DE3788969T2

DE3788969T2 - Vorrichtung für elektromagnetische Wellenaufteilung.

Info

Publication number: DE3788969T2
Application number: DE3788969T
Authority: DE
Inventors: Hans D Neumann; Kent D Vincent
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2007-04-01
Also published as: EP0240000B1; JPS62234106A; US4806750A; EP0240000A3; DE3788969D1; JP2552856B2; US4709144A; EP0240000A2

Description

Farbabbildeeinrichtungen umfassen Farb-Videokameras und Farbscanner für kommerzielle Druckvorgänge. Farbabbildeeinrichtungen transformieren Farbbilder in maschinenlesbare Daten. Dies wird erreicht, indem ein Farbbild in viele kleine Teile aufgeteilt wird, die Pixel genannt werden. Die Farbabbildeeinrichtung trennt Licht von jedem Pixel in rotes, blaues oder grünes Licht auf. Zahlen, die jedem Pixel des Farbbildes zugeordnet sind, stellen das rote, blaue und grüne Licht dar. Eine schnelle, hochauflösende, genaue Farbabbildeeinrichtung würde die Brauchbarkeit von Computern vergrößern und zahlreiche Aufgaben automatisieren. Beispielsweise können Computer Farbbilder drucken und anzeigen. Jedoch begrenzt das Fehlen einer schnellen, genauen und hochauflösenden Einrichtung zum Übertragen von Farbbilden in einen Computer die Verwendung diese Fähigkeit.
In dem frühen Stand der Technik trennen diskretische optische Komponenten, so wie Strahlteiler und Farbfilter, die Farbkomponenten eines Bildes auf. Dichroitische Strahlteiler sind aufgrund ihrer kombinierten Funktion sowohl als Strahlteiler als auch als Filter weithin benutzt worden. Typischerweise wird die Farbtrennung erreicht, indem zwei diskrete dichroitische Strahlteiler in den optischen Weg zwischen der Projektionslinse des Abbilders und seinen Photosensoren gestellt wird. Der erste dichroitische Strahlteiler reflektiert ein erstes Spektralband (z. B. grün) auf den ersten Photosensor, während er die verbleibenden Spektralbänder auf den zweiten dichroitischen Strahlteiler überträgt. Der zweite dichroitische Strahlteiler reflektiert ein zweites Band (z. B. rot) auf einen zweiten Photosensor, während er das verbleibende Spektralband (z. B. blau) auf den dritten Photosensor überträgt. Der Nachteil dieses Lösungsansatzes ist es, daß die jeweiligen dichroitischen Strahlteiler und Photosensoren genau ausgerichtet werden müssen; sonst werden die Farbkomponenten nicht die richtige optische Koinzidenz haben. Der kostenträchtige Ausrichteprozeß begrenzt die Verwendung dieses Farbtrenners des Standes der Technik.
Mit dem Aufkommen kostengünstiger Festkörper-Photodiodenanordnung-Photosensoren sind verschiedene Versuche gemacht worden, um kostengünstige Farbtrennungstechniken für Farbscanner und Videokameras zu entwickeln.
Festkörper-Photodiodenanordnungen mit integrierten Farbfiltern sind von Hitachi, Toshiba, Sony und RCA auf den Mark gebracht worden. Diese Vorrichtungen benutzen eine zweidimensionale Anordnung von Photodioden auf einem einzigen Siliziumsubstrat. Die Anordnung wird mit einer Gelatineschicht überzogen, in die Farbstoffe selektiv imprägniert werden, wobei Standard-Maskierungstechniken benutzt werden. Jeder Photodiode wird somit ein eingebauter Farbfilter gegeben, z. B. rot, grün oder blau, entsprechend einem Farbmuster, das sich durch die Anordnung wiederholt. Dieselbe Technologie ist auf eindimensionale Photodiodenanordnungs-Sensoren für Zeilenscanner angewandt worden. Die letzteren Vorrichtungen sind von Toshiba und Fairchild auf den Markt gebracht worden.
Eine Farbabbildeeinrichtung des Standes der Technik, die Photodiodenanordnungen benutzt, ist in Fig. 1 gezeigt. Die einzelne lineare Photodiodenanordnung 23 hat individuelle organische Farbfilter, die über jede Photodiode in einem sich wiederholenden Rot-, Blau- und Grünmuster imprägniert sind. Farbtrennung, das Aufteilen eines Farbbildes in rotes, blaues und grünes Licht, wird erreicht, indem der Lichtstrahl auf die Anordnung fokussiert wird, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Eine rote, grüne und blaue Photodiodengruppierung 25 gibt Information an einen Farbpixel. Diese vorbekannte Technik hat verschiedene Nachteile. Da drei Photodioden Information an einen Pixel geben, wird die Pixelauflösung auf ein Drittel reduziert. Für die genaue Farbabbildung müssen die genaue Luminanz und Farbsättigung eines gegebenen Farbpixels von dem ursprünglichen Bild von drei optisch koinzidenten Photosensorelementen zerlegt werden. Jedoch haben die Photodiodenanordnungen des Standes der Technik keine Farbkoinzidenz. Das rote Licht wird von einer Stelle aus erfaßt, grün von einer anderen und blau von einer dritten Stelle. Zusätzlich gehen zwei Drittel des Lichtes, das auf jede Photodiode fällt, durch Filterabsorption verloren (z. B. absorbiert ein roter Filter grüne und blaue Spektralbanden). Um die Auslösung zu erhöhen, muß die Anordnung 23 verlängert werden, oder die Photodiodenfläche muß verringert werden. Jeder dieser Ansätze, die Auflösung zu vergrößern jedoch wird proportional die Abtastgeschwindigkeit herabsetzen. Auch haben Farbstoffilter eine geringere Farbbandreinheit als dichroitische Filter. Der Ansatz des Standes der Technik entsättigt die Farbempfindlichkeit und ist weiterhin spektral ungenau.
Eine weitere Farbabbildeeinrichtung des Standes der Technik, die Photodiodenanordnung benutzt, hat ein sich drehendes Farbrad, das aus gefärbten Filtersegmenten zusammengesetzt ist. Die Linse fokussiert ein Zeilenbild des Vorlagegegenstandes auf eine lineare Photodiodenanordnung. Das sich drehende Farbrad filtert das projizierte Zeilenbild in eine sich wiederholende Farbsequenz, z. B. Rot, Grün, Blau. Das Signal für jede Farbkomponente eines gegebenen Zeilenbildes wird digital gespeichert, bis alle drei Farbkomponenten erfaßt worden sind. Die Signale werden dann in einem Speicher neu geordnet, um drei Farbwerte jedem Pixel in dem Zeilenbild zuzuordnen.
