CN1912676A

CN1912676A - 光学装置的制造设备及制造方法

Info

Publication number: CN1912676A
Application number: CNA2005101339926A
Authority: CN
Inventors: 闵炫轸; 普特波夫·维蒂莫; 赵成训; 郑在贤; 李锡原; 李泰润
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: CN100416335C; KR100700986B1; KR20070019819A

Abstract

本发明涉及一种光学装置的制造设备及制造方法。依据本发明所提供的具有多个棱镜的光学装置的制造设备包含：白色光源；波长选择滤光器，用于提取预定波长范围的光；集光器，用于集中所述波长选择滤光器所选择的光；台架，用于调节所述棱镜的位置；显示部，用于显示至少一对通过所述棱镜的光的干涉现象。因此，提供可以简单地使多个棱镜的光学距离相一致的一种光学装置的制造设备及制造方法。

Description

光学装置的制造设备及制造方法

技术领域

本发明涉及一种光学装置的制造设备及制造方法，尤其涉及使用多个棱镜的光学装置的制造设备及制造方法。

背景技术

用于拍摄并再现图像的光学装置的电荷耦合器件(CCD：charge coupleddevice)从1-CCD发展到3-CCD。只能表示所输入图像的明暗及形态的以往的1-CCD为了再现色彩而在CCD上使用了颜色滤光器。虽然通过使用颜色滤光器而可以再现色彩，但由于一个象素只能包含一个对应RGB中某一个颜色的信息，因而要明确地表示图像具有局限性。

最近，为了解决上述问题并再现接近实际情况的图像而使用棱镜模块，该棱镜模块包含用于进行RGB颜色分解的三个特别涂层(coating)的棱镜和三个CCD。此时，所输入图像先被分解为RGB三个图像，然后再合成为一个图像，因此一个象素可以包含三个颜色信息。如此，通过使用3-CCD而可以再现鲜明并具体的图像。

为了使图像分解为三个之后再被合成为一个图像，需要使通过三个棱镜的光路径长度(以下简称“光学距离”)相等。若要使光学距离一致，则需要使三个棱镜排列整齐并向这些棱镜整齐地贴附CCD，为此需要具备按六个自由度驱动各棱镜及CCD的六个支持构件及用于入射检测图像的标准放映机(master projector)。由于这种设备价格都比较高，因而排列棱镜模块需要较多的费用，并且用于图像对焦的棱镜排列和用于正确地合成为一个图像的CCD排列需要较多的精力和时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单地使多个棱镜的光学距离相一致的光学装置的制造设备及制造方法。

为了实现所述目的依据本发明的光学装置的制造设备，包含：白色光源；波长选择滤光器，用于提取预定波长范围的光；集光器，用于集中所述波长选择滤光器所选择的光；台架，用于调节所述棱镜的位置；显示部，用于显示至少一对通过所述棱镜的光的干涉现象。

并且，最好进一步包含光量调节部，以用于调节通过所述波长选择滤光器提取光的光量，以更明确地表现干涉现象。

所述波长选择滤光器可以提取460～620nm范围的光，可以优选提取470～490nm范围及540～580nm范围的光。

所述台架包含用于支持所述棱镜的夹子和用于驱动所述夹子的驱动部。

并且，可以进一步包含将从所述棱镜反射的光引导到所述显示部的光引导部。

所述集光器的焦距最好与从所述集光器到所述棱镜出射面的距离实质上相等。

另外，为了实现所述目的依据本发明所提供的具有多个棱镜的光学装置的制造方法，包含步骤：向所述棱镜贴附反射镜；临时固定所述棱镜；从原始光提取预定波长范围的光，并朝所述棱镜照射；通过移动所述棱镜来显示从所述反射镜反射的光的干涉现象；当显示干涉现象时，固定所述棱镜。

