專利名稱：分離光束的裝置和方法及該裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將白光分離為紅、藍和綠三色的裝置，以及光分離方法。更為具體地說，本發(fā)明涉及一種方法，用于通過一種以特殊方式制成的、發(fā)自光源的光束進入其中的鏡將此光束分離為三色。此外，本發(fā)明涉及一種制作此鏡的方法。這一裝置的應(yīng)用領(lǐng)域是，比如在諸如彩色掃描器和彩色復印器(復印機)這樣的設(shè)備之中的光分離。此裝置用于一種顯示投影方法，此方法通過諸如3通道聲-光調(diào)制器這樣的按照圖像信號運作的調(diào)制器獨立地為每一顏色調(diào)制光，并將紅、綠和藍每一單色的調(diào)制圖像投影在屏幕上。除了以上實例之外，還有許多其它的應(yīng)用。
現(xiàn)有的一般光分離裝置可利用一棱鏡或一示于圖3的分色鏡來分離光。不過，采用這種裝置要達到光學效率和光學對準是并不容易的。另外，EPO0，211，596 A2之中的現(xiàn)有技術(shù)采用分別具有600nm頻帶波長(紅)、500nm頻帶波長(綠)和400nm頻帶波長(藍)的三束激光作為光源。不過這種系統(tǒng)的缺點在于，非常復雜和笨重。
采用光分離方法的現(xiàn)有的聲-光調(diào)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(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)過一段時間，先前的龐大裝置已經(jīng)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(xiàn)有的裝置也利用三個光分離鏡和三個光學調(diào)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(gòu)成許多半色調(diào)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(zhì)構(gòu)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(yīng)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(shè)計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(zhì)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)明旨在提供一種方法，用于利用白色激光(包括氪氣和氬氣)作為激光光源來將一光束分離成為具有不同顏色(紅、綠和藍)的三個光束，比現(xiàn)有技術(shù)的光分離系統(tǒng)要緊密得多。
本發(fā)明的目的是提供一種采用平板的光分離裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種采用平板的光分離裝置的制作方法。
按照一實施例，本發(fā)明的用于將入射光束分離成為分別具有第一、第二和第三波長的各光束的光分離裝置包括寬帶抗反射涂敷薄膜、第一分色鏡、第二分色鏡、寬帶強反射涂敷薄膜、抗反射涂敷薄膜和一種材料。寬帶抗反射涂敷薄膜允許由光源生成的入射光束以第一角度而無反射地進入材料。第一分色鏡只允許來自通過寬帶抗反射涂敷薄膜而進入的光束中具有第一波長的光束以第一角度透入并以第二角度反射具有其它波長的光束。寬帶強反射涂敷薄膜以第二角度反射從第一分色鏡反射出來的光束。第二分色鏡只允許具有第二波長的光束以第一角度透過，以致它平行于穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束。第二分色鏡也以第二角度反射具有第三波長的光束。寬帶強反射涂敷薄膜以第二角度反射從第二分色鏡反射出來的光束?？狗瓷渫糠蟊∧ぴ试S具有第三波長的光束以第一角度透入而無反射，以致它平行于穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束。穿過寬帶抗反射涂敷薄膜的光束和從第一分色鏡、第二分色鏡和寬帶強反射涂敷薄膜反射出來的光束都通過該材料。