Die Farbtrennungstechnik mit dem Farbrad hat den Vorteil, daß die volle Auflösung der Photodiodenanordnung ebenso gut ausgenutzt wird, als wenn dichroitische Filter verwendet werden. Jedoch hat sie verschiedene Nachteile. Die Abtastgeschwindigkeit beträgt ein Drittel der Abtastgeschwindigkeit bei integriertem Sensor/Filter, da nur eine der drei Farben zur Zeit erfaßt wird. Auch ergibt sich eine weitere Verringerung der Geschwindigkeit aus Übergängen zwischen Filtersegmenten während der Drehung des Rades. Wenn das Farbrad und die Abtastzeile kontinuierlich gefahren werden, im Gegensatz zu einem synchronen "Abschreiten", wird die effektive Auflösung der Photodiodenanordnung in der Abtastrichtung durch die Bewegung der Abtastzeile durch den Farbzyklus des Farbrades verringert. Ein anderer Nachteil ist die Größe des Farbrades, was die Ausbaubarkeit der Vorrichtung begrenzt. Ausführungsformen des Scanners vom Typ des seitenbreiten "Kontaktes" oder des "überquerenden Kopfes" werden unmöglich oder unhandlich. Weiterhin ist dieses Gerät des Standes der Technik mit einem großen Bewegungsmechanismus und der Steuerung dieses Mechanismus belastet.
Die Sharp Corporation of Japan hat eine dritte Technik der Farbtrennung des Standes der Technik für die Farbdokumentabtastung eingeführt. Der Scanner von Sharp benutzt eine einzelne Photodiodenanordnung mit drei sequentiell aktivierten gefärbten fluoreszierenden Lampen (z. B. rot, grün, blau) als die abbildende Lichtquelle. Die Sequenz der Signale, die von der Photodiodenanordnung erhalten wird, ist direkt analog zu dem Farbrad-Farbentrenner. Das heißt, die Eingabe in die Photodiodenanordnung ist eine sequentielle Eingabe der roten, grünen und blauen Komponente eines gegebenen Vorlage-Zeilenbildes. Ahnlich werden die Photodiodensignale für jede Farbkomponente digital gespeichert und am Ende jedes Farbzyklus im Speicher neu geordnet.
Wie der Farbrad-Farbtrenner bildet der Ansatz mit der dreifach gefärbten Lampe eine Abbildeeinrichtung, die die volle Auflösung der Photodiodenanordnung benutzt. Einige Unzulänglichkeiten jedoch begrenzen die Geschwindigkeit und Farbintegrität des Abbilders. Um eine genaue Farbtrennung zu erhalten, sollte die Lichtausgabe aus jeder Lampe gelöscht werden, bevor die nächste Lampe in der Folge gezündet wird; eine gemischte Lampenausgabe erzeugt eine untersättigte Farberkennung. Die Abtastgeschwindigkeit, als ein Ergebnis, ist durch die Nachwirkzeit der Leuchtstoffe begrenzt, die in jeder fluoreszierenden Lampe benutzt wird, oder durch das Vermögen, auf dynamische Weise das Signal auszusubtrahieren, das von der abfallenden Lichtausgabe einer zuvor gezündeten Lampe erzeugt wird. Die Farbintegrität wird weiter durch die Auswahl der Leuchtstoffe begrenzt, die ausreichend geringe Nachwirkwerte haben, um den kommerziellen Spezifikationen für die Abtastgeschwindigkeit zu genügen. Typischerweise wird ein externes Absorptionsfiltern der Lampen gefordert, um die gewünschte spektrale Kennlinie bei jeder Lampenausgabe zu erhalten. Wie bei dem Farbrad-Farbtrenner, wenn die Abtastzeile kontinuierlich bewegt wird, wie es für die Abtastgeschwindigkeit wünschenswert ist, wird die effektive Auflösung der Photodiodenanordnung in der Abtastrichtung durch die Bewegung der Abtastzeile durch den Farbzyklus der sequentiell aktivierten Lampen verringert. Die Größe und das Volumen des optischen Systems, das die drei Lampen aufweist, der Vorrichtung in Richtung auf Scanneranwendungen vom Typ des "Kontaktes" oder des "durchquerenden Kopfes".
Aus der GB-A- 2 153 546 ist ein optischer (De) Multiplexer bekannt, der einen Körper hat, welcher eine Anzahl paralleler holographischer Filter enthält, die selektiv verschiedene enge Wellenbänder reflektieren, jedoch andere Wellenbänder zu dem nächsten Filter übertragen, um so ein Vielfach-Wellenband-Eingabelichtsignal in jeweilige Ausgangssignale mit engem Wellenband verschiedener Wellenlängen aufzutrennen.
Die EP-A-0 158 967 offenbart einen optischen Multiplexer und Demultiplexer mit einem Strahlteiler, der Licht einer gegebenen Wellenlänge reflektiert und Licht einer unterschiedlichen Wellenlänge durchläßt. Weitere Strahlteiler werden nach dem ersten eingeschaltet, so daß verschiedene Wellenlängen getrennt (oder kombiniert) werden können. Optische Filter trennen die Strahlteiler. Die Filter sind identisch und unter demselben Winkel zu der Hauptachse durch die Strahlteiler geneigt, so daß ihre ebenen Flächen parallel liegen. Halbkugelförmige Linsen empfangen Licht aus den Strahlteilern (oder senden Licht in sie hinein). Der zusammengesetzte Strahl tritt über eine weitere halbkugelförmige Linse ein (oder verläßt sie).
Die JP-A-59-18922 offenbart einen optischen Demultiplexer, der dielektrische vielschichtige Filme aufweist, die sich in der Wellenlänge unterscheiden und Wellenlängen-Reflexionskennlinien haben und miteinander verbunden sind, um eine polarisierende Platte zu bilden. Diese polarisierende Platte hat eine Oberfläche, die unter einem spezifischen Winkel zu dem einfallenden Licht geneigt ist.
Die JP-A-57-20079 offenbart eine Feststoff-Farbbildaufnahmeeinrichtung mit dem Ziel, eine genaue Farbtrennung zu erreichen und eine Ausbildung geringer Größe zu erhalten, indem reflektiertes Licht von einem dichromen Spiegel zu einem ersten Photodetektorteil bzw. sein durchgelassenes Licht zu einem zweiten Photodetektorteil zu leiten.
Das Problem, das der Erfindung zugrunde liegt, ist es, die Nachteile der oben genannten bekannten optischen Geräte zu heilen und einen optische Einrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Auflösung der erfaßten Vielzahl der getrennten Strahlen bei einer hohen Abtastgeschwindigkeit und großen Genauigkeit bietet.
Dieses Problem wird durch Anspruch 1 gelöst.
