CN1963593B - 光学器件的制造装置及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以容易地使多个棱镜的光程长一致的光学器件的制造装置及制造方法。依据本发明所提供的具有多个棱镜的光学器件的制造装置，包含：出射具有预定图案的光的光源；将出射的光提取为预定波长范围的光的波长选择用滤光器；对通过所述波长选择用滤光器提取的光进行聚光的聚光透镜；显示从所述棱镜反射的光的图案的显示部；支座，以用于调节所述棱镜的位置，使显示于所述显示部的所述图案的清晰度在预定的范围之内。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学器件的制造装置及制造方法，尤其涉及使用多个棱镜的光学器件的制造装置及制造方法。
背景技术
拍摄并再现图像的光学装置中所使用的电荷耦合器件(CCD：chargecoupled device)从1-CCD发展到3-CCD。针对所输入的图像只能表示明暗及形态的以往的1-CCD，为了再现色彩在CCD上使用了滤色片。虽然通过使用滤色片可以再现色彩，但由于一个象素只能包含对应于一个RGB中某一个颜色的信息，因而要明确表示图像会有局限性。
最近，为了解决上述问题再现接近实物的图像而使用棱镜模块，该棱镜模块包含三个用于进行RGB颜色分解的、进行特别涂层(coating)的棱镜和三个CCD。此时，所输入的图像先被分解为RGB三个图像，然后再合成为一个图像，因此一个象素中可以输入三个颜色信息。如此，通过使用3-CCD而可以再现清晰并具体的图像。
为了使图像分解为三个之后再被正确地合成为一个图像，必须使通过三个棱镜的光路径长度(以下简称“光程长”)相等。若要使光程长一致，则需要使三个棱镜排列整齐并向这些棱镜贴附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投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工作和用于正确地合成为一个图像的CCD排列工作需要较多的精力和时间。并且，由于外部装置所引起的信号失真难以正确地排列棱镜。
并且，现有的用于排列棱镜的有关波形分析的算法比较复杂，因此要使光程长一致需要付出较多的努力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于使多个棱镜的光程长一致的光学器件的制造装置及其制造方法。
为了实现上述目的依据本发明所提供的具有多个棱镜的光学器件的制造装置，其特征在于包含：出射具有预定图案的光的光源；将出射的光提取为预定波长范围的光的波长选择用滤光器；对通过所述波长选择用滤光器提取的光进行聚光并照射到所述棱镜的聚光透镜；显示从所述棱镜反射的光的图案的显示部；支座，以用于调节所述棱镜的位置，使显示于所述显示部的所述图案的清晰度在预定的范围之内。
并且，最好还包含设在所述光源及所述波长选择用滤光器之间的平行光管，以用于使从光源出射的光形成平行光，防止扩散到四周。
并且，最好还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，以免在多个棱镜的各出射面上形成显示部。
并且，所述光引导部为分光器，所述光引导部可以设在所述波长选择用滤光器及所述聚光透镜之间。
并且，所述波长选择用滤光器可以提取420～490nm范围、520～600nm范围及600～690nm范围的光，各波长范围最好对应于蓝色、绿色及红色光的最高透过率。
并且，所述支座可以包含用于支持所述棱镜的夹持器和用于驱动所述夹持器的驱动部。
并且，所述聚光透镜至所述棱镜出射面之间的距离最好与所述聚光透镜的焦距相等，当不采用焦距时，使预定的基准距离相等而调节光程长。