按照本發(fā)明的一項實施例，第一角度是從垂直方向到入射平面和輸出平面的夾角，而第二角度是從垂直方向到反射平面的夾角。
按照本發(fā)明的一項實施例，寬帶強反射涂敷薄膜和寬帶抗反射涂敷薄膜都平行于第一分色鏡、第二分色鏡和抗反抗涂敷薄膜。
按照本發(fā)明的一項實施例，第一分色鏡和第二分色鏡，以及抗反射涂敷薄膜通過材料而與寬帶強反射涂敷薄膜和寬帶抗反射涂敷薄膜隔開一相等的距離t。
按照本發(fā)明，入射光束的入射角和材料的厚度t可以調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束與穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束之間或者穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束與穿過抗反射涂敷薄膜的具有第三波長的光束之間的間距。
按照本發(fā)明的一項實施例，穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束與穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束之間的間隔等于穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束與穿過抗反射涂敷薄膜、具有第三波長的光束之間的間距。
按照本發(fā)明的一項實施例，入射光束是白色光。
按照本發(fā)明的一項實施例，第一波長、第二波長和第三波長分別是藍光波長、綠光波長和紅光波長。
按照本發(fā)明的一項實施例，一種將入射光束分離成為分別具有第一、第二和第三波長的三個光束的方法所包括的各步驟是允許入射光束以第一角度透入一種材料而無反射；只允許具有第一波長的光束以第一角度穿出材料并且以第二角度在材料之內(nèi)第一次反射具有其它波長的光束；以第二角度在材料之內(nèi)第二次反射經(jīng)過第一次反射的光束；只允許具有第二波長的光束以第一角度穿出材料并以第二角度第三次反射具有第三波長的光束；以第二角度在材料之內(nèi)第四次反射經(jīng)過第三次反射的光束，以及允許具有第三波長的光束以第一角度穿出材料而無反射。
按照本發(fā)明的一項實施例，一種用于分離入射光束成為分別具有第一、第二和第三波長的三個光束的裝置，其制造方法各步驟包括施加一寬帶抗反射涂敷薄膜于平板第一面的一部分，此平板具有厚度t、折射率n，而此第一面和對置于此第一面的第二面具有充分的平度以允許來自光源的入射光束以第一角度透入平板而無反射；施加第一分色鏡涂敷薄膜于此平板第二面的一部分，以便只允許來自穿過寬帶抗反射涂敷薄膜的光束中具有第一波長的光束以第一角度透過并以第二角度反射具有其它各波長的光束；施加一寬帶強反射涂敷薄膜在此平板第一面的其余部分上，以便反射以第二角度從第一分色鏡反射出來的光束；施加第二分色鏡于平板第二面，靠近第一分色鏡，以允許具有第二波長的光束以第一角度透過并以第二角度反射來自穿過寬帶強反射涂敷薄膜的具有第三波長的光束；以及施加一抗反射涂敷薄膜于平板第二面，靠近第二分色鏡，以允許從寬帶強反射涂敷薄膜反射的具有第三波長的光束以第一角度透過而無反射。
本發(fā)明的其它各項目的和優(yōu)點，在閱讀以下詳細說明之后和在參考各附圖之后，將變得更加清楚，其中

圖1示出采用根據(jù)本發(fā)明的平板的一種光分離裝置的總體結(jié)構(gòu)；圖2示出采用根據(jù)本發(fā)明的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)明易于作出多種改型和替換形式，其一些具體實施例業(yè)已通過范例顯示在附圖之中并將在此予以詳細說明。不過，應(yīng)當理解，并不試圖把本發(fā)明限制于所公開的一些特定形式，而是相反，本發(fā)明試圖包括屬于由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范疇之內(nèi)的所有改型、等效和替代裝置。
本發(fā)明將通過各附圖予以詳細說明。