Die optische Einrichtung der vorliegenden Erfindung ist kompakt, nicht teuer und einfach herzustellen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Farbkoinzidenz innerhalb eines Pixels. Das heißt, jeder Teil eines Pixels erzeugt alle drei Farbkomponenten. Die Erfindung bringt genaue spektrale und räumliche Trennung. Die genaue spektrale Trennung wird teilweise durch die dichroitischen Filter und teilweise durch eine Lampe, die spektral maßgearbeitet ist, um die Anforderungen des Farbabbildungssystems zu erfüllen, erreicht. Die genaue räumliche Trennung wird durch die Genauigkeit der Plattendicken erreicht. Diese Erfindung bringt auch hohe Auflösung und hohe Abtastgeschwindigkeit. Jeder Pixel erzeugt alle spektralen Komponenten, und der Photosensor erfaßt die spektralen Komponenten parallel.
Die vorliegende Erfindung ist außerordentlich leistungsfähig im Vergleich zu herkömmlichen Filtertechniken. Im wesentlichen das gesamte einfallende Licht, das durch den Strahlteiler bei dieser Ausgestaltung läuft, wird von dem Photosensor/den Photosensoren gesammelt. Ein herkömmlicher Filter absorbiert typischerweise zwei Spektralbanden und läßt eine durch. Da im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht bei dem trichromatischen Strahlteiler verwendet wird, ist eine maximale Abtastgeschwindigkeit für ein gegebenes optisches System erreichbar.
Die vorliegende Erfindung erfordert keine kostenträchtige optische Ausrichtung. Die dichroitischen Überzüge werden genau durch Glasplatten in dem Herstellungsprozeß voneinander getrennt. Diese Trennung entspricht der Trennung der Photodiodenanordnungen des Photosensors. Die vorliegende Erfindung kann viele verschiedene Ausführungsformen haben. Der Gegenstand, dessen Bild erzeugt werden soll, kann nahe bei oder in einer Entfernung liegen. Der trichromatische Strahlteiler-kann eine Länge haben, die gleich einer Seitenbreite ist, oder er kann sehr kurz sein. Anstelle des Trennen eines Farbbildes in drei Farben kann er es in viele Farben auftrennen. Somit stellt die vorliegende Erfindung einen genauen, kostengünstigen und flexiblen Farbtrenner dar.
Fig. 1 ist ein Farbsensor des Standes der Technik.
Fig. 2A und 2B zeigen dichroitische Strahlteilerplatten.
Fig. 3 zeigt einen trichromatischen Strahlteiler, aufgebaut aus den dichroitischen Strahlteilerplatten, die in den Fig. 2A und 2B gezeigt sind.
Fig. 4A und 4B zeigen die integrierte Schaltung des Photosensors bzw. die Photosensoranordnungen, die verwendet werden, um Lichtstrahlen von dem trichromatischen Strahlteiler, der in der Fig. 3 gezeigt ist, zu erfassen.
Fig. 5A zeigt den trichromatischen Photosensor, der in der Fig. 4A gezeigt ist, so positioniert, daß er Lichtstrahlen von dem trichromatischen Strahlteiler erfaßt, der in der Fig. 3 gezeigt ist.
Fig. 5B zeigt eine Aufbaueinrichtung für den trichromatischen Strahlteiler.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform des trichromatischen Strahlteilers, der in der Fig. 5A gezeigt ist, mit einem daran befestigten Prisma.
Fig. 7A zeigt den dualen trichromatischen Strahlteiler mit einem daran angebrachten Prisma.
Fig. 7B zeigt eine Ansicht einer Anordnung des dualen trichromatischen Strahlteilers mit einem Prisma.
Fig. 8A zeigt ein optisches System, das den dualen trichromatischen Strahlteiler mit einem Prisma benutzt.
Fig. 8B zeigt eine maßstabsgetreue Ansicht des dualen trichromatischen Strahlteilers mit einem Prisma.
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 10 ist ein Testgerät für die Filter.
Fig. 11 zeigt die spektrale Transmission der Filter in den Fig. 2A und 2B.
Fig. 11 zeigt die spektrale Transmission der Filter in den Fig. 2A und 2B.
Fig. 12 ist die Ausgabe der Lampe, angepaßt an die spektrale Transmission, die in der Fig. 11 gezeigt ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die präzise spektrale und räumliche Trennung eines projizierten Zeilenbildes durch zusammengesetzte dichroitische Strahlteiler erreicht, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist. Jeder Strahlteiler 2, 3 besteht aus einer genau geschliffenen und polierten Glasplatte, die auf einer oder beiden Flächen mit einem ausgewählen vielschichtigen, dielektrischen, optischen Interferenzfilter- Überzug 50, 52, 54 (hiernach als dichroitischer Überzug bezeichnet) überzogen ist. An jedem dichroitischen Überzug 50, 52, 54 wird entsprechend der Wellenlänge einfallendes Licht entweder reflektiert oder durchgelassen, mit vernachlässigbarem Absorptionsverlust. Die Zusammensetzung der dichroitischen Überzüge 50, 52, 54 kann für die genaue Bandpaß-Filterung ausgebildet werden.
Dichroitische Überzüge sind in der optischen Technik wohlbekannt. Die Überzüge bestehen typischerweise aus zwanzig oder mehr optischen Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex, die zu einer Gesamtdicke von typischerweise etwa 3 Mikron auf einer Glasoberfläche vakuumabgelagert werden. Die Materialzusammensetzung und das Verfahren der Ablagerung kann für eine sehr genaue spektrale Bandpaß-Filterung ausgelegt werden. Eine Vielfalt dichroitischer Filter, bestehend aus einer einzelnen Glasplatten-Frontfläche, die mit einem dichroitischen Überzug überzogen ist, sind kommerziell aus einer Vielfalt von Quellen verfügbar (z. B. Optical Coating Laboratory, Inc., in Santa Rosa, Kalifornien).
Dichroitische Strahlteilerplatten, die für die Erfindung geeignet sind, sind in den Fig. 2A und 2B gezeigt. Die Strahlteilerplatte 2, die in Fig. 2A gezeigt ist, ist so gestaltet, daß einfallendes Licht, das auf ihren dichroitischen Überzug 50 unter 45º auftrifft, blaues Licht (Spektralband ungefähr 400-500 nm) reflektiert, während rotes Licht und grünes Licht durchgelassen wird.
Der Strahlteiler 3, der in der Fig. 2B gezeigt ist, ist auf beiden Flächen mit dichroitischen Überzügen 52 und 54 überzogen, so daß einfallendes Licht, das auf einen ersten dichroitischen Überzug 52 mit nominal 45º auftrifft, das rote Spektralband (z. B. 600-700 nm) reflektiert, während die blauen und grünen Bänder durchgelassen werden. Das grüne Licht, das auf einen zweiten dichroitischen Überzug 54 auftrifft und eine optische Achse hat, die nominal 45º gegen den dichroitischen Überzug gerichtet ist, wird reflektiert. Das reflektierte grüne Licht wird dann zurück durch die Glasplatte 62 laufen gelassen und unter einem Winkel von 45º durch den ersten dichroitischen Überzug 52. Wie in der Fig. 2B gezeigt, werden die roten und grünen Komponenten des einfallenden Lichtes bei 90º reflektiert. Die reflektierten roten und grünen Komponenten sind parallel und voneinander um einen Abstand getrennt, der durch die Dicke der Glasplatte 62 und der dichroitischen Überzüge 52, 54 und ihre Brechungsindizes bestimmt ist.