提取所述波长的过程中若要提取470～490nm范围的光，则移动蓝色棱镜。当470～490nm范围的光被提取时，由于绿色及蓝色光均被提取，因而可以通过被固定的绿色棱镜与可移动的蓝色棱镜内部的光学距离之差来诱导光干涉现象。若出现干涉现象，则固定蓝色棱镜。

提取所述波长的过程中若要提取540～580nm范围的光，则最好移动红色棱镜。当540～580nm范围的光被提取时，由于绿色及红色光均被提取，因而可以通过被固定的绿色棱镜与可移动的红色棱镜内部的光学距离之差来诱导光干涉现象。若出现干涉现象，则固定红色棱镜。

所述棱镜的临时固定最好通过紫外线硬化树脂来进行，而所述棱镜的固定最好通过向所述紫外线硬化树脂照射紫外线来进行。

为了利用短的可干涉距离，所述原始光最好为白色光。

提取光的所述波长范围的步骤与集光的步骤之间可以进一步包含对所提取的光的光量进行调节的步骤。

并且，最好进一步包含将从所述原始光所提取的光进行集中的步骤。

并且，进一步包含向所述棱镜上贴附CCD的步骤，从而完成棱镜模块的制作。

附图说明

图1为依据本发明一实施例所提供的光学装置的制造设备示意图；

图2为用于说明依据本发明一实施例所提供的光提取原理的曲线图；

图3为用于说明依据本发明一实施例所提供的棱镜光学距离的棱镜单元示意图；

图4为用于说明依据本发明一实施例所提供的光学装置制造方法的控制流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

参照图1至图3说明本发明一实施例所提供的光学装置的制造设备。图1为说明依据本发明一实施例所提供的光学装置的制造设备示意图，图2为说明用于排列棱镜的光提取原理的曲线图，图3为用于说明棱镜光学距离的棱镜单元示意图；

如图所示，光学装置的制造设备1包含白色光源10、波长选择滤光器20、光量调节部30、集光器40、用于调节棱镜位置的台架50、光引导部60及显示干涉现象的显示部70。如图3所示，棱镜单元100由具有RGB颜色分解特殊膜层(film)的三个棱镜111、120、130构成，即由R棱镜130、G棱镜110及B棱镜120构成，各棱镜的出射面上设置用于反射入射光的反射镜111、121、131。

白色光源10出射作为原始光的白色光。利用钨-卤素灯等作为白色光源10使用。

为了正确地测定测定部相对于基准光的位移，其方法为采用干涉仪，在本实施例中，为了测定通过棱镜的光路径之差而使用迈克尔逊(michelson)干涉仪。迈克尔逊干涉仪广泛应用于测定薄膜厚度或波长(spectrum)及高分辨率分光计中，如精确测定光波长。从光源出射的原始光中有50％的光透过，剩余的50％的光改变90度路径而被反射。不同路径的光分别被再次反射而收敛到一个地方，此时只要没有外部影响，因两个光路径之差一定，所以其干涉条纹不会改变。但是，如移动反射镜等如果存在外部环境的变化，则由于波长的相位改变而出现相消或相长的干涉条纹。因此，通过干涉条纹的长度可以测定移动试片。

如果出射短波长的激光，则由于可产生干涉的可干涉距离较长，所以可以在较宽区域再现干涉现象；但是，如白色光当混合有包含几个范围的波长时，由于可干涉距离较短，所以在约3～4μm的相对距离差范围之内可以观察到干涉条纹。本实施例中为了使通过各棱镜内部的光长度，即从棱镜入射面到出射面之间的光学距离(optical path length)在5μm误差范围之内相一致，从而利用可干涉距离较短的白色光。