按照本發(fā)明的一實施例，一種采用混合分色鏡分離光束的裝置包括一種材料13；寬帶抗反射涂敷薄膜12，用于允許從白光光源10以第一角度(θO)進入的入射光束11透過而無反射；第一分色鏡涂敷薄膜14，用于只允許具有第一波長(λ1)的光束以第一角度透過并用于以第二角度(θG)反射來自穿過寬帶抗反射涂敷薄膜12的光束中具有其它各波長的光束；一寬帶強反射涂敷薄膜16，用于以第二角度反射由第一分色鏡涂敷薄膜14反射的光束；第二分色鏡涂敷薄膜15，只允許具有不同于第一波長(λ1)的第二波長(λ2)的光束以第一角度透過，以致它平行于穿過第一分色鏡涂敷薄膜14的具有第一波長(λ1)的光束并用于以第二角度反射由寬帶強反射涂敷薄膜16反射的具有不同于第一和第二波長(λ1，λ2)的第三波長的光束；寬帶強反射涂敷薄膜16以第二角度反射從第二分色鏡涂敷薄膜15反射的光束；抗反射涂敷薄膜17，用于允許具有第三波長的光束以第一角度透過而無反射，以致它平行于從寬帶強反射涂敷薄膜16反射的由第二分色鏡涂敷薄膜15使之透過的具有第二波長的光束，其中，穿過寬帶抗反射涂敷薄膜12的光束和從第一分色鏡涂敷薄膜14、第二分色鏡涂敷薄膜15和寬帶強反射涂敷薄膜16反射的各光束都通過材料13。
按照本發(fā)明的一實施例，一種分離光束的方法包括以下步驟允許入射光束以第一角度透入一種材料而無反射；只允許來自入射光束的具有第一波長的光束以第一角度穿出材料，并且以第二角度在材料之內(nèi)第一次反射來自入射光束的具有其它波長的光束；以第二角度在材料之內(nèi)第二次反射經(jīng)過第一次反射的光束；只允許具有第二波長的光束以第一角度穿出材料并以第二角度第三次反射經(jīng)過第二次反射的具有第三波長的光束；以第二角度在材料之內(nèi)第四次反射經(jīng)過第三次反射的光束；以及允許經(jīng)過第三次反射的光束的具有第三波長的光束以第一角度穿出材料而無反射。
按照本發(fā)明的一項實施例，一種用于光分離裝置的制造方法包括各步驟是施加寬帶抗反射涂敷薄膜于平板第一面的一部分，此平板厚度為t、折射率為n，而此第一面和對置于此第一面的第二面具有足夠的平度以允許來自光源的入射光束以第一角度透入平板而無反射；施加第一分色鏡涂敷薄膜于此平板第二面的一部分，以便只允許具有第一波長的光束以第一角度透過并以第二角度反射穿過寬帶抗反射涂敷薄膜的光束中的其它各波長的光束；施加寬帶強反射涂敷薄膜在此平板第一面的其余部分上，以便以第二角度反射從第一分色鏡涂敷薄膜反射的光束；施加一第二分色鏡涂敷薄膜于平板第二面，靠近第一分色鏡涂敷薄膜，以允許具有第二波長的光束以第一角度透過并以第二角度反射穿過寬帶強反射涂敷薄膜的具有第三波長的光束；以及施加一抗反射涂敷薄膜于平板第二面，靠近第二分色鏡涂敷薄膜，以允許從寬帶強反射涂敷薄膜反射的具有第三波長的光束以第一角度透過而無反射。
特別是，本發(fā)明提供一種方法，按照此方法，通過將上面指出的各部分集中于平板上，一入射白光光束自動地被分離成為三色光束。因此，本發(fā)明具有的優(yōu)點是，可以制成一種可以低價供應(yīng)的緊密裝置。此外，在分別使用三個分色鏡的現(xiàn)有技術(shù)中的方法難以對準各光束。相反，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有的優(yōu)點是，如果平板足夠平且具有平行的兩面，則各光束自動地對準。
圖1示出裝置的總體結(jié)構(gòu)，用以說明采用根據(jù)本發(fā)明的平板的光分離混合分色鏡。圖1示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，包括來自光源10的白色入射激光光束11；寬帶抗反射涂敷薄膜12；平板或材料13；形成第一和第二分色鏡14、15的分色鏡涂敷薄膜；寬帶強反射涂敷薄膜16；以及抗反射涂敷薄膜17。按照本發(fā)明的一項實施例，光源是白光激光源，而形成平板的材料是一種白光透明材料。
在圖1中，由入射光源10生成的白光光束11以入射角(θO)通過寬帶抗反射涂敷薄膜12。光束11隨后射向第一分色鏡14的一部分，此鏡允許具有藍光波長(λ1)的光束穿出材料并反射具有綠光和紅光波長(λ2、λ3)的光束。由第一分色鏡14所反射的綠和紅波長光束完全由寬帶強反射涂敷薄膜16予以反射而射向第二分色鏡15。第二分色鏡15只允許綠光波長光束(λ2)穿過，并反射紅光波長光束(λ3)。由第二分色鏡15分離出來的紅光波長光束(λ3)向?qū)拵姺瓷渫糠蟊∧?6反射，寬帶高反射涂敷薄膜16把紅光波長光束(λ3)向抗反射涂敷薄膜17反射。紅光波長光束(λ3)通過抗反射涂敷薄膜17穿出材料而無反射。