Eine trichromatische Trennung eines einfallendes Lichtstrahles kann durch eine Zusammensetzung der Strahlteilerplatten 2 und 3 erreicht werden, wie es in der Fig. 3 gezeigt ist. Jede der drei spektral maßgefertigten dichroitischen Überzüge 50, 52, 54 werden durch eine Glasplattendicke 60, 62 voneinander getrennt. Einfallendes Licht, das auf den ersten dichroitigetrennt. Einfallendes Licht, das auf den ersten dichroitischen Überzug auftrifft und eine optische Achse hat, die unter 45º zum dichroitischen Überzug gerichtet ist, wird gefiltert, so daß das blaue Spektralband reflektiert wird. Die unreflektierten Bänder (rot und grün) werden auf einen zweiten dichroitischen Überzug 52 übertragen, der zwischen den Glasplatten 60 und 62 liegt. Der Überzug 52 reflektiert das rote Spektralband. Das verbleibende Band, das grüne Spektralband, wird von dem dritten dichroitischen Überzug 54 reflektiert. Die roten und gründen spektralen Komponenten treten aus dem Verbund-Strahlteiler 56 durch die Glasplatten 60, 62 und die dichroitischen Überzüge 50, 52 im wesentlichen ungestört aus. Derartig getrennt werden die roten, grünen und blauen Komponenten des einfallenden Lichtstrahles unter 90º zu dem einfallenden Hauptstrahl reflektiert, mit einer parallelen räumlichen Trennung, die einzig bestimmt ist durch die Dicke der Glasplatten 60, 62 und der dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 und ihre Brechungsindizes. Die Reihenfolge, in der die reflektierten Farbbänder dargestellt worden sind, ist lediglich beispielhaft gegeben. Es ist weiterhin offensichtlich, daß ein Spiegelüberzug für den dritten dichroitischen Überzug 54 eingesetzt werden könnte, da nur die dritte verbleibende Farbkomponente die Überzugsfläche erreicht.
Ein geeigneter Photosensor für diese Erfindung ist in der Fig. 4A gezeigt. Der Photosensor 11 ist bevorzugt eine Einzelchip-Einzelpackungs-Festkörpervorrichtung mit drei linearen Photosensoranordnungen 12, 13 und 14, die genau ausgerichtet und beabstandet sind, damit sie mit den fokussierten Zeilenbildern 8, 9 bzw. 10 übereinstimmen, die in den Fig. 3 und 5A gezeigt sind. Solche Vorrichtungen können hergestellt werden, indem bekannte Technologien verwendet werden. Beispielsweise sind zahlreiche Photosensoranordnungs- Vorrichtungen nun kommerziell verfügbar. Am bedeutsamsten sind Photodiodenanordnungen mit ladungsgekoppelten Schieberegistern (CCD-Photosensoren). Solche Einzelzeilen-CCD- Photodiodenanordnungs-Vorrichtungen sind kommerziell von Fairchild Semiconductor, Palo Alto, Kalifornien, Toshiba, Japan und anderen Unternehmen verfügbar. Die Photosensoranordnungs-Vorrichtungen haben technische Auflösungen, die im Bereich von 128 bis zu über 5000 Photoelementen pro Zeile liegen. Der Abstand zwischen den Photoelementen liegt typischerweise in dem Bereich von 10 bis 62 Mikron. Somit benutzt der Aufbau und die Herstellung einer Photodiodenanordnung, die in der Fig. 4B gezeigt ist, bekannte Technologien, um die drei parallelen Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 zu erzeugen. Ein Abstand "D" trennt die Photosensoranordnungen 12, 13 und 14. Wie in Fig. 5A gezeigt, steht der Abstand "D" in bezug zu der Entfernung der dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 und dem Winkel e des Photosensors 11. Der Abstand zwischen den Photosensoren 12 und 13 muß nicht gleich dem Abstand zwischen den Photosensoren 13 und 14 sein. Die drei Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 haben gemeinsame Takteingänge für die Synchronisation. Wie es in der Technik wohlbekannt ist, sind photolithographische Prozesse für integrierte Schaltungen in der Lage, die drei linearen Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 auf Submikron- Genauigkeit auszurichten und zu beabstanden. Die kombinierte räumliche Präzision des beschriebenen trichromatischen Strahlteilers 56 und der drei Photosensoranordnungs-Detektoren 12, 13 und 14 erlaubt die genaue Koinzidenz der erfaßten Bilder mit dem einzelnen Zeilenbild der Vorlage.
Die bevorzugte Anordnung des trichromatischen Strahlteilers 56 und des Photosensors 11 ist in einer Endansicht in der Fig. 5A gezeigt. Aufgrund von Änderungen in der Weglänge durch das Glas zwischen den drei getrennten Farbkomponenten sind der Strahlteiler 56 und der Photosensor 11 so angebracht, daß sie einen einschließenden Winkel von weniger als 90º haben, typischerweise 80º für den nominalen Glasbrechungsindex. Der Winkel ist unabhängig von der Brennweite zwischen Linse und Photosensor. An dem einschließenden Winkel werden die drei getrennten Farbkomponenten genau auf ihre jeweiligen linearen Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 genau fokussiert. Die räumliche Trennung der Anordnungen 12, 13 und 14 wird direkt durch die Dicke der Glasplatten 60, 62, der dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 und ihre Brechungsindizes bestimmt. (Standard-Linsenformeln werden benutzt, um den Winkel und Entfernungen zu berechnen.) Der trichromatische Strahlteiler 56 und der Photosensor 11 sind bevorzugt in einem Gehäuse aufgebaut, das die gewünschten Winkel und Entfernungen beibehält, und das die Teile in einem einzigen Paket vereinigt.