波长选择滤光器20从白色光源10出射的光中只提取特定波长范围的光。

本实施例中，固定G棱镜110的状态下通过调节移动B棱镜120来观察由G棱镜110及B棱镜120反射的光的干涉现象，并调节移动R棱镜130来观察由G棱镜110及R棱镜130反射的光的干涉现象。由于干涉现象在波长及强度相类似的光中容易观察到，因而为了观察由G棱镜110及B棱镜120反射的光的干涉现象，需要有蓝色及绿色可以共存的波长范围的光；并且，为了观察由G棱镜110及R棱镜130反射的光的干涉现象，需要有绿色及红色可以共存的波长范围的光。

图2为按照波长表示光强度的曲线，如图所示，蓝色光以460nm为中心分布，绿色光以500nm为中心分布，而红色光以620nm为中心分布。蓝色光及绿色光在460～500nm范围之内，尤其在470～490nm范围之内(第一波长范围：A)共存；绿色光及红色光在500～620nm范围之内，尤其在540～580nm范围之内(第二波长范围：B)共存。

因此，为了观察由G棱镜110及B棱镜120反射的光的干涉现象，需要有用于提取相应于A区域的光的滤光器(filter)；并且，为了观察由G棱镜110及R棱镜130反射的光的干涉现象，需要有提取B区域的光的滤光器。

光量调节部30用于调节从波长选择滤光器20提取的光的光量。由于干涉现象容易出现在波长及振幅相类似的光中，所以光量调节部30将通过波长选择滤光器20提取的波长范围相似的光调节为一定的振幅，即使其强度一定。光量调节部30采用用于使出射的光量减少的光衰减器(optical attenuator)或用于将光密度滤光(filtering)为所期望量值的光密度滤光片(neutral densityfilter)。

集光器40用于集中通过光量调节部30调节强度的光，并传递到棱镜单元100。集光器40最好为对扩散到四周的光进行收集的凸透镜。

集光器40具有固有焦距，棱镜单元100最好位于集光器40的焦点上。换句话说，集光器40的焦距(f)最好与从集光器40到棱镜110、120、130出射面的距离实质上相等。由此，可以容易地排列棱镜单元100，并且通过将棱镜单元100置于集光器40的焦距(f)上，从而提高集光效率。

台架50用于调节棱镜110、120、130的位置。如图3所示，台架50包含用于支持B棱镜120的第一夹子(gripper)51、用于支持R棱镜130的第二夹子55、用于驱动第一夹子51的第一驱动部53以及用于驱动第二夹子55的第二驱动部57。依据本实施例所提供的光学装置的制造设备1中G棱镜110被固定，并将该棱镜为基准来调节其他棱镜120、130的位置。但是，如果G棱镜110未被固定，则可以进一步包含用于支持G棱镜110的夹子及驱动该夹子的驱动部。

各夹子51、55用于支持棱镜120、130，并为了使棱镜120、130可以被驱动而连接于驱动部53、57。通常，夹子51、55为了简单、正确地调节机构的加工位置而最好采用作为辅助机构的夹具(jig)。

驱动部53、57利用涂敷于棱镜120、130接触面的紫外线硬化树脂的粘性所引起的流动性将棱镜120、130按箭头方向移动。驱动部53、57包含电机，并通过未图示的控制部的控制来进行精确移动。

如上所述，各棱镜110、120、130的出射面具有用于将入射光再次反射的反射镜111、121、131。接触三个棱镜110、120、130的棱镜单元100具有一条边约为10～15mm左右的六面体的体积。在临时固定各棱镜110、120、130的状态下，在各接触面上涂敷透明的紫外线硬化树脂。紫外线硬化树脂在以后的完全固定棱镜120、130的步骤中通过紫外线被硬化。

光引导部60用于将从棱镜单元100反射的光引导到显示部70，在此采用三角棱镜。从棱镜单元100反射的光需要统一地被引导到显示干涉现象的显示部70。因此，如果显示部70位于集光器40的正面，则可以不采用光引导部60，从而光引导部60为可选择性的构成要素。

