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Abstract

一种用于借助一以特殊方式形成的镜装置把来自光源的一入射光束分离成为具有不同颜色的三个光束的装置。此装置可把白光分离成为红、绿和蓝三色并包括一第一分色镜、一宽带强反射镜、一第二分色镜和一种空气或气体材料。空气或气体材料设置在第一、第二分色镜与宽带强反射镜之间，入射光束和反射的各光束都通过此材料。

Description

光束分离的装置和方法
本发明涉及一种装置，用于将白光光束分离为红色、绿色和蓝色的三种光束，以及一种用于按照此装置进行光分离的方法。在本发明中，入射光束由以特殊方式形成的镜装置分离为具有三种颜色的三个光束。
根据本发明的装置可以用于一种光分离装置，此装置用在图像投影方法之中，此方法利用按照图像信号工作的3通道声-光调制器对于每一种颜色独立地调制光并以单独的红色、绿色和蓝色把经过调制的图像投影在屏幕上。除上述实例之外，根据本发明的装置可广泛地用于诸如彩色扫描器、彩色复印器(复印机)等之中。
现有的一般光分离装置通过采用棱镜或如图3所示的分色镜分离光。不过，采用这种装置不易获得光学效率和光学对准。另外，当颜色分离元件用在现有的激光投影显示设备，诸如EPO 0,211,596 A2之中所公开的设备时，存在的问题是结构极为复杂，而且体积庞大。
采用诸如EPO 0211596 A2之中所公开的现有的声-光调制器通过用分别具有600nm频带波长(红)、500nm频带波长(绿)和400nm频带波长(蓝)的三束激光作为输入装置的三色光源来调制光。由于采用这种光源，此装置不得不是非常庞大的，并且难以商品化。因此，经过一段时间，先前的庞大装置已经简化而制成较小的装置了。在一种情况下，白色激光(包括氪气和氩气)用作一种激光光源。由激光生成的光束利用示于图3的分色镜分离为三色(红、绿和蓝)。这种现有的装置也利用三个光分离镜和三个光学调制器，每种颜色各一个，所以这种装置具有的缺点是不很轻巧而且昂贵。
美国专利第4,125,864号公开了多个基本上具有相等强度的平行出射光束可以从具有短波长的入射光获得，以便用于图像复制装置，诸如打印机。此专利公开了一种分束器，它可以把具有单一波长的光束分离成为多个基本上具有相等强度的光束。这些光束有助于在图像中构成许多半色调斑点，从而工作原理不同于本发明的用于显示器的3通道光分离器。
日本有待公开的专利第55-25045号公开了一种光学波分多路复用-分支方法，具有一光学波分多路复用器和一光学波长分支滤波器，以利用各种光学过滤传输方法同时传输大量光学波长。此专利公开了一种用于光学通信的光学波长多分支滤波器，其中波长范围是从0.7到1.3的红外范围，并且制作得可以使用一种由多层电介质构成的干涉式带通滤波器来滤除非常狭窄的波长频带。因而，这种装置不同于利用分色镜有高输出的激光应用和高效率滤波的本发明。此外，在此日本专利中，考虑到光纤的光学传输损耗特性和各出射波长之间的间距与平行度并非恒定这一事实，干涉式带通滤波器，按照特定波长的顺序予以配置。相反，本发明允许光学滤波器不需考虑光学传输损耗而予以配置，并且设计得可以保持各出射光束之间的平行度。
另一现有技术公开在美国专利第5,071,225号之中。此专利公开了一种分束器，可把具有几种波长的单独一束入射光束分别分解为各波长分量。对于每一分离出来的波长，此装置可把这些光束分解成为具有同一波长的许多局部光束。
美国专利第5,071,225号中许多二次分解的具有相同波长的光束具有彼此不同的强度。此外，它们不允许各出射光束之间保持平行度，因为各光束是由于对于介质的折射率之间的差别而按波长分解开来的，并且各出射光束的出射角是彼此不同的。
本发明涉及一种用于把一光束分离成为分别具有红色、绿色和蓝色的三个光束的装置，以及一种按照此装置进行光分离的方法。