Wie es in der Optik wohlbekannt ist, ist ein fokussierter Lichtstrahl, der durch eine Glasplatte mit einem Einfallswinkel abweichend von 90º geleitet wird, der schrägliegenden sphärischen Aberation ausgesetzt. Dies verursacht Astigmatismus. Zunehmende Glasdicke und ein zunehmender Einfallswinkel verschlimmern den Astigmatismus. Die rote, blaue und grüne spektrale Komponente erfährt unterschiedliche Ausmaße der Verschlechterung aufgrund ihrer unterschiedlichen Weglängen durch das Glas und dem großen Einfallswinkel (45º). Dies gefährdet die Fokussierung und die Auflösung der Farbtrennungstechnik in dem Ausmaß, daß die chromatischen Brennpunkte durch den trichromatischen Strahlteiler hinter der Fokustiefe auftreten, die von der Abbildungslinse gegeben wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Dicke der Glasplatten 60, 62 und der dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 und die räumliche Trennung der drei Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 in dem Photosensor kollektiv minimiert, um die sonstigen optischen Mängel vernachlässigbar zu machen und die Kosten zu minimieren. Da dünne Glasplatten (in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 Millimeter) schwierig zu schleifen und zu überziehen sind, ohne wesentliche Verwerfung, wird ein bevorzugtes Verfahren der Herstellung des Strahlteilers ein dickes Glassubstrat 70 umfassen, das in der Fig. 5B gezeigt ist, aus dem der trichromatische Strahlteiler 56 aufgebaut wird. Bei diesem bevorzugten Verfahren wird das dicke Glassubstrat 70 eben geschliffen, poliert und mit dem dichroitischen Überzug 54 überzogen. Auf diesen Überzug 54 wird die Glasplatte 62 geklebt, wobei ein optischer Zement verwendet wird. Die freiliegende Fläche der Glasplatte 62 wird dann eben geschliffen und poliert, um die gewünschte Dicke von Überzug, Zement und Glas zu liefern, wie es durch den Verbund gemessen wird. Auf eine ähnliche Weise wird die Glasplatte 62 mit dem dichroitischen Überzug 52 überzogen, dann mit der Glasplatte 60 verbunden, wobei dann die Fläche der Platte 60 auf die gewünschte Dicke geschliffen und poliert wird. Schließlich wird der dichroitische Überzug 50 auf der freiliegenden Fläche der Platte 60 abgelagert. Wenn man dieses Herstellungsverfahren verwendet, kann der trichromatische Strahlteiler 56 aus relativ großen Glasflächen hergestellt werden, aus denen viele Strahlteiler zu minimalen Teilekosten geschnitten werden können. Einen andere Ausführungsform benutzt ein einzelnes Paar von Strahlteilerplatten und ein einzelnes Prisma. Wie es in der Fig. 6 gezeigt ist, ist der einfallende Lichtstrahl so gerichtet, daß er auf eine erste Basisseite 30 eines rechtwinkligen Prismas 1 unter einem normalen Winkel einfällt und darin zu der Hypotenusenfläche 32 des Prismas 1 läuft, auf die der Lichtstrahl mit 45º auftritt. Der zusammengesetzte Strahlteiler 56 der Fig. 3, der aus den Strahlteilern 2 und 3 besteht, ist darin angebracht. Eine trichromatische Trennung der roten, grünen und blauen spektralen Komponente des einfallenden Lichtstrahles tritt wie zuvor beschrieben auf. Die drei reflektierten Komponentenstrahlen treten wieder in das Prisma 1 ein und werden in Richtung auf die zweite Basisseite 34 des Prismas gerichtet. Die Komponentenstrahlen treten unter 90º zu seiner Basisseite 34 aus dem Prisma aus und mit einer räumlichen Trennung auf der optischen Achse von (Quadratwurzel von 2) x, wobei x die Dicke des Glases, des optischen Zementes und des dichroitischen Überzuges zwischen zwei benachbarten dichroitischen Überzügen ist. Ungeachtet der Linse, die benutzt wird, um durch den Strahlteiler 56 zu fokussieren, werden die drei Komponenten-Lichtstrahlen in einer Ebene zusammenlaufen, die unter einem Winkel R = arctan 2 (n - 1/n) zur zweiten Basisseite 34 des Prismas 1 gerichtet sind, wobei n der Brechungsindex des Glasprismas 1 und der Strahlteilerplatten ist (für n = 1,517, R = 34,28º). Die drei Linearanordnungs-Photosensoren 12, 13 und 14, wie zuvor beschrieben, sind in der Ebene unter dem Winkel R an dem Brennpunkt der drei Komponentenstrahlen ausgerichtet. Der trichromatische Strahlteiler 56 mit dem Prisma 1 erlaubt einen Einfallswinkel von 90º auf das Glas und das chromatische Fokussieren auf jede Sensoranordnung 12, 13 und 14.
Um den Photosensor 11 so auszurichten, daß er senkrecht zu den optischen Achsen der farbgetrennten Strahlen steht, wird der duale trichromatische Strahlteiler mit dem Prisma 59, wie er in der Fig. 7A gezeigt ist, eingerichtet. In dieser Ausführungsform werden die Weglängen durch das Glas der farbgetrennten Strahlen durch die reziproke Anordnung der trichromatischen Strahlteiler 56 und 58 gleichgemacht.
Wie in Fig. 7A gezeigt, wird der einfallende Lichtstrahl ausgerichtet, so daß er auf die Hypotenusenfläche 32 des rechtwinkligen Prismas 1 unter einem normalen Winkel auftrifft und darin zu einer ersten Basisseite des Prismas 1 läuft, auf die der Lichtstrahl mit 45 auftrifft. Der zusammengesetzte Strahlteiler 56 der Fig. 3 ist daran angebracht. Eine trichromatische Trennung der roten, grünen und blauen spektralen Komponente des einfallenden Lichtstrahles tritt auf, wie zuvor beschrieben. Die drei reflektierten Komponentenstrahlen treten wieder in das Prisma 1 ein und werden in Richtung auf die zweite Basisseite 34 des Prismas 1 gerichtet, wobei jeder getrennte Strahl unter 45º einfallend auf die zweite Basisseite 34 trifft. Ein zweiter zusammengesetzter Strahlteiler 58 ist an der zweiten Basisseite 34 des Prismas 1 angebracht. Die Platten 60, 62 und die dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 in den Strahlteilern 56 und 58 sind identisch. Jedoch sind die Orientierungen der zusammengesetzten Strahlteiler 56 und 58 und ihrer vielschichtigen, dielektrischen Überzüge 50, 52 und 54 auf jeder Basisseite 30, 34 des Prismas 1 umgekehrt, so daß die Weglängen jedes Komponenten-Farbstrahles, der in den trichromatischen Prismenstrahlteiler 59 eintritt oder aus ihm austritt, identisch sind. Das heißt, ein Komponenten-Farbstrahl, so wie blau, reflektiert den dichroitischen Überzug 50 auf der Platte 60 aus, die auf der Basisseite 30 gelegen ist. Als nächstes reflektiert die blaue Komponente den dichroitischen Überzug 50 auf der Platte 60 aus, der benachbart der Basisseite 34 liegt. Auf eine ähnliche Weise läuft ein Farbstrahl der roten Komponente vom Mittelfilter 52 zum Mittelfilter 52, und die grüne Komponente wird von einem rückseitigen Filter 54 zu einem vorderseitigen Filter 54 reflektiert, wie es in Fig. 7A gezeigt ist. Reflektierte Strahlen von dem trichromatischen Strahlteiler 58 benachbart der Basisseite 34 werden aus dem Prisma 1 hinausgerichtet. Die Strahlen sind senkrecht zu der Hypotenusenseite 32 und parallel zu dem einfallenden Lichtstrahl. Die Dicke der Strahlteiler-Glasplatten 60, 62 und ihrer dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 bestimmen die Trennung der reflektierten Strahlen. Somit sorgt der duale trichromatische Strahlteiler 59 für eine gleiche Weglänge durch das Glas für alle Farbkomponenten. Auch tritt das Licht in das Prisma unter einem normalen Einfallswinkel ein und verläßt es unter diesem.