由于光引导部60只用于改变光路径，从而并非限定于棱镜，也可以采用反射镜，并根据显示部70的位置来能动地改变棱镜或反射镜的位置。

显示部70用于拍摄并显示从棱镜单元100反射的光干涉现象。显示部70可以包含将光信号变换为电信号的电荷耦合器件(CCD：charge coupleddevice)。如果显示部70中所显示的干涉条纹的图像变得较清晰，则可以判断为发生相长干涉，从而可以容易地观察干涉现象。

下面进一步参照图4来说明依据本实施例所提供的光学装置的制造方法及光路径。

首先，向棱镜110、120、130的各出射面贴附反射镜111、121、131(S10)。反射镜111、121、131使入射到棱镜单元100的光沿着入射路径而再被反射。

被固定的G棱镜110的入射面上最好涂上无反射涂层(coating)物质，以使入射到棱镜单元100的光不产生反射现象。

使G棱镜110与B棱镜120、B棱镜120与R棱镜130相互接触，并使用紫外线硬化树脂来进行临时固定(S20)。紫外线硬化树脂被暴露于紫外线中会被硬化，从而用于完全固定棱镜110、120、130。为了粘贴如棱镜的光学装置而使用的粘贴剂最好为无颜色的透明粘贴剂，因而作为粘贴剂适合采用透明、具有粘性所引起的流动性的紫外线硬化树脂。涂有紫外线硬化树脂的接触面通过硬化树脂的粘性而维持一定的粘贴力，并使棱镜120、130由驱动部53、57而移动。

其次，将图1的构成要素排列于预定位置，以便于排列棱镜110、120、130。

从白色光源10发出的白色光由第一波长选择滤光器提取为第一波长范围(A：470～490nm)的光(S30)。

被提取的光由光量调节部30来调节其光量，并由集光器40而集光之后被入射到棱镜单元100的入射面。

由第一波长选择滤光器所提取的光包含蓝色及绿色。入射光中，绿色光(I)由形成于G棱镜110和B棱镜120临界面的G颜色分解特殊薄膜而向G棱镜110内部反射，而蓝色光(II)朝着B棱镜120透过。经过G棱镜110内部的光(I)由设置于G棱镜110出射面的反射镜111再次通过相同路径而从棱镜100单元出射。所出射的绿色光(I)经过集光器40及光引导部60并由设置于显示部70的CCD拍摄之后显示于显示部70中。

所入射的蓝色光(II)由形成于B棱镜120和R棱镜130临界面的B颜色分解薄膜而向B棱镜120内部反射，如果入射光中包含红色光，则朝着R棱镜130透过。经过B棱镜120内部的光(II)也由设置于B棱镜120出射面的反射镜121再通过相同路径而从棱镜100单元出射。所出射的蓝色光(II)也被显示于显示部70中。

为了正确、清晰地再现图像，原则上要使绿色光(I)及蓝色光(II)经过棱镜120、130内部的各自长度相等。本实施例中为了在约±5μm的误差范围之内使光学距离一致，从而利用具有3～4μm干涉距离的白色光。分别经过不同路径而到达某一位置的绿色光(I)及蓝色光(II)，其相位变化等于移动距离的差，并形成相应于变化相位的多种干涉条纹。在此，移动距离的差相当于光学距离的差。

用户通过移动B棱镜120(S40)来观察显示部70的图像是否清晰(S50)。如果图像变得清晰，则说明发生相长干涉，进一步说明光学距离之差为约3～4μm。

如果观察不到干涉现象，则再次移动B棱镜120而进行调节，若观察到干涉现象，则固定B棱镜120的位置(S60)。

然后，为了固定R棱镜130的位置而反复进行上述过程。即，以第二波长范围(B：540～580nm)提取(S70)的光经过光量调节部30及集光器40而入射到棱镜单元100的入射面。