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為不同的波長，具體地說，分別是藍光波長、綠光波長和紅光波長。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都具有能力把裝置設(shè)計成以致每一第一、第二和第三波長能夠具有三種顏色，紅、藍或綠之中的任何一種。
以下表達式?jīng)Q定裝置的尺寸。在圖2中，當入射光束在F點以θO角度進入時，分離出來的藍、綠和紅光(分別是λ1，λ2，λ3)的光束間隔保持為固定的1nm，而平板的折射率按照每一波長分別是n1、n2、n3。折射率的差別在可見光范圍內(nèi)是一可忽略不計的量，所以，如果假定進入平板平面的各波長的折射角都是彼此相等的，則以下的表達式1可確定平板的厚度。[表達式1]d=[2cosθOtan(sin′(θO／nG))]
表達式2可確定平板寬度和長度的大小。[表達式2]31／cosθO按照本發(fā)明，為了調(diào)節(jié)穿出材料的具有第一波長的光束與穿出材料的具有第二波長的光束之間或者穿出材料的具有第二波長的光束與穿出材料之外的具有第三波長的光束之間的間隔，可以調(diào)節(jié)入射光束的入射角和材料的厚度t。
按照本發(fā)明的一項實施例，第一角度是從垂直方向到入射面和出射面的夾角，而第二角度是從垂直方向到反射面的夾角。在此情況下，垂直方向指的是平板的厚度t的方向。
按照本發(fā)明的一項實施例，寬帶強反射涂敷薄膜12和寬帶抗反射涂敷薄膜16平行于第一分色鏡14和第二分色鏡15以及抗反射涂敷薄膜17。
按照本發(fā)明的一項實施例，第一分色鏡14和第二分色鏡15以及抗反射涂敷薄膜17由材料以相等間距t與寬帶強反射涂敷薄膜12和寬帶抗反射涂敷薄膜16間隔開來。
如上所述，與各種光分離子系統(tǒng)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明簡單而小巧，而分離開來的三色各光束的對準自然地達到，所以易于制造。因而，本發(fā)明可以通過用一小尺寸光學裝置把圖像直接投影在屏幕上而用于提供大尺寸的顯示，而且對于諸如光分離子系統(tǒng)這樣的光分離裝置的小型化是非常有效的。
如上所指出，本發(fā)明示出與現(xiàn)有技術(shù)中大型光學裝置具有同樣的性能的小尺寸光學分離結(jié)構(gòu)，所以它的優(yōu)點是可以商品化和簡化。特別是，通過本發(fā)明可以供應(yīng)大量輕巧而具有較低價格的裝置。
權(quán)利要求
1．一種采用由某一材料制成的平板的光分離裝置，包括寬帶抗反射涂敷薄膜，用于允許從光源產(chǎn)生的入射光束以第一角度進入所述材料而無反射；第一分色鏡，用于只允許具有第一波長的光束以第一角度透出所述材料并用于以第二角度反射來自穿過寬帶抗反射涂敷薄膜的光束的具有其它波長的光束；寬帶強反射涂敷薄膜，用于以第二角度反射由第一分色鏡反射的光束；第二分色鏡，只允許具有第二波長的光束以第一角度透過，以致它平行于穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束，并用于以第二角度反射由寬帶強反射涂敷薄膜反射的光束中具有第三波長的光束；所述寬帶強反射涂敷薄膜以第二角度反射由第二分色鏡反射的具有第三波長的光束；抗反射涂敷薄膜，用于允許具有第三波長的光束以第一角度透出所述材料而無反射，以致它平行于透出第二分色鏡的具有第二波長的光束，其中，穿過寬帶抗反射涂敷薄膜的光束和從第一分色鏡、第二分色鏡和寬帶強反射涂敷薄膜反射的各光束都通過所述材料。
2．按照權(quán)利要求1所述的光分離裝置，其中，第一角度是從垂直方向到入射面和出射面的夾角，而第二角度是從垂直方向到反射面的夾角。
3．按照權(quán)利要求2所述的光分離裝置，其中，寬帶強反射涂敷薄膜和寬帶抗反射涂敷薄膜平行于第一分色鏡和第二分色鏡以及抗反射涂敷薄膜。