本发明旨在提供一种光分离装置和一种采用此光分离装置的光分离方法，此装置可通过一种比现有技术小并可以低价供应的系统将单独一个光束分离成为三个光束(红色、绿色和蓝色)。
本发明的一项目的是提供一种装置，用于通过利用其间带有气隙的两块平板和混合分色镜把一个光束分离成为具有不同颜色(波长)的三个光束。
本发明的另一项目的是提供一种方法，用于通过其间带有气隙的两块平板和混合分色镜进行光分离。
按照本发明的一项实施例，光分离装置包括第一分色镜，只允许具有第一波长的光束穿过并反射具有其他波长的一光束，具有第一波长和其他波长的光束从光源进入装置；宽带强反射镜，在材料中反射从第一分色镜反射的光束，此宽带强反射镜设置得致使它平行于第一分色镜并与第一分色镜间隔开预定的距离；第二分色镜，只允许具有不同于第一波长的第二波长的光束在平行于穿过第一分色镜的具有第一波长的光束的方向上穿过，并在材料中带强反射镜反射的具有其他波长的各光束；宽带强反射镜反射由第二分色镜反射而通过材料的光束并使之在平行于穿过第二分色镜的具有第二波长的光束的方向上穿过材料而不经过第二分色镜；其中，材料是空气或气体，设置在第一、第二分色镜与宽带强反射镜之间，而且入射光束和反射的各光束都通过它。
按照本发明的一项实施例，入射光束是白光，而且第一、第二和第三波长分别是具有蓝色、绿色和红色的波长。
按照本发明的一项实施例，一种用于分离从光源进入的具有多个波长的入射光束的光分离方法所包括的各步骤是：通过第一装置只允许具有第一波长的光束穿出某一材料并通过此第一装置在材料中第一次反射具有其他波长的光束；采用第二装置在材料中第二次反射经过第一次反射的光束；通过第三装置只允许具有不同于第一波长的第二波长的光束在平行于已经穿过第一装置的具有第一波长的光束方向上穿出材料并利用此第三装置在材料中第三次反射具有不同于第一和第二波长的第三波长的光束；以及借助于第二装置在材料中反射具有第三波长的光束而在平行于已经穿过第三装置的具有第二波长的光束的方向上穿过材料而不经过第三装置。
按照本发明的装置可以在光分离设备中进行光分离，此设备用于图像投影方法之中，此方法利用按照每种颜色的图像信号工作的3通道声-光调制器独立地调制光并以每一单独的红色、绿色和蓝色把经过调制的图像投影在屏幕上。除了上述实例之外，本发明的装置可以广泛地用于诸如彩色扫描器、彩色复印机等之中。
本发明的其他一些目的和优点，在阅读以下详细说明的和参考各附图之后，将变得更为清楚，其中：
图1示出根据本发明一项实施例的采用在两块平板之间的气隙的光分离装置的总体结构；
图2示出根据本发明一项实施例的采用两块平板的光分离装置的尺寸；
图3示出一种传统的光分离装置的总体结构。
由于本发明可进行各种变形和替换，具体的实施例做为例子被展示在图中，同时将被详细地描述。必须明白，无论如何，本发明并不限于公开的特定的形式，相反地，本发明覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的各种变形、等效物和替换物。
本发明将通过各附图予以详细说明。
本发明的光分离装置包括第一分色镜14，只允许具有第一波长λ1的光束穿过并反射由光源产生的入射光束中具有其他波长的光束；宽带强反射镜13，在一种材料中反射从第一分色镜反射的光束；第二分色镜15，只允许具有不同于第一波长的第二波长λ2的光束在与穿过第一分色镜的具有第一波长的光束的方向平行的方向穿过，并在材料中反射从宽带强反射镜反射的光束中具有不同于第一和第二波长的第三波长的光束；宽带强反射镜13反射从第二分色镜反射的具有第三波长的光束，以使具有第三波长的光束在与穿过第二分色镜的具有第二波长的光束平行的方向经过第二分色镜面穿过，宽带强反射镜13设置得致使它平行于第一分色镜和第二分色镜并与之间隔开一预定的间距，其中，材料是空气或气体，设置在第一和第二分色镜与宽带强反射镜之间的空间之内，而入射光束和反射的光束都通过它。