为了实现上述目的依据本发明所提供的具有绿色棱镜、蓝色棱镜、红色棱镜这三个棱镜的光学器件的制造方法，包含步骤：(a)向所述绿色棱镜、蓝色棱镜、红色棱镜的出射面设置反射镜；(b)从具有预定图案的原始光提取绿色波长范围的光，并照射到所述绿色棱镜上；(c)显示从设置在所述绿色棱镜上的所述反射镜反射的光的图案；(d)调节所述绿色棱镜的位置，使显示在显示部的所述图案的清晰度在预定的范围之内；(e)当所显示的所述图案的清晰度在预定的范围内时，固定所述绿色棱镜；(f)使所述绿色棱镜与所述蓝色棱镜、所述蓝色棱镜与所述红色棱镜相互接触并进行临时固定；(g)从具有预定图案的原始光提取红色波长范围的光，并照射到所述绿色棱镜、蓝色棱镜和红色棱镜上；(h)调节所述红色棱镜的位置，当反射光的清 晰度在预定的范围内时，固定所述红色棱镜；(i)从具有预定图案的原始光提取蓝色波长范围的光，并照射到所述绿色棱镜、蓝色棱镜和红色棱镜上；(j)调节所述蓝色棱镜的位置，当反射光的清晰度在预定的范围内时，固定所述蓝色棱镜。
并且，优选地，所述绿色波长范围为520～600nm范围，所述红色波长范围为600～690nm范围，所述蓝色波长范围为420～490nm范围。
并且，在所述(f)步骤中进行临时固定时利用紫外线固化树脂来固定，在所述(h)、(j)步骤中固定所述红色棱镜及蓝色棱镜时可以向所述紫外线固化树脂照射紫外线而固定。也可以采用非紫外线固化树脂的热固化树脂，此时固定棱镜时可以通过加热而进行固定。
并且，可以进一步包含在所述绿色棱镜、蓝色棱镜和红色棱镜上形成CCD的步骤。
第二个固定的所述红色棱镜可以在与所述原始光的传播方向相垂直的方向设置所述反射镜。此时，最好将只在原始光的传播方向具有自由度的红色棱镜先于蓝色棱镜进行固定，从而可以易于固定蓝色棱镜。
因此，依据本发明所提供的光学器件的制造装置及制造方法易于使多个棱镜的光程长一致。
附图说明
图1为依据本发明一实施例所提供的光学器件制造装置的控制框图；
图2为用于说明依据本发明一实施例所提供的棱镜光程长的棱镜单元示意图；
图3A及图3B为说明本发明一实施例中对应于棱镜移动动作的光的清晰度变化的示意图；
图4为用于说明依据本发明一实施例所提供的光学器件的制造方法的控制流程图；
主要符号说明：1为光学器件的制造装置，10为光源，20为平行光管，30为波长选择用滤光器，40为光引导部，50为聚光透镜，60为支座，61、65为夹持器，63、67为驱动部，70为显示部，80为光量调节部，100为棱镜单元，110、120、130为棱镜，111、121、131为反射镜。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
下面参照图1至图3说明本发明一实施例所提供的光学器件的制造装置。
图1为依据本发明的实施例所提供的光学器件制造装置的示意图，图2为用于说明棱镜光程长的棱镜单元的示意图，图3A及图3B为说明对应于棱镜移动动作的光的清晰度变化的示意图。
光学器件的制造装置1包含光源10、平行光管20、波长选择用滤光器30、光引导部40、聚光透镜50、用于调节棱镜位置的支座60、显示所反射的光的显示部70以及光量调节部80。如图2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110、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。
光源10出射作为原始光的白色光。利用卤钨灯等作为光源10使用。原始光最好包含预定的图案，一般包含圆或格子形状的图案。
平行光管20使原始光呈平行状，以防止原始光向四周分散。
波长选择用滤光器30在由光源10出射的光中只提取具有特定波长范围的光。波长选择用滤光器30使用提取红色光的滤光器、提取绿色光的滤光器以及提取蓝色光的滤光器，还可以使用将所述三种滤光器排列在同一个圆周上的一个滤光器单元。
在本实施例中，按照不同的波长范围对具有预定图案的原始光进行分离，并观察各图案的清晰度(Sharpness)使光程长一致。当通过第一个滤光器的光被棱镜反射而显示在显示部70时，在可以清晰地显示光的位置排列第一个棱镜，并以此为基准排列其它棱镜。因此，当利用依据本发明所提供的光学器件的制造装置时，只需准备用于提取各个不同的波长范围的光的滤光器，就可以轻易地使光程长一致。