入射到棱镜单元100的入射光为绿色光(I)及红色光(III)，绿色光(I)在G棱镜110的出射面被反射，而红色光(III)在R棱镜130的出射面被反射。

通过移动R棱镜130(S80)来观察绿色光(I)及红色光(III)的干涉现象之后，若干涉现象被显示于显示部70(S90)，则固定R棱镜130(S100)。

固定棱镜120、130的步骤中向棱镜单元100照射紫外线而将紫外线硬化树脂硬化。

最后，向棱镜单元100的各棱镜110、120、130上贴附CCD而完成棱镜模块的制造(S110)。贴附CCD时，通过判断显示于显示部70的图像是否被合成而进行调节。

本发明在组装棱镜与CCD相结合的棱镜模块的过程中，不是通过一次性步骤组装该模块，而是先利用干涉仪来组装棱镜。由于同时组装精密、较小的光学装置的过程需要有较多的精力和费用，因此为了对其进行改进而利用干涉仪在预定的误差范围内使光学距离相一致。

本发明所述的相应于误差范围及可干涉距离的数值，可以根据光源的种类及所要求的光学距离而进行更改，因而并不限定本发明的权利要求范围。

虽然本发明描述了几种实施方式，但属于本发明领域的具有通常知识的所属技术人员应该知道，在不脱离本发明原则或精神的情况下，可以改变利用干涉仪使三色棱镜的光学距离相一致的本实施方式。本发明的保护范围可以通过所附权利要求书和其等同物而决定。

综上所述，依据本发明提供一种可以简单地使多个棱镜的光学距离相一致的光学装置的制造设备及制造方法。

Claims

1、一种具有多个棱镜的光学装置的制造设备，其特征在于包含：

白色光源；

波长选择滤光器，用于提取预定波长范围的光；

集光器，用于集中所述波长选择滤光器所选择的光；

台架，用于调节所述棱镜的位置；

显示部，用于显示至少一对通过所述棱镜的光的干涉现象。

2、根据权利要求1所述的光学装置的制造设备，其特征在于进一步包含光量调节部，以用于调节通过所述波长选择滤光器提取光的光量。

3、根据权利要求1所述的光学装置的制造设备，其特征在于所述波长选择滤光器提取460～620nm范围的光。

4、根据权利要求3所述的光学装置的制造设备，其特征在于所述波长选择滤光器提取470～490nm范围的光。

5、根据权利要求3所述的光学装置的制造设备，其特征在于所述波长选择滤光器提取540～580nm范围的光。

6、根据权利要求1所述的光学装置的制造设备，其特征在于所述台架包含用于支持所述棱镜的夹子和用于驱动所述夹子的驱动部。

7、根据权利要求1所述的光学装置的制造设备，其特征在于进一步包含将从所述棱镜反射的光引导到所述显示部的光引导部。

8、根据权利要求1所述的光学装置的制造设备，其特征在于所述集光器的焦距实质上与从所述集光器到所述棱镜出射面的距离相等。

9、一种具有多个棱镜的光学装置的制造方法，其特征在于包含步骤：

向所述棱镜贴附反射镜；

临时固定所述棱镜；

从原始光提取预定波长范围的光，并朝所述棱镜照射；

通过移动所述棱镜来显示从所述反射镜反射的光的干涉现象；

当显示干涉现象时，固定所述棱镜。

10、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于提取所述波长的过程中若要提取470～490nm范围的光，则移动蓝色棱镜。

11、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于提取所述波长的过程中若要提取540～580nm范围的光，则移动红色棱镜。

12、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于所述棱镜的临时固定是通过紫外线硬化树脂来进行，而所述棱镜的固定是通过向所述紫外线硬化树脂照射紫外线来进行。

13、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于所述原始光为白色光。

14、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于提取光的所述波长范围的步骤与集光的步骤之间进一步包含对所提取光的光量进行调节的步骤。

15、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于进一步包含将从所述原始光所提取的光进行集中的步骤。

16、根据权利要求9所述的光学装置的制造方法，其特征在于进一步包含向所述棱镜上贴附CCD的步骤。