專利名稱：光束分離的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種裝置，用于將白光光束分離為紅色、綠色和藍色的三種光束，以及一種用于按照此裝置進行光分離的方法。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光束。
根據本發(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，此方法利用按照圖像信號工作的3通道聲-光調制器對于每一種顏色獨立地調制光并以單獨的紅色、綠色和藍色把經過調制的圖像投影在屏幕上。除上述實例之外，根據本發(fā)明的裝置可廣泛地用于諸如彩色掃描器、彩色復印器(復印機)等之中。
現有的一般光分離裝置通過采用棱鏡或如圖3所示的分色鏡分離光。不過，采用這種裝置不易獲得光學效率和光學對準。另外，當顏色分離元件用在現有的激光投影顯示設備，諸如EPO 0，211，596 A2之中所公開的設備時，存在的問題是結構極為復雜，而且體積龐大。
采用諸如EPO 0211596 A2之中所公開的現有的聲-光調制器通過用分別具有600nm頻帶波長(紅)、500nm頻帶波長(綠)和400nm頻帶波長(藍)的三束激光作為輸入裝置的三色光源來調制光。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，經過一段時間，先前的龐大裝置已經簡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)。這種現有的裝置也利用三個光分離鏡和三個光學調制器，每種顏色各一個，所以這種裝置具有的缺點是不很輕巧而且昂貴。
美國專利第4，125，864號公開了多個基本上具有相等強度的平行出射光束可以從具有短波長的入射光獲得，以便用于圖像復制裝置，諸如打印機。此專利公開了一種分束器，它可以把具有單一波長的光束分離成為多個基本上具有相等強度的光束。這些光束有助于在圖像中構成許多半色調斑點，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。
日本有待公開的專利第55-25045號公開了一種光學波分多路復用-分支方法，具有一光學波分多路復用器和一光學波長分支濾波器，以利用各種光學過濾傳輸方法同時傳輸大量光學波長。此專利公開了一種用于光學通信的光學波長多分支濾波器，其中波長范圍是從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構成的干涉式帶通濾波器來濾除非常狹窄的波長頻帶。因而，這種裝置不同于利用分色鏡有高輸出的激光應用和高效率濾波的本發(fā)明。此外，在此日本專利中，考慮到光纖的光學傳輸損耗特性和各出射波長之間的間距與平行度并非恒定這一事實，干涉式帶通濾波器，按照特定波長的順序予以配置。相反，本發(fā)明允許光學濾波器不需考慮光學傳輸損耗而予以配置，并且設計得可以保持各出射光束之間的平行度。
另一現有技術公開在美國專利第5，071，225號之中。此專利公開了一種分束器，可把具有幾種波長的單獨一束入射光束分別分解為各波長分量。對于每一分離出來的波長，此裝置可把這些光束分解成為具有同一波長的許多局部光束。
美國專利第5，071，225號中許多二次分解的具有相同波長的光束具有彼此不同的強度。此外，它們不允許各出射光束之間保持平行度，因為各光束是由于對于介質的折射率之間的差別而按波長分解開來的，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、綠色和藍色的三個光束的裝置，以及一種按照此裝置進行光分離的方法。
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，此裝置可通過一種比現有技術小并可以低價供應的系統(tǒng)將單獨一個光束分離成為三個光束(紅色、綠色和藍色)。
本發(fā)明的一項目的是提供一種裝置，用于通過利用其間帶有氣隙的兩塊平板和混合分色鏡把一個光束分離成為具有不同顏色(波長)的三個光束。
本發(fā)明的另一項目的是提供一種方法，用于通過其間帶有氣隙的兩塊平板和混合分色鏡進行光分離。
按照本發(fā)明的一項實施例，光分離裝置包括第一分色鏡，只允許具有第一波長的光束穿過并反射具有其他波長的一光束，具有第一波長和其他波長的光束從光源進入裝置；寬帶強反射鏡，在材料中反射從第一分色鏡反射的光束，此寬帶強反射鏡設置得致使它平行于第一分色鏡并與第一分色鏡間隔開預定的距離；第二分色鏡，只允許具有不同于第一波長的第二波長的光束在平行于穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束的方向上穿過，并在材料中反射由寬帶強反射鏡反射的具有其他波長的各光束；寬帶強反射鏡反射由第二分色鏡反射而通過材料的光束并使之在平行于穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束的方向上越過第二分色鏡；其中，材料是空氣或氣體，設置在第一、第二分色鏡與寬帶強反射鏡之間，而且入射光束和反射的各光束都通過它。
按照本發(fā)明的一項實施例，入射光束是白光，而且第一、第二和第三波長分別是具有藍色、綠色和紅色的波長。
按照本發(fā)明的一項實施例，一種用于分離從光源進入的具有多個波長的入射光束的光分離方法所包括的各步驟是通過第一裝置只允許具有第一波長的光束穿出某一材料并通過此第一裝置在材料中第一次反射具有其他波長的光束；采用第二裝置在材料中第二次反射經過第一次反射的光束；通過第三裝置只允許具有不同于第一波長的第二波長的光束在平行于已經穿過第一裝置的具有第一波長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的第三波長的光束；以及借助于第二裝置在材料中反射具有第三波長的光束而在平行于已經穿過第三裝置的具有第二波長的光束的方向上越過第三裝置。