蓝色光使用提取420～490nm范围的光的波长选择用滤光器30，绿色光使用提取520～600nm范围的光的波长选择用滤光器30，红色光使用提取600～690nm范围的光的波长选择用滤光器30。
光引导部40设置在波长选择用滤光器30与聚光透镜50之间，并将从棱镜单元100反射的光引导到显示部70。本实施例中的光引导部40是分光器。通过波长选择用滤光器30的光由分光器透过聚光透镜50，并且从棱镜单元 100反射的光由形成在分光器的涂层而改变路径，并最终被引导到显示部70。为了显示入射到棱镜单元100的红色光、绿色光以及蓝色光而在各棱镜的出射面设置显示部70会增加费用，因此仅在反射光的反射路径的途中设置一个显示部70，并利用光引导部40根据显示部70的位置改变所反射的光的路径。
光引导部40用于改变光路径，而且并不限定于分光器，还可以使用棱镜或反射镜等，并且根据显示部70的位置移动光引导部40的位置。
聚光透镜50用于对通过光引导部40的光进行汇聚并传递到棱镜单元100。聚光透镜50最好采用对分散到四周的光进行汇聚的凸透镜。
聚光透镜50具有固有焦距，棱镜单元100最好位于聚光透镜50的焦点处。即，从聚光透镜50至棱镜110、120、130出射面之间的距离最好与聚光透镜50的焦距f实质上相等。据此，可以容易地排列棱镜单元100，并由于将棱镜单元100排列在聚光透镜50的焦距f位置，因此可以提高聚光效率。
根据另一实施例，除了聚光透镜50的焦距之外，还可以基于平行光管20到棱镜110、120、130的出射面之间的距离而使光程长一致。使光程长一致的基准距离可以由用户设定为多种形式，但在不改变光路径的条件下距离越短越有利于使光程长一致，并可以减少误差。
支座60用于调节棱镜110、120、130的位置。如图2所示，支座60包含用于支持棱镜120的第一夹持器(gripper)61、用于支持棱镜130的第二夹持器65、用于驱动第一夹持器61的第一驱动部63以及用于驱动第二夹持器65的第二驱动部67。依据本实施例所提供的光学器件的制造装置1，以棱镜110为基准来调节其它棱镜120、130的位置。支座60可以进一步包含用于固定作为基准的棱镜110的夹持器及驱动部。
各夹持器61、65用于支持棱镜120、130，并起到连接驱动部63、67的作用以驱动棱镜120、130。通常，夹持器61、65最好采用作为辅助器具的夹具(jig)，以简单、正确地调节器具的加工位置。
驱动部63、67利用涂敷于棱镜120、130接触面的紫外线固化树脂的粘性所引起的流动性，使棱镜120、130按箭头方向移动。驱动部63、67包含电机，并通过未图示的控制部的控制而精确地进行移动。
如上所述，各棱镜110、120、130的出射面具有用于对入射光进行反射的反射镜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的六面体的体积。各棱镜110、120、130处于临时固 定的状态，并在各接触面上涂敷透明的紫外线固化树脂。紫外线固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固化。
显示部70用于拍摄并显示从棱镜单元100反射的光。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 coupled device)。用户可以通过观察显示在显示部70中的像的清晰度来排列棱镜。
图3A为表示根据棱镜110、120、130的移动而显示于显示部70的像的清晰度之间的关系的曲线图，图3B为显示在显示部70的像的示意图。如图3A所示，用户按照5μm的间隔移动棱镜110、120、130的同时观察清晰度。在清晰度最大的第二区域II显示部70中显示的像非常清晰，如图3B所示。另外，在第二区域II的前后区域，即第一区域I及第三区域III中图像变得模糊。
虽然附图中没有示出，但还包含将显示在显示部70的图像进行分解并可以在预定的分解度范围内判断最大清晰度的控制部。由于在约±1μm的误差范围内判断图像的清晰度，本实施例所提供的控制部可以对棱镜110、120、130进行高密度的排列。