Es ist offensichtlich, daß eine andere Ausführungsform des trichromatischen Strahlteilers 59 das Prisma 1 weglassen würde. Ohne das Prisma 1 trifft das einfallende Licht auf den Strahlteiler 56 und 58 unter 45º auf, was einen astigmatischen Brennpunkt in der Brennebene des Photosensors 11 erzeugt. Das Ausmaß des Effektes aufgrund des Astigmatismus hängt funktional von der Fokustiefe der Projektionslinse in dem zugehörigen optischen System und der räumlichen Trennung der verschiedenen dichroitischen Überzüge, die den trichromatischen Strahlteiler aufbauen, ab. Der Hauptvorteil der alternativen Ausführungsform ist das Entfernen von Glas aus dem optischen Weg, das eine Linse sonst korrigieren müßte.
Lediglich beispielhaft ist in den Fig. 8A und 8B ein optisches System gezeigt, das den trichromatischen Strahlteiler 59 der Fig. 1 benutzt. Ein ähnliches optisches System kann mit den Strahlteilern 56, 58 und dem prismenlosen Strahlteiler 59 in den Fig. 5A, 6 bzw. 7A benutzt werden, oder mit einem Strahlteiler, das einen einfallenden Lichtstrahl in mehr als drei spektrale Bänder trennt, durch die Zusammensetzung von mehreren Strahlteilerplatten. Ein Zeilenbild 7 eines Vorlageobjektes wird durch eine Öffnung 37 projiziert, wie es in der Fig. 8A gezeigt ist, mittels einer Linse 6, durch die Hypotenusenfläche des Prismas 1, so daß die optische Achse des einfallenden Strahles normal zu der Fläche ist. Die Öffnung 75 ist so aufgebaut, daß sie Bilder von weit weg benachbarten Objektzeilen um die Hauptobjektzeile 7 ausblendet, was es sonst möglich machen würde, daß mehrere getrennte Bilder auf den Photosensoren auftreffen. Der einfallende Strahl wird in seine drei Farbkomponenten aufgeteilt, wie es zuvor beschrieben ist. Die blaue, rote und grüne Komponente treten aus dem Prisma 1 als Zeilenbilder 8, 9 bzw. 10 auf. Da die individuellen Weglängen der Farbkomponentenstrahlen durch den Strahlteiler 58 identisch sind, liegen die Zeilenbilder 8, 9 und 10 in einer einzigen Ebene, die senkrecht zu der Hypotenusenfläche des Prismas 1 liegt. Die räumliche Trennung der drei Zeilenbilder 8, 9 und 10 wird durch den Glasplattenabstand der sechs dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 auf den Strahlteilerplatten 60, 62 bestimmt. Indem sorgsam die Toleranzen der einzelnen Dicken der Strahlteilerplatten 60, 62 festgelegt werden, kann die räumliche Trennung der fokussierten Zeilenbilder 8, 9 und 10 sehr genau bestimmt und festgelegt werden. Dieses Merkmal ist insbesondere für die trichromatische Photodetektion bei dem monolithischen Festkörper-Photosensor 11 geeignet, der in den Fig. 8A und 4A gezeigt ist. Jedes Zeilenbild 8, 9 und 10 wird elektronisch durch einen der drei parallelen beabstandeten Photosensoren 12, 13 und 14 erfaßt.
Ein Ansicht der Anordnung des beschriebenen trichromatischen Strahlteilers 59 ist in der Fig. 7B beschrieben. Die vier Strahlteilerplatten 2, 3, 4 und 5 sind um das Prisma 1 ausgerichtet, wie es gezeigt ist, und aneinander mit optischem Zement entsprechend der Standardpraxis befestigt. Der optische Zement ist so gewählt, daß er einen zum Glas passenden Brechungsindex hat. Typische optische Zemente basieren auf Polyester oder Acryl. Bei dem Zusammenbauprozeß ist es wichtig, die Klebliniendicke zu minimieren, bevorzugt Mikron- oder Submikron-Klebfilme zu haben, um die zufällige Änderung im Abstand der dichroitischen Überzüge auf den Strahlteilerplatten zu minimieren. Dies wird typischerweise durch die Anwendung von Hitze und Druck auf die Kompositstruktur während des Klebprozesses erreicht.
Es wird nun auf die Strahlteiler-Dimensionierung Bezug genommen, die in Fig. 7A gezeigt ist, wobei angenommen wird, daß die dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 mit einem Abstand x voneinander getrennt sind, wobei die daraus herrührende Trennung der drei fokussierten Zeilenbilder 8, 9 und 10 (Quadratwurzel aus 2) (2x) getragen wird. Die Trennung der dielektrischen optischen Filter 50, 52 und 54 wird von der Glasplattendicke beherrscht (die Dicke der Filter 50, 52 und 54 beträgt typischerweise 3 um für standardmäßige dichroitische Überzüge). Somit bestimmt die Glasplattendicke hauptsächlich die Trennung zwischen den Bildzeilen 8, 9 und 10. Änderungen bei der Trennung der Bildzeilen 8, 9 und 10 werden durch Änderungen im Abstand der Glasplatten festgelegt. Um beispielsweise die Bildzeilen 8, 9 und 10 festzuhalten, ist eine Abstandstoleranz von 7 um (einhalb des standardmäßigen 13 um-Photoelementes) und eine Toleranz bei der Glasplattendicke von 2,5 um (0,0001 Zoll) erforderlich. Eine solche Genauigkeit bei der Glasdicke ist erreichbar, wenn herkömmliche Schleif- und Polierprozeduren und die Geräte benutzt werden.
Die Weglänge der Farbkomponenten durch den trichromatischen Strahlteiler 59 beträgt (2)1/2A + 2(2)1/2X, wobei A die Abmessung einer Basisseite des Prismas 1 ist, wie es in der Fig. 7A gezeigt ist. Im vernünftigen Bereich liegende kleine Änderungen in der Basis- und Plattenabmessung können üblicherweise durch die normale Fokustiefen-Charakteristiken der meisten Linsen gehandhabt werden.
