DE68921496T2

DE68921496T2 - Spektralbedingungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE68921496T2
Application number: DE68921496T
Authority: DE
Inventors: Hans D Neumann; Kent D Vincent
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1988-01-19
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-01-13
Also published as: EP0325361B1; DE68928260D1; DE68928260T2; HK188495A; EP0325364A2; EP0325362A2; EP0325366B1; DE68922751T2; DE68921496D1; EP0325362A3; EP0325363A2; DE68923186T2; EP0325363A3; EP0325362B1; EP0325366A3; EP0325364A3; DE68923186D1; EP0325361A2; EP0325363B1; DE68922751D1

Description

Hintergrund der Erfindung

A. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Optiken und insbesondere auf Farbseparatoren, Farbkombinierer und Erfindungen, die Farbseparatoren und Farbkombinierer verwenden.

B. Beschreibung der Hintergrundtechnik

Farbbildaufnahmesysteme weisen Farbvideokameras und Farbscanner zum kommerziellen Drucken auf. Farbbildaufnahmesysteme wandeln Farbbilder in maschinenlesbare Daten um. Dies wird durch Aufteilen eines Farbbildes in viele kleine Abschnitte, die Pixel genannt werden, erreicht. Das Farbbildaufnahmesystem trennt Licht von jedem Pixel in rotes, blaues oder grünes Licht. Zahlen, die jedem Pixel des Farbbilds zugewiesen werden, stellen das rote, blaue und grüne Licht dar. Ein schnelles, genaues Farbbildaufnahmesystem mit einer hohen Auflösung würde den Nutzen von Computern verbessern und zahlreiche Aufgaben automatisieren. Z.B. sind Computer in der Lage, Farbbilder zu drucken und anzuzeigen. Jedoch begrenzt das Fehlen einer schnellen und genauen Einrichtung mit hoher Auflösung zum Senden von Farbbildern in einen Computer den Nutzen dieser Fähigkeit. Im frühen Stand der Technik trennen diskrete optische Komponenten, wie z.B. Strahlteiler und Farbfilter die Farbkomponenten eines Bilds. Dichroitische Strahlteiler wurden aufgrund der kombinierten Funktionen dieser Geräte sowohl als Strahlteiler als auch als Filter weit verbreitet verwendet. Dichroitische Strahlteiler verwenden ausgewählte dielektrische optische Interferenzfilter-Beschichtungen mit mehreren Schichten, die nachfolgend als dichroitische Beschichtungen bezeichnet werden. Typischerweise wird eine Farbtrennung durch Plazieren zweier diskreter dichroitischer Strahlteiler in den optischen Weg zwischen der Projektionslinse des Bildaufnahmesystems und den Photosensoren derselben erreicht. Der erste dichroitische Strahlteiler reflektiert ein erstes spektrales Band (z.B. grün) zu dem ersten Photosensor, während die übrigen spektralen Bänder zu dem zweiten dichroitischen Strahlteiler durchgelassen werden. Der zweite dichroitische Strahlteiler reflektiert ein zweites Band (z.B. rot) zu einem zweiten Photosensor, während das verbleibende spektrale Band (z.B. blau) zu dem dritten Photosensor durchgelassen wird. Der Nachteil dieses Lösungsansatz besteht darin, daß die jeweiligen dichroitischen Strahlteiler und die Photosensoren präzise ausgerichtet sein müssen; andernfalls besitzen die Farbkomponenten nicht die ordnungsgemäße optische Koinzidenz. Der aufwendige Ausrichtungsprozeß begrenzt den Nutzen dieser bekannten Farbseparatoren. Dichroitische Strahlteiler (dichroitische Prismen), ebenso wie weitere bekannte Techniken zum Farbabtasten sind ausführlicher in einem japanischen Artikel mit dem Titel "Image Scanners", OEP November 1986, Seiten 18 bis 22, beschrieben. Wie in demselben offenbart ist, macht es das dichroitische Prisma erforderlich, jeden Sensor in einer unterschiedlichen Ebene zu plazieren.
Mit dem Erscheinen von billigen Photosensoren mit Festkörper-Photodiodenarray wurden verschiedene Versuche unternommen, billige Farbseparationstechniken für Farbabtaster und Videokameras zu entwickeln.
Festkörper-Photodiodenarrays mit Integralfarbfiltern wurden durch Hitachi, Toshiba, Sony und RCA vermarktet. Diese Vorrichtungen verwenden ein zweidimensionales Array von Photodioden auf einem einzelnen Siliziumsubstrat. Das Array ist mit einer Gelatine-Schicht beschichtet, in welche unter Verwendung von Standardmaskiertechniken selektiv farbige Farbstoffe imprägniert sind. Jede Photodiode ist somit mit einem Integralfarbfilter, z.B. einem roten, einem grünen oder einem blauen, gemäß einem Farbmuster, das über das gesamte Array wiederholt wird, versehen. Die gleiche Technologie wurde auf eindimensionale Sensoren mit Photodiodenarrays für Linienscanner angewendet. Die letztgenannten Systeme wurden durch Toshiba und Fairchild vermarktet.