光量调节部80用于调节从光引导部40入射到显示部70的光量。如上所述，显示部70可以由CCD(Charge Coupled Device)形成，但CCD所能容纳的光量各有限制。因此，将入射到显示部70的光的振幅，即强度调节为预定范围之内。光量调节部80采用用于使出射的光量减少的光衰减器(opticalattenuator)或用于将光密度过滤(filtering)为所期望的值的光密度滤光片(neutral density filter)。
下面参照图4说明依据本实施例所提供的光学器件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出去。
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。
然后，为了排列棱镜110、120、130，将图1中的构成要素排列到预定位置。
具有预定图案的原始光，即具有圆形或切口(slit)状图案的原始光被波 长选择用滤光器30提取为绿色波长范围520～600nm的光(S20)。被提取的光通过光引导部40并由聚光透镜50聚光之后，入射到棱镜单元100的入射面。
用户在移动棱镜110的同时(S30)，观察显示部70中的像的清晰度。判断显示在显示部70的像的清晰度是否在预定的范围内(S40)，如果判断为超过预定的范围，则再次移动棱镜110。此时，棱镜110按照约5μm的间距移动。
另外，如果判断为光的清晰度在预定范围之内，则固定棱镜110(S50)。控制部在约±1μm的误差范围之内判断清晰度。由于棱镜110已被固定，因此聚光透镜50至棱镜110的出射面之间的距离成为使其它棱镜120、130的光程长一致的基准。
然后，利用紫外线固化树脂使棱镜110与棱镜120、棱镜120与棱镜130相互接触并进行临时固定(S60)。此时，设在棱镜130的反射镜与原始光的传播方向垂直。即，对棱镜130进行临时固定，使棱镜130的光路径与原始光的传播方向平行。由于紫外线固化树脂暴露在紫外线中即被固化，因此用于完全固定棱镜110、120、130。用于粘贴棱镜等光学器件的粘合剂最好采用无颜色的透明的材料，既透明又具有粘性引起的流动性的紫外线固化树脂适合作为粘合剂。涂敷紫外线固化树脂的接触面根据固化树脂的粘性而维持粘贴力，以通过驱动部63、67移动棱镜120、130。
为了提取红色波长范围600～690nm的光，替换波长选择用滤光器30(S70)，并移动棱镜130来进行调节(S80)。如果反射光的清晰度在预定的范围之内，则固定棱镜130(S90、S100)。固定棱镜130的步骤中，向棱镜单元100照射紫外线而固化紫外线固化树脂。
由于形成在棱镜130的反射镜与原始光的传播方向相垂直，因此通过棱镜130进行反射的光的自由度只与入射方向平行。因此，与先固定棱镜120之后再固定棱镜130的方式相比，先固定棱镜130的方式可以限制棱镜130的自由度，因此可以容易地排列棱镜110、120、130。
固定棱镜130之后，替换波长选择用滤光器30，以提取蓝色波长范围420～490nm的光(S110)，并通过移动棱镜120进行调节(S120)。如果反射光的清晰度在预定的范围之内，则固定棱镜120(S130、S140)。
最后，通过在棱镜单元100的各棱镜110、120、130上形成CCD而完成 棱镜模块的制造。形成CCD时判断显示在显示部70中的图像的合成与否而进行调节。
本发明在组装棱镜与CCD相结合的棱镜模块的过程中，不是通过一个步骤组装该模块，而是先利用白光来组装棱镜。由于同时组装精密、较小的光学器件的过程需要耗费较多的精力和费用，因此为了对其进行改进，通过测定从棱镜反射的像的清晰度在预定的误差范围之内使光程长一致。
本发明所述的相应于误差范围及光程长的数值，可以根据光源的种类及所要求的光程长而改变，因而并不限定本发明的权利要求范围。
以上虽然描述了本发明的几种实施方式，但本发明所属技术领域的具有通常知识的技术人员应该知道，在不脱离本发明的原则或思想的情况下，可以对本实施方式进行改变。本发明的保护范围由所附权利要求书和其等同物来决定。
