìn)行各種變形和替換，具體的實(shí)施例做為例子被展示在圖中，同時(shí)將被詳細(xì)地描述。必須明白，無(wú)論如何，本發(fā)明并不限于公開(kāi)的特定的形式，相反地，本發(fā)明覆蓋包括在由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變形、等效物和替換物。
本發(fā)明將通過(guò)各附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的光分離裝置包括第一分色鏡14，只允許具有第一波長(zhǎng)λ1的光束穿過(guò)并反射由光源產(chǎn)生的入射光束中具有其他波長(zhǎng)的光束；寬帶強(qiáng)反射鏡13，在一種材料中反射從第一分色鏡反射的光束；第二分色鏡15，只允許具有不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)λ2的光束在與穿過(guò)第一分色鏡的具有第一波長(zhǎng)的光束的方向平行的方向穿過(guò)，并在材料中反射從寬帶強(qiáng)反射鏡反射的光束中具有不同于第一和第二波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)的光束；寬帶強(qiáng)反射鏡13反射從第二分色鏡反射的具有第三波長(zhǎng)的光束，以使具有第三波長(zhǎng)的光束在與穿過(guò)第二分色鏡的具有第二波長(zhǎng)的光束平行的方向經(jīng)過(guò)第二分色鏡面穿過(guò)，寬帶強(qiáng)反射鏡13設(shè)置得致使它平行于第一分色鏡和第二分色鏡并與之間隔開(kāi)一預(yù)定的間距，其中，材料是空氣或氣體，設(shè)置在第一和第二分色鏡與寬帶強(qiáng)反射鏡之間的空間之內(nèi)，而入射光束和反射的光束都通過(guò)它。
第一分色鏡和第二分色鏡由材料保持在相距寬帶強(qiáng)反射鏡相等的距離處，并且它們平行于寬帶強(qiáng)反射鏡。按照本發(fā)明，材料是空氣或氣體。
本發(fā)明涉及一種方法，其中進(jìn)入具有上述兩平板平面(由一寬帶強(qiáng)反射鏡形成的平面以及由第一和第二分色鏡形成的平面)連同兩平面之間氣隙的系統(tǒng)的白光，被自動(dòng)地分離成為具有三種顏色的三個(gè)光束。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是此系統(tǒng)可以做得輕巧并且可以以低價(jià)供應(yīng)。此外，當(dāng)在現(xiàn)有技術(shù)的方法中使用三個(gè)分色鏡時(shí)，難以對(duì)準(zhǔn)各光束。相反，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，如果保證兩平板平面的平坦度和平行度且兩平板平面對(duì)準(zhǔn)，則各光束自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。
圖1示出一種顯示采用根據(jù)本發(fā)明一項(xiàng)實(shí)施例的兩塊平板以進(jìn)行光分離的系統(tǒng)的總體組成結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，兩塊平板是由一種白光透明材料制成的。此外，按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，光源是產(chǎn)生白光激光光束的激光光源。
圖1示出光源10、由光源10產(chǎn)生的白光光束11、氣隙12、寬帶強(qiáng)反射涂敷薄膜13、以及構(gòu)成分色鏡14、15的分色鏡涂敷薄膜。
在圖1中，來(lái)自光源10的白光11以入射角θ0進(jìn)入系統(tǒng)并達(dá)到第一分色鏡14的點(diǎn)B(圖2)，此鏡允許具有藍(lán)色波長(zhǎng)(λ1)的光束完全穿過(guò)并反射具有綠色波長(zhǎng)(λ2)的光束和具有紅色波長(zhǎng)(λ3)的光束。由第一分色鏡反射的綠色波長(zhǎng)光束和紅色波長(zhǎng)光束由寬帶強(qiáng)反射鏡13全反射。這種反射的光束隨后射向第二分色鏡15，第二分色鏡15只允許綠色波長(zhǎng)光束穿過(guò)并反射紅色波長(zhǎng)光束。由第二分色鏡15分離出來(lái)的紅色波長(zhǎng)15又射向?qū)拵?qiáng)反射鏡13并隨后被全反射，通過(guò)材料越過(guò)第二分色鏡而射向裝置之外。