4．按照權(quán)利要求3所述的光分離裝置，其中，第一分色鏡和第二分色鏡以及抗反抗涂敷薄膜由所述材料以一相等間距與寬帶強反射涂敷薄膜和寬帶抗反射涂敷薄膜間隔開來。
5．按照權(quán)利要求1所述的光分離裝置，其中，入射光束的入射角和所述材料的厚度t可以調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)穿出第一分色鏡的具有第一波長的光束與穿出第二分色鏡的具有第二波長的光束之間或者穿出第二分色鏡的具有第二波長的光束與穿出抗反射涂敷薄膜的具有第三波長的光束之間的間距。
6．按照權(quán)利要求1所述的光分離裝置，其中，穿過第一分色鏡的具有第一波長的光束與穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束之間的間距等于穿過第二分色鏡的具有第二波長的光束與穿過抗反射涂敷薄膜的具有第三波長的光束之間的間距。
7．按照權(quán)利要求1所述的光分離裝置，其中，所述入射光束是白光。
8．按照權(quán)利要求1所述的光分離裝置，其中，所述光源是白光激光。
9．按照權(quán)利要求7所述的光分離裝置，其中，第一波長、第二波長和第三波長分別是藍光波長、綠光波長和紅光波長。
10．一種采用由某一材料制成的平板的光分離方法，包括以下各步驟允許入射光束以第一角度透入所述材料而無反射；只允許來自入射光束的具有第一波長的光束以第一角度穿出材料，并且以第二角度在材料之內(nèi)第一次反射具有其它波長的光束；以第二角度在材料之內(nèi)第二次反射經(jīng)過第一次反射的光束；只允許具有第二波長的光束以第一角度穿出材料并以第二角度第三次反射經(jīng)過第二次反射的具有第三波長的光束；以第二角度在材料之內(nèi)第四次反射經(jīng)過第三次反射的光束；以及允許具有第三波長的光束以第一角度穿出材料而無反射。
11．按照權(quán)利要求10所述的光分離方法，其中，第一角度是從垂直方向到入射平面和出射平面的夾角，而第二角度是從垂直方向到反射平面的夾角。
12．按照權(quán)利要求10所述的一種光分離方法，還包括一個步驟調(diào)節(jié)入射光的入射角和材料的厚度t以調(diào)節(jié)穿出材料的具有第一波長的光束與穿出材料的具有第二波長的光束之間或者穿出材料的具有第二波長的光束與穿出材料的具有第三波長的光束之間的間距。
13．按照權(quán)利要求10所述的一種光分離方法，其中，入射光束是白光。
14．按照權(quán)利要求13所述的一種光分離方法，其中，第一波長、第二波長和第三波長分別是藍光波長、綠光波長和紅光波長。
15．一種方法，用于制造采用由某一材料制成的平板的光分離裝置，包括以下各步驟施加寬帶抗反射涂敷薄膜于平板第一面的一部分，平板厚度為t、折射率為n，而第一面和對置于第一面的第二面具有足夠的平度以允許光源產(chǎn)生的入射光束以第一角度透入平板而無反射；施加第一分色鏡于平板第二面的一部分，以便只允許具有第一波長的光束以第一角度透過并以第二角度反射透過寬帶抗反射涂敷薄膜的光束中的其它波長的光束；施加寬帶強反射涂敷薄膜在平板第一面的其余部分上，以便以第二角度反射從第一分色鏡反射的光束；施加第二分色鏡于平板第二面，靠近第一分色鏡，以允許具有第二波長的光束以第一角度透過并以第二角度反射具有第三波長的光束；以及施加抗反射涂敷薄膜于平板第二面，靠近第二分色鏡，以允許具有第三波長的光束以第一角度透過而無反射。
全文摘要
一種采用平板的光分離裝置包括寬帶抗反射涂敷薄,允許由一光源生成的入射光束以第一角度透入材料而無反射;第一分色鏡,只允許具有第一波長的光束穿過并反射其它波長的光束;強反射涂敷薄膜,用于反射光束;第二分色鏡,只允許具有第二波長的光束穿出材料并反射具有第三波長的光束;強反射涂敷薄膜,用于反射光束;抗反射涂敷薄膜,允許具有第三波長的光束穿出材料而無反射。從而將一個光束分離為具有不同顏色的三個光束。
文檔編號G02B27/14GK1204778SQ9811564
公開日1999年1月13日 申請日期1998年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月5日
發(fā)明者樸正鎬, 樸永埈, 黃永某 申請人:三星電子株式會社