第一分色镜和第二分色镜由材料保持在相距宽带强反射镜相等的距离处，并且它们平行于宽带强反射镜。按照本发明，材料是空气或气体。
本发明涉及一种方法，其中进入具有上述两平板平面(由一宽带强反射镜形成的平面以及由第一和第二分色镜形成的平面)连同两平面之间气隙的系统的白光，被自动地分离成为具有三种颜色的三个光束。这一方法的优点是此系统可以做得轻巧并且可以以低价供应。此外，当在现有技术的方法中使用三个分色镜时，难以对准各光束。相反，在根据本发明的系统中，如果保证两平板平面的平坦度和平行度且两平板平面对准，则各光束自动对准。
图1示出一种显示采用根据本发明一项实施例的两块平板以进行光分离的系统的总体组成结构。按照本发明的一项实施例，两块平板是由一种白光透明材料制成的。此外，按照本发明的一项实施例，光源是产生白光激光光束的激光光源。
图1示出光源10、由光源10产生的白光光束11、气隙12、宽带强反射涂敷薄膜13、以及构成分色镜14、15的分色镜涂敷薄膜。
在图1中，来自光源10的白光11以入射角θ0进入系统并达到第一分色镜14的点B(图2)，此镜允许具有蓝色波长(λ1)的光束完全穿过并反射具有绿色波长(λ2)的光束和具有红色波长(λ3)的光束。由第一分色镜反射的绿色波长光束和红色波长光束由宽带强反射镜13全反射。这种反射的光束随后射向第二分色镜15，第二分色镜15只允许绿色波长光束穿过并反射红色波长光束。由第二分色镜15分离出来的红色波长15又射向宽带强反射镜13并随后被全反射，穿过材料而不经过第二分色镜而射向装置之外。
按照上述本发明的一项实施例，第一波长、第二波长和第三波长分别是具有蓝色的波长、具有绿色的波长和具有红色的波长。普通技术人员可以设计此系统，以致每一第一、第二和第三波长可以具有三种颜色即红色、绿色或蓝色之中的任何一种。
宽带强反射镜13是形成在两块平板之一上的涂敷薄膜。第一和第二分色镜14、15是形成在另一平板上的彼此靠近的两个涂敷薄膜。两块平板设置彼此间隔开来，它们之间具有一种材料。具有两个分色镜14、15的平板设置得稍微在带有宽带强反射涂敷薄膜13的平板以上，以致来自相对于带有各分色镜14、15的平板来说带有宽带强反射涂敷薄膜13的平板的相对一侧入射光束首先射向第一分色镜14。
按照本发明的一项实施例，系统的尺寸如下确定。在图2中，如果入射光束以θ0度的角度进入，并且在每一分离出来的分别具有蓝色、绿色和红色波长(λ1，λ2，λ3)之间保持间距l毫米，则两平板之间的间距按照表达式1计算，而平板AD和EF的长度按照表达式2计算。[表达式1]
d＝lcosθ0[表达式2]
AD＝EF＝4lsinθ0
比如，当l是5毫米和θ0是30°时，长度AD和长度EF是10毫米。这意味着，根据本发明的此系统与使用三个单独元件的现有技术的光分离系统之中所需的至少150毫米相比，在尺寸上可以减小高达15倍。
按照本发明的一项实施例，一种从光源进入装置的具有多个波长的入射光束的光分离方法所包括的各步骤是：通过第一装置只允许具有第一波长的光束穿出某一材料并在材料中第一次反射具有其他波长的光束，此材料为空气或气体；采用第二装置13在材料中第二次反射经过第一次反射的各光束；通过第三装置15只允许具有不同于第一波长的第二波长的光束在平行于已经穿过第一装置14的具有第一波长的光束的方向上穿出材料并利用此第三装置15在材料中第三次反射具有不同于第一和第二波长的第三波长的光束；以及将具有第三波长的光束反射通过材料而在平行于已经穿过第三装置15的具有第二波长的光束的方向上穿过材料而不经过第三装置15。