按照上述本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，第一波長(zhǎng)、第二波長(zhǎng)和第三波長(zhǎng)分別是具有藍(lán)色的波長(zhǎng)、具有綠色的波長(zhǎng)和具有紅色的波長(zhǎng)。普通技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，以致每一第一、第二和第三波長(zhǎng)可以具有三種顏色即紅色、綠色或藍(lán)色之中的任何一種。
寬帶強(qiáng)反射鏡13是形成在兩塊平板之一上的涂敷薄膜。第一和第二分色鏡14、15是形成在另一平板上的彼此靠近的兩個(gè)涂敷薄膜。兩塊平板設(shè)置彼此間隔開(kāi)來(lái)，它們之間具有一種材料。具有兩個(gè)分色鏡14、15的平板設(shè)置得稍微在帶有寬帶強(qiáng)反射涂敷薄膜13的平板以上，以致來(lái)自相對(duì)于帶有各分色鏡14、15的平板來(lái)說(shuō)帶有寬帶強(qiáng)反射涂敷薄膜13的平板的相對(duì)一側(cè)入射光束首先射向第一分色鏡14。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，系統(tǒng)的尺寸如下確定。在圖2中，如果入射光束以θ0度的角度進(jìn)入，并且在每一分離出來(lái)的分別具有藍(lán)色、綠色和紅色波長(zhǎng)(λ1，λ2，λ3)之間保持間距L毫米，則兩平板之間的間距按照表達(dá)式1計(jì)算，而平板AD和EF的長(zhǎng)度按照表達(dá)式2計(jì)算。[表達(dá)式1]d=1cosθ0[表達(dá)式2]AD=EF=41sinθ0比如，當(dāng)L是5毫米和θ0是30°時(shí)，長(zhǎng)度AD和長(zhǎng)度EF是10毫米。這意味著，根據(jù)本發(fā)明的此系統(tǒng)與使用三個(gè)單獨(dú)元件的現(xiàn)有技術(shù)的光分離系統(tǒng)之中所需的至少150毫米相比，在尺寸上可以減小高達(dá)15倍。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，一種從光源進(jìn)入裝置的具有多個(gè)波長(zhǎng)的入射光束的光分離方法所包括的各步驟是通過(guò)第一裝置只允許具有第一波長(zhǎng)的光束穿出某一材料并在材料中第一次反射具有其他波長(zhǎng)的光束，此材料為空氣或氣體；采用第二裝置13在材料中第二次反射經(jīng)過(guò)第一次反射的各光束；通過(guò)第三裝置15只允許具有不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光束在平行于已經(jīng)穿過(guò)第一裝置14的具有第一波長(zhǎng)的光束的方向上穿出材料并利用此第三裝置15在材料中第三次反射具有不同于第一和第二波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)的光束；以及將具有第三波長(zhǎng)的光束反射通過(guò)材料而在平行于已經(jīng)穿過(guò)第三裝置15的具有第二波長(zhǎng)的光束的方向上越過(guò)第三裝置15。
按照本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施例，比如空氣的材料厚度應(yīng)當(dāng)是均勻的，以致在穿過(guò)第一分色鏡14之后的具有第一波長(zhǎng)的光束與穿過(guò)第二分色鏡15之后的具有第二波長(zhǎng)的光束之間的間距，等于在穿過(guò)第二分色鏡15之后的具有第二波長(zhǎng)的光束與越過(guò)第二分色鏡15而穿出系統(tǒng)的具有第三波長(zhǎng)的光束之間的間距。作為根據(jù)本發(fā)明的入射光束，可以采用具有多個(gè)波長(zhǎng)的光束，諸如具有紅色波長(zhǎng)、綠色波長(zhǎng)和藍(lán)色波長(zhǎng)。
如上所述，按照本發(fā)明，與現(xiàn)有各光分離子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，分離成為三色的光的對(duì)準(zhǔn)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，所以便于組成和使用。因而，本發(fā)明可以用于通過(guò)采用一種小型的光學(xué)系統(tǒng)直接把圖像投影在屏幕上而用于顯示大面積圖像。另外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，用于簡(jiǎn)化諸如彩色打印機(jī)的光分離子系統(tǒng)這樣的各種光分離系統(tǒng)是很有效的。
權(quán)利要求