按照本發(fā)明的裝置可以在光分離設備中進行光分離，此設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工作的3通道聲-光調制器獨立地調制光并以每一單獨的紅色、綠色和藍色把經過調制的圖像投影在屏幕上。除了上述實例之外，本發(fā)明的裝置可以廣泛地用于諸如彩色掃描器、彩色復印機等之中。
本發(fā)明的其他一些目的和優(yōu)點，在閱讀以下詳細說明的和參考各附圖之后，將變得更為清楚，其中

圖1示出根據本發(fā)明一項實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構；圖2示出根據本發(fā)明一項實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構。
由于本發(fā)明可進行各種變形和替換，具體的實施例做為例子被展示在圖中，同時將被詳細地描述。必須明白，無論如何，本發(fā)明并不限于公開的特定的形式，相反地，本發(fā)明覆蓋包括在由所附權利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內的各種變形、等效物和替換物。
本發(fā)明將通過各附圖予以詳細說明。
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λ1的光束穿過并反射由光源產生的入射光束中具有其他波長的光束；寬帶強反射鏡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的第二波長λ2的光束在與穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束的方向平行的方向穿過，并在材料中反射從寬帶強反射鏡反射的光束中具有不同于第一和第二波長的第三波長的光束；寬帶強反射鏡13反射從第二分色鏡反射的具有第三波長的光束，以使具有第三波長的光束在與穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束平行的方向經過第二分色鏡面穿過，寬帶強反射鏡13設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一預定的間距，其中，材料是空氣或氣體，設置在第一和第二分色鏡與寬帶強反射鏡之間的空間之內，而入射光束和反射的光束都通過它。
第一分色鏡和第二分色鏡由材料保持在相距寬帶強反射鏡相等的距離處，并且它們平行于寬帶強反射鏡。按照本發(fā)明，材料是空氣或氣體。
本發(fā)明涉及一種方法，其中進入具有上述兩平板平面(由一寬帶強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，被自動地分離成為具有三種顏色的三個光束。這一方法的優(yōu)點是此系統(tǒng)可以做得輕巧并且可以以低價供應。此外，當在現有技術的方法中使用三個分色鏡時，難以對準各光束。相反，在根據本發(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準，則各光束自動對準。
圖1示出一種顯示采用根據本發(fā)明一項實施例的兩塊平板以進行光分離的系統(tǒng)的總體組成結構。按照本發(fā)明的一項實施例，兩塊平板是由一種白光透明材料制成的。此外，按照本發(fā)明的一項實施例，光源是產生白光激光光束的激光光源。
圖1示出光源10、由光源10產生的白光光束11、氣隙12、寬帶強反射涂敷薄膜13、以及構成分色鏡14、15的分色鏡涂敷薄膜。
在圖1中，來自光源10的白光11以入射角θ0進入系統(tǒng)并達到第一分色鏡14的點B(圖2)，此鏡允許具有藍色波長(λ1)的光束完全穿過并反射具有綠色波長(λ2)的光束和具有紅色波長(λ3)的光束。由第一分色鏡反射的綠色波長光束和紅色波長光束由寬帶強反射鏡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只允許綠色波長光束穿過并反射紅色波長光束。由第二分色鏡15分離出來的紅色波長15又射向寬帶強反射鏡13并隨后被全反射，通過材料越過第二分色鏡而射向裝置之外。
按照上述本發(fā)明的一項實施例，第一波長、第二波長和第三波長分別是具有藍色的波長、具有綠色的波長和具有紅色的波長。普通技術人員可以設計此系統(tǒng)，以致每一第一、第二和第三波長可以具有三種顏色即紅色、綠色或藍色之中的任何一種。
寬帶強反射鏡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涂敷薄膜。兩塊平板設置彼此間隔開來，它們之間具有一種材料。具有兩個分色鏡14、15的平板設置得稍微在帶有寬帶強反射涂敷薄膜13的平板以上，以致來自相對于帶有各分色鏡14、15的平板來說帶有寬帶強反射涂敷薄膜13的平板的相對一側入射光束首先射向第一分色鏡14。
按照本發(fā)明的一項實施例，系統(tǒng)的尺寸如下確定。在圖2中，如果入射光束以θ0度的角度進入，并且在每一分離出來的分別具有藍色、綠色和紅色波長(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式1計算，而平板AD和EF的長度按照表達式2計算。[表達式1]d=1cosθ0[表達式2]AD=EF=41sinθ0比如，當L是5毫米和θ0是30°時，長度AD和長度EF是10毫米。這意味著，根據本發(fā)明的此系統(tǒng)與使用三個單獨元件的現有技術的光分離系統(tǒng)之中所需的至少150毫米相比，在尺寸上可以減小高達15倍。