按照本发明的一项实施例，比如空气的材料厚度应当是均匀的，以致在穿过第一分色镜14之后的具有第一波长的光束与穿过第二分色镜15之后的具有第二波长的光束之间的间距，等于在穿过第二分色镜15之后的具有第二波长的光束与穿过材料而不经过第二分色镜15而穿出系统的具有第三波长的光束之间的间距。作为根据本发明的入射光束，可以采用具有多个波长的光束，诸如具有红色波长、绿色波长和蓝色波长。
如上所述，按照本发明，与现有各光分离子系统的结构相比，该系统的结构简单，尺寸紧凑，分离成为三色的光的对准自动地实现，所以便于组成和使用。因而，本发明可以用于通过采用一种小型的光学系统直接把图像投影在屏幕上而用于显示大面积图像。另外，根据本发明的系统，用于简化诸如彩色打印机的光分离子系统这样的各种光分离系统是很有效的。

Claims (7)

1.一种装置，用于利用两块平板把由光源产生的入射光束分离成为具有彼此不同的第一、第二和第三波长的三个光束，包括：
一种材料，设置在两块平板之间，所述材料是空气或气体中的一种；
第一分色镜，形成在两块平板的第一块上，只允许由光源产生的具有第一波长的光束穿过并反射由光源产生的具有其他波长的光束；
宽带强反射镜，形成在两块平板的另一块上，在材料中反射从第一分色镜反射的光束；
第二分色镜，形成在两块平板的第一块上并靠近所述第一分色镜，只允许具有第二波长的光束在平行于穿过第一分色镜的具有第一波长的光束的方向上穿过，并在材料中反射由宽带强反射镜反射的具有第三波长的光束；
宽带强反射镜反射由第二分色镜在材料中反射的具有第三波长的光束并使之在平行于穿过第二分色镜的具有第二波长的光束的方向上穿过所述材料而不经过第二分色镜，宽带强反射镜设置得致使它平行于第一和第二分色镜并间隔开预定的距离；
其中，材料设置在第一、第二分色镜与宽带强反射镜之间，而且入射光束和反射的各光束都通过它。
2.按照权利要求1所述的用于分离入射光束的装置，其特征在于，入射光束是白光而第一、第二和第三波长分别是具有蓝、绿和红色的波长。
3.按照权利要求1所述的用于分离入射光束的装置，其特征在于，材料厚度是均匀的，以致在穿过第一分色镜之后的具有第一波长的光束与穿过第二分色镜之后的具有第二波长的光束之间的间距等于在穿过第二分色镜之后的具有第二波长的光束与穿过材料而不经过第二分色镜的具有第三波长的光束之间的间距。
4.按照权利要求1所述的用于分离入射光束的装置，其特征在于，宽带强反射镜是形成在两块平板之一上的涂敷薄膜，第一和第二分色镜是形成在另一平板上的彼此靠近的两个涂敷薄膜，两块平板设置成彼此间隔开来，它们之间具有所述材料。
5.按照权利要求4所述的用于分离入射光束的装置，其特征在于，具有第一和第二分色镜的平板设置得在具有宽带强反射镜的平板以上，以致来自与带有第一和第二分色镜的平板相对的带有宽带强反射镜的平板的一侧的入射光束首先射向第一分色镜。
6.一种用于利用两块平板把由光源产生的一入射光束分离成为具有彼此不同的第一、第二和第三波长的三个光束的方法，包括的各步骤是：
通过第一装置只允许从光源产生的具有第一波长的光束穿出某一材料并通过第一装置在材料中第一次反射从光源产生的具有其他波长的光束；
采用第二装置在材料中第二次反射经过第一次反射的光束；
通过第三装置只允许具有第二波长的光束在平行于已经穿过第一装置的具有第一波长的光束方向上穿出材料并利用第三装置在材料中第三次反射具有第三波长的光束；以及
通过第二装置在材料中反射具有第三波长的光束而在平行于已经穿过第三装置的具有第二波长的光束的方向上穿过所述材料而不经过第三装置；
其中，材料是空气或材料，第一装置和第三装置彼此相邻位于第一块平板上，第二装置位于第二块平板上。
7.按照权利要求6所述的分离入射光束的方法，其特征在于，入射光束是白光而第一、第二和第三波长分别是具有蓝、绿和红色的波长。
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