1．一種裝置，用于利用兩塊平板把由光源產(chǎn)生的入射光束分離成為具有彼此不同的第一、第二和第三波長(zhǎng)的三個(gè)光束，包括一種材料，設(shè)置在兩塊平板之間，所述材料是空氣或氣體中的一種；第一分色鏡，形成在兩塊平板的第一塊上，只允許由光源產(chǎn)生的具有第一波長(zhǎng)的光束穿過(guò)并反射由光源產(chǎn)生的具有其他波長(zhǎng)的光束；寬帶強(qiáng)反射鏡，形成在兩塊平板的另一塊上，在材料中反射從第一分色鏡反射的光束；第二分色鏡，形成在兩塊平板的第一塊上，只允許具有第二波長(zhǎng)的光束在平行于穿過(guò)第一分色鏡的具有第一波長(zhǎng)的光束的方向上穿過(guò)，并在材料中反射由寬帶強(qiáng)反射鏡反射的具有其他波長(zhǎng)的光束；寬帶強(qiáng)反射鏡反射由第二分色鏡在材料中反射的光束并使之在平行于穿過(guò)第二分色鏡的具有第二波長(zhǎng)的光束的方向上越過(guò)第二分色鏡，寬帶強(qiáng)反射鏡設(shè)置得致使它平行于第一和第二分色鏡并間隔開(kāi)預(yù)定的距離；其中，材料設(shè)置在第一、第二分色鏡與寬帶強(qiáng)反射鏡之間，而且入射光束和反射的各光束都通過(guò)它。
2．按照權(quán)利要求1所述的用于分離入射光束的裝置，其中，入射光束是白光而第一、第二和第三波長(zhǎng)分別是具有藍(lán)、綠和紅色的波長(zhǎng)。
3．按照權(quán)利要求1所述的用于分離入射光束的裝置，其中，材料厚度是均勻的，以致在穿過(guò)第一分色鏡之后的具有第一波長(zhǎng)的光束與穿過(guò)第二分色鏡之后的具有第二波長(zhǎng)的光束之間的間距等于在穿過(guò)第二分色鏡之后的具有第二波長(zhǎng)的光束與越過(guò)第二分色鏡的具有第三波長(zhǎng)的光束之間的間距。
4．按照權(quán)利要求1所述的用于分離入射光束的裝置，其中，寬帶強(qiáng)反射鏡是形成在兩塊平板之一上的涂敷薄膜，第一和第二分色鏡是形成在另一平板上的彼此靠近的兩個(gè)涂敷薄膜，兩塊平板設(shè)置成彼此間隔開(kāi)來(lái)，它們之間具有所述材料。
5．按照權(quán)利要求4所述的用于分離入射光束的裝置，其中，具有第一和第二分色鏡的平板設(shè)置得稍微地在具有寬帶強(qiáng)反射鏡的平板以上，以致來(lái)自相對(duì)于帶有第一和第二分色鏡的平板來(lái)說(shuō)帶有寬帶強(qiáng)反射鏡的平板的相對(duì)一側(cè)的入射光束首先射向第一分色鏡。
6．一種用于利用兩塊平板把由光源產(chǎn)生的一入射光束分離成為具有彼此不同的第一、第二和第三波長(zhǎng)的三個(gè)光束的方法，包括的各步驟是通過(guò)第一裝置只允許從光源產(chǎn)生的具有第一波長(zhǎng)的光束穿出某一材料并通過(guò)第一裝置在材料中第一次反射從光源產(chǎn)生的具有其他波長(zhǎng)的光束；采用第二裝置在材料中第二次反射經(jīng)過(guò)第一次反射的光束；通過(guò)第三裝置只允許具有第二波長(zhǎng)的光束在平行于已經(jīng)穿過(guò)第一裝置的具有第一波長(zhǎng)的光束方向上穿出材料并利用第三裝置在材料中第三次反射具有第三波長(zhǎng)的光束；以及通過(guò)第二裝置在材料中反射具有第三波長(zhǎng)的光束而在平行于已經(jīng)穿過(guò)第三裝置的具有第二波長(zhǎng)的光束的方向上越過(guò)第三裝置；其中，材料是空氣或材料。
7．按照權(quán)利要求6所述的分離入射光束的方法，其中，入射光束是白光而第一、第二和第三波長(zhǎng)分別是具有藍(lán)、綠和紅色的波長(zhǎng)。
全文摘要
一種用于借助一以特殊方式形成的鏡裝置把來(lái)自光源的一入射光束分離成為具有不同顏色的三個(gè)光束的裝置。此裝置可把白光分離成為紅、綠和藍(lán)三色并包括一第一分色鏡、一寬帶強(qiáng)反射鏡、一第二分色鏡和一種空氣或氣體材料?？諝饣驓怏w材料設(shè)置在第一、第二分色鏡與寬帶強(qiáng)反射鏡之間,入射光束和反射的各光束都通過(guò)此材料。
文檔編號(hào)G02B5/20GK1205447SQ98115460
公開(kāi)日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1998年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月12日
發(fā)明者樸正鎬, 樸永峻, 黃永某, 金容 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社