Wie zuvor angegeben haben die Zeilenbilder 8, 9 und 10 und die Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 bevorzugt angepaßte Abstände. Somit sollte der Abstand zwischen den Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 (Quadratwurzel aus 2) (2x) sein, wenn der Abstand zwischen den dichroitischen Überzügen 50, 52, 54· in dem Strahlteiler 59 beträgt, wie er in der Fig. 7A gezeigt ist. Somit erfordert ein Anordnungsabstand von 1,0 mm eine Dicke der Strahlteilerplatte 60, 62 von 0,35 mm für den Strahlteiler 59. Unter normalen Bedingungen werden die dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54, die auf Glasplatten einer solch geringen Dicke aufgebracht werden, ein geringes Krümmen der Glasplatte verursachen. Während des Aufbaus des Strahlteilers 59 jedoch kann die Krümmung durch die Haftung der Platte und der Gleichförmigkeit mit der starren ebenen Fläche des Prismas 1 ausgeschaltet werden. Vernünftige minimale Anordnungsabstände für CCD-Photodiodenanordnungen betragen etwa 0,2 bis 0,3. Solche minimalen Abstände erfordern, daß die Strahlteilerplatten 60, 62 in der Größenordnung von 0,07 bis 0,2 mm dick sind, abhängig von der Ausführungsform des Strahlteilers, die benutzt worden ist. Um diese Abmessungen bei der Herstellung zu erreichen, wird die zuvor beschriebene Herstellungstechnik der Fig. 5B empfohlen. Es ist offensichtlich, daß die Technik auf alle die zuvor erwähnten trichromatischen Strahlteiler-Ausführungsformen anwendbar ist.
Die Profilansicht der Fig. 8 hat das Aussehen eines "Projektions"-Abbildegerätes. Das heißt, eine relativ lange Objektzeile 7 wird in kleinere Bildzeilen 8, 9 und 10 über die Linse 6 projiziert. Bei einem solchen System müssen die Photoelemente 80, die in der Fig. 4B gezeigt sind, in den Photosensoranordnungen 12, 13 und 14 proportional kleiner sein als die gewünschte Abtastauflösung der Vorlage. Die Vorteile einer solchen Abtastvorrichtung vom "Projektions"-Typ ist die Verwendung von kleinen Photosensoranordnungen 12, 13 und 14.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die "Projektions"- Optik beschränkt, und tatsächlich ist sie sehr gut in andere Produkt- und Anwendungsformen erweiterbar. Insbesondere können der vorliegende trichromatische Strahlteiler 39 und die drei Photosensoren 11 in linearer Anordnung mit einer Faseranordnungslinse zusammengepackt werden, um einen Abtastkopf 5 vom "Kontakt"-Typ zu erzeugen, wie er in der Fig. 9 gezeigt ist. Abtastköpfe 57 vom " Kontakt" -Typ benutzen üblicherweise Linsen mit einheitlicher Vergrößerung. Als solche können die Linse und der Sensor in enger Nähe zu der Vorlage kompakt angeordnet werden. (Der Abtastkopf ist nicht tatsächlich im Kontakt mit der Vorlage, wie es der Name vermuten läßt.)
Faseranordnungslinsen 15 sind auf dem Gebiet der Abbildung wohlbekannt und sind ein Produkt der Nippon Sheet Glass (Japan) unter der Namen SelFoc-Linse. Die Faseranordnungslinsen 15 sind in kurzen und langen Längen sowie in Seitenbreite verfügbar. Die Faseranordnungslinsen 15 sind aus Glasfasern gegebener Länge hergestellt. Jede Phase wirkt als eine einzelne Linse, da die chemische Behandlung den Brechungsindex als eine Funktion ihres Radius ändert. In diesem Zusammenhang projiziert die Linsenanordnung 15 das Zeilenbild einer Vorlage 7 durch den trichromatischen Strahlteiler 59 auf den Sensor 11 mit drei linearen Anordnungen. Die Länge der Linsenanordnung 15, des Strahlteilers 59 (oder anderer zuvor beschriebener Strahlteiler-Ausführungsformen) und des Photosensors 11, wie er sich in die Seite in Fig. 9 bewegt, wird durch die Anwendung bestimmt: relativ große Längen für seitenbreites Abtasten (z. B. 21,6 cm (8,5 Zoll) lang) oder kurze Längen für das Abtasten des "überquerenden" Typs, bei dem der Abtastkopf 57 durch einen externen Mechanismus über das Vorlageobjekt hin- und herbewegt wird. Für eine äquivalente Abtastauflösung erfordert der Abtastkopf 57 vom Kontakt-Typ (mit Einheits-Vergrößerung), der in der Fig. 9 gezeigt ist, proportional weniger strenge Toleranzen bei der Dicke der Strahlteilerplatten 2, 3, 4 und 5 im Vergleich zu dem Scanner vom Projektionstyp, der in den Fig. 8A und 8B gezeigt ist. Andererseits muß für eine äquivalente Abtastbreite der Kontaktscanner 57 proportional länger sein, wie es durch das Verhältnis der Linsenvergrößerungen gemessen wird, wenn nicht der Abtastkopf 57 über die Vorlage bewegt wird.
Ein bedeutsamer Vorteil der dichroitischen Überzüge 50, 52 und 54 gegenüber anderen Filtertechniken ist die Vielfalt im Design im Hinblick auf Bandpaß-Wellenlängen und die Steigungs- und Kreuzkopplungscharakteristiken des Bandpasses. Ein sehr scharf abgestufter Funktionsbandpaß ebenso wie kontrollierte Steigungs-Kreuzkopplung mit benachbarten Farbbändern wird durch die Anzahl der Schichten, Materialtypen und Überzugs- Schichtdicken bei einem gegebenen Filter kontrolliert. In dem sichtbaren Spektrum kann eine sehr saubere Bandpaßtrennung zwischen rot, grün und blau oder Zyan, Magenta und gelb erreicht werden. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche organische Farbfilter, wie sie in dem Stand der Technik verwendet werden, typischerweise nicht so gut definiert und haben üblicherweise enge Band- oder Vielfachband-Filtrationskennlinien, was letztlich eine genaue Farbtrennung verhindert, üblicherweise aufgrund der Untersättigung einer gegebenen erfaßten trichromatischen Farbe.
Die Lehren der vorliegenden Erfindung sind hauptsächlich auf das Abtasten von Farbdokumenten angewandt worden. Abgetastete Dokumentbilder in diesem Zusammenhang werden auf einem Farbmonitor angezeigt. Die Genauigkeit der Farbtrennung wird durch die Ähnlichkeit der angezeigten Bildfarben mit denen des Vorlagedokumentes bewertet. Um Farbtreue zu erhalten, muß die Farbtrennung zu den spektralen Charakteristiken der einzelnen roten, grünen und blauen Leuchtstoffe auf dem Anzeigebildschirm des Monitors passen. Dies wurde erfolgreich erreicht, indem dichroitische Strahlteiler 16 und 17 und eine bezüglich des Leuchtstoffes maßgefertigte fluoreszierende Lampe 22 in einem Testgerät benutzt wurden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Das Testgerät benutzt drei einzelne CCD-Photosensoren 18, 19 und 20 in linearer Anordnung (Toshiba TCD 102C-1) in einer Anordnung mit 2048 Elementen.