按照本發(fā)明的一項實施例，一種從光源進入裝置的具有多個波長的入射光束的光分離方法所包括的各步驟是通過第一裝置只允許具有第一波長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過第一次反射的各光束；通過第三裝置15只允許具有不同于第一波長的第二波長的光束在平行于已經穿過第一裝置14的具有第一波長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的第三波長的光束；以及將具有第三波長的光束反射通過材料而在平行于已經穿過第三裝置15的具有第二波長的光束的方向上越過第三裝置15。
按照本發(fā)明的一項實施例，比如空氣的材料厚度應當是均勻的，以致在穿過第一分色鏡14之后的具有第一波長的光束與穿過第二分色鏡15之后的具有第二波長的光束之間的間距，等于在穿過第二分色鏡15之后的具有第二波長的光束與越過第二分色鏡15而穿出系統(tǒng)的具有第三波長的光束之間的間距。作為根據本發(fā)明的入射光束，可以采用具有多個波長的光束，諸如具有紅色波長、綠色波長和藍色波長。
如上所述，按照本發(fā)明，與現有各光分離子系統(tǒng)的結構相比，該系統(tǒng)的結構簡單，尺寸緊湊，分離成為三色的光的對準自動地實現，所以便于組成和使用。因而，本發(fā)明可以用于通過采用一種小型的光學系統(tǒng)直接把圖像投影在屏幕上而用于顯示大面積圖像。另外，根據本發(fā)明的系統(tǒng)，用于簡化諸如彩色打印機的光分離子系統(tǒng)這樣的各種光分離系統(tǒng)是很有效的。
權利要求
1．一種裝置，用于利用兩塊平板把由光源產生的入射光束分離成為具有彼此不同的第一、第二和第三波長的三個光束，包括一種材料，設置在兩塊平板之間，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，只允許由光源產生的具有第一波長的光束穿過并反射由光源產生的具有其他波長的光束；寬帶強反射鏡，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的光束在平行于穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束的方向上穿過，并在材料中反射由寬帶強反射鏡反射的具有其他波長的光束；寬帶強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第二分色鏡的具有第二波長的光束的方向上越過第二分色鏡，寬帶強反射鏡設置得致使它平行于第一和第二分色鏡并間隔開預定的距離；其中，材料設置在第一、第二分色鏡與寬帶強反射鏡之間，而且入射光束和反射的各光束都通過它。
2．按照權利要求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、第二和第三波長分別是具有藍、綠和紅色的波長。
3．按照權利要求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，以致在穿過第一分色鏡之后的具有第一波長的光束與穿過第二分色鏡之后的具有第二波長的光束之間的間距等于在穿過第二分色鏡之后的具有第二波長的光束與越過第二分色鏡的具有第三波長的光束之間的間距。
4．按照權利要求1所述的用于分離入射光束的裝置，其中，寬帶強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涂敷薄膜，兩塊平板設置成彼此間隔開來，它們之間具有所述材料。
5．按照權利要求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置得稍微地在具有寬帶強反射鏡的平板以上，以致來自相對于帶有第一和第二分色鏡的平板來說帶有寬帶強反射鏡的平板的相對一側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、第二和第三波長的三個光束的方法，包括的各步驟是通過第一裝置只允許從光源產生的具有第一波長的光束穿出某一材料并通過第一裝置在材料中第一次反射從光源產生的具有其他波長的光束；采用第二裝置在材料中第二次反射經過第一次反射的光束；通過第三裝置只允許具有第二波長的光束在平行于已經穿過第一裝置的具有第一波長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的光束；以及通過第二裝置在材料中反射具有第三波長的光束而在平行于已經穿過第三裝置的具有第二波長的光束的方向上越過第三裝置；其中，材料是空氣或材料。
7．按照權利要求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、第二和第三波長分別是具有藍、綠和紅色的波長。
全文摘要
一種用于借助一以特殊方式形成的鏡裝置把來自光源的一入射光束分離成為具有不同顏色的三個光束的裝置。此裝置可把白光分離成為紅、綠和藍三色并包括一第一分色鏡、一寬帶強反射鏡、一第二分色鏡和一種空氣或氣體材料?？諝饣驓怏w材料設置在第一、第二分色鏡與寬帶強反射鏡之間,入射光束和反射的各光束都通過此材料。
文檔編號G02B5/20GK1205447SQ98115460
公開日1999年1月20日 申請日期1998年7月8日 優(yōu)先權日1997年7月12日
發(fā)明者樸正鎬, 樸永峻, 黃永某, 金容 申請人:三星電子株式會社