Claims (16)
1.一种具有多个棱镜的光学器件的制造装置，其特征在于包含：
出射具有预定图案的原始光的光源；
将出射的原始光提取为预定波长范围的光的波长选择用滤光器；
对通过所述波长选择用滤光器提取的光进行聚光并照射到所述棱镜的聚光透镜；
显示从所述棱镜反射的光的图案的显示部；
支座，以用于调节所述棱镜的位置，使显示于所述显示部的所述图案的清晰度在预定的范围之内。
2.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于还包含设在所述光源及所述波长选择用滤光器之间的平行光管。
3.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于还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。
4.根据权利要求3所述的光学器件的制造装置，其特征在于所述光引导部为分光器，所述光引导部设在所述波长选择用滤光器及所述聚光透镜之间。
5.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于所述波长选择用滤光器提取420～490nm范围的光。
6.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于所述波长选择用滤光器提取520～600nm范围的光。
7.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于所述波长选择用滤光器提取600～690nm范围的光。
8.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于所述支座包含用于支持所述棱镜的夹持器和用于驱动所述夹持器的驱动部。
9.根据权利要求1所述的光学器件的制造装置，其特征在于所述聚光透镜的焦距与所述聚光透镜至所述棱镜出射面之间的距离相等。
10.一种具有绿色棱镜、蓝色棱镜、红色棱镜这三个棱镜的光学器件的制造方法，其特征在于包含步骤：
(a)向所述绿色棱镜、蓝色棱镜、红色棱镜的出射面设置反射镜；
(b)从具有预定图案的原始光提取绿色波长范围的光，并照射到所述绿色棱镜上；
(c)显示从设置在所述绿色棱镜上的所述反射镜反射的光的图案；
(d)调节所述绿色棱镜的位置，使显示在显示部的所述图案的清晰度在预定的范围之内；
(e)当所显示的所述图案的清晰度在预定的范围内时，固定所述绿色棱镜；
(f)使所述绿色棱镜与所述蓝色棱镜、所述蓝色棱镜与所述红色棱镜相互接触并进行临时固定；
(g)从具有预定图案的原始光提取红色波长范围的光，并照射到所述绿色棱镜、蓝色棱镜和红色棱镜上；
(h)调节所述红色棱镜的位置，当反射光的清晰度在预定的范围内时，固定所述红色棱镜；
(i)从具有预定图案的原始光提取蓝色波长范围的光，并照射到所述绿色棱镜、蓝色棱镜和红色棱镜上；
(j)调节所述蓝色棱镜的位置，当反射光的清晰度在预定的范围内时，固定所述蓝色棱镜。
11.根据权利要求10所述的光学器件的制造方法，其特征在于所述绿色波长范围为520～600nm范围。
12.根据权利要求10所述的光学器件的制造方法，其特征在于所述红色波长范围为600～690nm范围。
13.根据权利要求10所述的光学器件的制造方法，其特征在于所述蓝色波长范围为420～490nm范围。
14.根据权利要求10所述的光学器件的制造方法，其特征在于在所述(f)步骤中利用紫外线固化树脂进行所述临时固定，在所述(h)、(j)步骤中固定所述红色棱镜及蓝色棱镜时向所述紫外线固化树脂照射紫外线进行固定。
15.根据权利要求10所述的光学器件的制造方法，其特征在于还包含在所述绿色棱镜、蓝色棱镜和红色棱镜上形成CCD的步骤。
16.根据权利要求10所述的光学器件的制造方法，其特征在于所述红色棱镜在与所述原始光的传播方向相垂直的方向设置所述反射镜。
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