Mit Bezug auf Fig. 10 beleuchtet eine fluoreszierende Lichtquelle 22 die Oberfläche eines Vorlagedokumentes 21. Ein Zeilenbild der Vorlage 7 wird auf eine Strahlteileranordnung projiziert, die aus dichroitischen Strahlteilern 16 und 17 besteht, mittels der Linse 6. Die Strahlteiler 16 und 17 sind ebene Glasplatten, die auf einer Seite mit dichroitischen Überzügen 50 bzw. 52 überzogen sind. Der Strahlteiler 16 ist so ausgelegt, daß er blaues Licht reflektiert, während rote und grüne Spektralbänder durchgelassen werden. Das blaue Licht wird auf einen ersten CCD-Linearanordnungs-Photosensor 18 reflektiert, wobei der Strahlteiler 16 um 450 zu dem einfallenden Lichtstrahl geneigt ist. Der Strahlteiler 17 reflektiert rotes Licht auf einen zweiten CCD-Photodiodenanordnungssensor 20. Die Strahlteilerplatten sind kommerzielle blaue und rote 45º-dichroitische Farbtrennungsfilter von Optical Coating Lab. Das grüne Zeilenbild, das durch die beiden Strahlteilerplatten läuft, wird von dem dritten CCD-Photodiodenanordnungssensor 19 eingefangen. Die Strahlteilerplatte 17 ist auch unter 45 ausgerichtet, wie es gezeigt ist.
Die Bandpaßcharakteristiken der gesamten Strahlteileranordnung der Fig. 10 ist in der Fig. 11 gezeigt. Obwohl die Wellenlängenkreuzkopplung zwischen den Farbbändern sauber und spektral genau für die Trennung ist, treffen die reflektierten Bänder nicht die spektrale Form und Verteilung der Farbpalette des Ausgabegerätes. Ausgabegeräte umfassen Monitore und Hardcopy-Geräte. Spektrale Genauigkeit wird in diesem Fall auf einfachste Weise gegeben, indem die Lichtquelle 22 spektral angepaßt wird. Leuchtstoffe für fluoreszierende Lampen können gemischt werden, um eine weite Vielfalt von Spektren zu erhalten. Die spektralen Bandpaßkennlinien der dichroitischen Überzüge 50, 52 können verwendet werden, um Leuchtstoffe der Lampe 22 auszuwählen, so daß die Farbtrennung der Überzüge 50, 52 zu den Leuchtstoffen der Anzeige des Monitors passen wird. Das Ergebnis der HP-Farbmodellstudie war eine Lampenspezifikation, die von Sylvania Lamp benutzt wurde, um eine Scannerlampenquelle 22 als Prototyp zu bauen. Die vorbeschriebene Leuchtstoffrezeptur (von Hewlett-Packard Company) und die Spektren der Prototyp-Lampe, wie sie von Sylvania hergestellt und ausgemessen wurde, ist in Fig. 12 gezeigt.
Die Spektren der Spektral angepaßten fluoreszierenden Lampe, wie sie von den dichroitischen Strahlteilern 16 und 17 getrennt und von den CCD-Photodiodenanordnungen 18, 19 und 20 erfaßt wurden, erzeugen einen Farbumfang, der nahezu äquivalent der Ausgabe eines Standard-Monitorleuchtstoffes ist.

Claims

1. Optische Einrichtung (59) zum räumlichen und spektralen Trennen eines Eingangslichtstrahles in mehrere Lichtstrahlen (8, 9, 10), so daß jeder der mehreren Lichtstrahlen einen vorgegebenen Spektralbereich hat und die optischen Achsen der mehreren Lichtstrahlen optische Weglängen haben, die zwischen einer ersten Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu den mehreren Lichtstrahlen ist, und einer zweiten Ebene, die im wesentlichen senkrecht zum Eingangslichtstrahl ist, im wesentlichen gleich sind, mit einer ersten Wellenparameterfiltervorrichtung (56), die mit einem ersten vorgegebenen Einfallswinkel zum Eingangslichtstrahl angeordnet ist, um den Eingangslichtstrahl räumlich und spektral in die mehreren Lichtstrahlen (8, 9, 10) zu trennen, so daß jeder der mehreren Lichtstrahlen einen vorgegebenen Spektralbereich aufweist und in im wesentlichen dieselbe Richtung gelenkt wird, einer zweiten Wellenparameterfiltervorrichtung (58), die bei einem zweiten vorgegebenen Einfallswinkel zu den mehreren Lichtstrahlen (8, 9, 10) angeordnet ist, um die optischen Weglängen der optischen Achsen jedes der mehreren Lichtstrahlen zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene auszugleichen,

wobei die erste und die zweite Wellenparameterfiltervorrichtung (56, 58) jeweils mindestens ein optisches Zwischenstück (60), das von einer ersten transparenten Schicht mit einer vorgegebenen Dicke gebildet ist, eine zweite Schicht (50), die auf einer Seite des optischen Zwischenstückes (60) angeordnet ist, um Licht innerhalb eines ersten vorgegebenen Spektralbereiches zu reflektieren und Licht außerhalb des ersten vorgegebenen Spektralbereiches durchzulassen, und eine dritte Schicht (52) aufweist, die auf der zweiten Seite des optischen Zwischenstückes (60) angeordnet ist, um mindestens einen zweiten vorgegebenen Licht-Spektralbereich außerhalb des ersten vorgegebenen Spektralbereiches zu reflektieren, wobei die Reihenfolge der Spektralbereichsreflexion in der zweiten Wellenparameterfiltervorrichtung (58) zur ersten Wellenparameterfiltervorrichtung (56) umgekehrt ist.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Quelle des Eingangslichtstrahles eine lineare Quelle (7) aufweist.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste vorgegebene Einfallwinkel und der zweite vorgegebene Einfallwinkel im wesentlichen gleich sind.

4. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die zweite Schicht eine erste dichroitische Schicht (50) aufweist, die dritte Schicht eine zweite dichroitische Schicht (52) aufweist, die auf der zweiten Seite des optischen Zwischenstücks (60) angeordnet ist, um Licht mit einem zweiten vorgegebenen Spektralbereich zu reflektieren und Licht außerhalb des zweiten vorgegebenen Spektralbereiches durchzulassen, und bei der die erste und die zweite Wellenparameterfiltervorrichtung ferner eine Reflektorbeschichtung (54) aufweisen, die mit einer vorgegebenen Entfernung und im wesentlichen parallel zu dem optischen Zwischenstück (60) angeordnet ist, um das von der ersten dichroitischen Schicht (50) und der zweiten dichroitischen Schicht (52) durchgelassene Licht zu reflektieren.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, bei der die vorgegebene Dicke des optischen Zwischenstückes (60) im wesentlichen gleich dem vorgegebenen Abstand zwischen der Reflektorbeschichtung (54) und dem optischen Zwischenstück (60) ist.

6. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste und die zweite Wellenparameterfiltervorrichtung (56, 58) jeweils an verschiedenen Seiten eines Prismas (1) angebracht sind.