Ein bekanntes Farbbildaufnahmesystem unter Verwendung eines Photodiodenarrays ist in Fig. 1 gezeigt. Das einzelne lineare Photodiodenarray 23 besitzt einzelne organische Farbstoffilter, die über jeder Photodiode in einem sich wiederholenden Rot-, Blau- und Grün-Muster imprägniert sind. Die Farbtrennung, das Zerlegen eines Farbbildes in rotes, blaues und grünes Licht, wird durch das Fokussieren des Lichtstrahls auf das Array, wie in Fig. 1 gezeigt ist, erreicht. Eine Gruppierung von Rot-, Grün- und Blau-Photodioden 25 liefert Informationen zu einem Farbpixel. Diese bekannte Technik besitzt mehrere Nachteile. Da drei Photodioden Informationen zu einem Pixel liefern, ist die Pixelauflösung auf ein Drittel reduziert. Für eine genaue Farbbildaufnahme muß die genaue Leuchtdichte und die Farbsättigung eines gegebenen Farbpixels von dem ursprünglichen Bild durch drei optisch koinzidente Photosensorelemente aufgelöst werden. Jedoch besitzen die bekannten Photodiodenarrays keine Farb-Koinzidenz. Das rote Licht wird von einem Ort erfaßt, das grüne von einem anderen und das blaue von einem dritten Ort. Zusätzlich gehen zwei Drittel des auf jede Photodiode einfallenden Lichts durch Filterabsorption verloren (z.B. absorbiert ein rotes Filter grüne und blaue spektrale Bänder). Um die Auflösung zu erhöhen muß das Array 23 verlängert oder die Photodiodenfläche verringert werden. Jedoch wird jeder dieser Lösungsansätze, um die Auflösung zu erhöhen, proportional die Abtastgeschwindigkeit erniedrigen. Ferner haben Farbstoffilter eine geringere Farbbandreinheit als dichroitische Filter. Der bekannte Lösungsansatz führt zu einer verminderten Farbempfindlichkeit und ist im übrigen spektral ungenau.
Ein weiteres bekanntes Farbbildaufnahmesystem, das Photodiodenarrays verwendet, besitzt ein rotierendes Farbrad, das aus farbigen Filtersegmenten zusammengesetzt ist. Die Linse fokussiert eine Bildlinie des ursprünglichen Objekts auf ein lineares Photodiodenarray. Das rotierende Farbrad filtert die projizierte Bildlinie in einer sich wiederholenden Farbsequenz, z.B. rot, grün, blau. Das Signal für jede Farbkomponente einer gegebenen Bildlinie wird digital gespeichert, bis alle drei Farbkomponenten erfaßt wurden. Die Signale werden dann im Speicher neu geordnet, um jedem Pixel in der Bildlinie drei Farbwerte zuzuweisen.
Die Farbrad-Farbtrennungstechnik besitzt die Vorteile des Ausnutzens der vollen Auflösung des Photodiodenarrays, ebenso wie des Ausnutzens der dichroitischen Filter. Jedoch besitzt sie mehrere Nachteile. Die Abtastgeschwindigkeit beträgt ein Drittel der Integralsensor/Filter-Abtastgeschwindigkeit, da nur eine von drei Farben gleichzeitig erfaßt wird. Ferner resultiert eine weitere Geschwindigkeitsreduzierung aus den Übergängen zwischen den Filtersegmenten während der Rotation des Rades. Wenn das Farbrad und die Abtastlinie kontinuierlich angetrieben werden, im Gegensatz zu einem synchron "schrittweisen" Antrieb, ist die effektive Auflösung des Photodiodenarrays durch die Bewegung der Abtastlinie durch den Farbumlauf des Farbrades in der Abtastrichtung reduziert. Ein weiterer Nachteil ist die Größe des Farbrades, die die Ausdehnbarkeit der Vorrichtung begrenzt. Scannerausführungsbeispiele des "Kontakt"- oder "Überquerungs"-Kopf-Typs mit der Breite einer Seite werden unmöglich oder unhandlich. Ferner ist diese bekannte Vorrichtung mit einem großen Bewegungsmechanismus und der Steuerung dieses Mechanismus belastet.
Die japanische Sharp Corporation führte eine dritte bekannte Farbtrennungstechnik für die Farbdokumentabtastung ein. Der Scanner von Sharp verwendet ein einzelnes Photodiodenarray mit drei sequenziell aktivierten farbigen Fluoreszenz- Leuchtkörpern (z.B. rot, grün, blau) als der Bildaufnahmelichtquelle. Die Abfolge der Signale, die durch das Photodiodenarray erhalten wird, wird analog zu dem Farbrad-Farbseparator geleitet. D.h. die Eingabe zu dem Photodiodenarray ist eine sequenzielle Eingabe der Rot-, Grün- und Blau-Komponenten einer gegebenen ursprünglichen Linienabbildung. Ebenso werden die Photodiodensignale für jede Farbkomponente digital gespeichert und am Endes jedes Farbumlaufes im Speicher neu geordnet.
Wie der Farbrad-Farbseparator liefert der Lösungsansatz mit drei farbigen Leuchtkörpern eine Bildaufnahmeeinrichtung, die die volle Auflösung des Photodiodenarrays ausnutzt. Jedoch begrenzen mehrere Nachteile die Geschwindigkeit und die Farbunverfälschtheit des Bildaufnahmesystems. Um eine korrekte Farbtrennung zu erhalten, sollte die Lichtausgabe von jedem Leuchtkörper erloschen sein, bevor der nächste Leuchtkörper in der Abfolge aktiviert wird; eine vermischte Leuchtkörperausgabe erzeugt eine untergesättigte Farberfassung. Folglich ist die Abtastgeschwindigkeit durch die Nachleuchtzeit der Leuchtstoffe, die in jedem Fluoreszenzleuchtkörper verwendet werden, oder die Fähigkeit, das Signal, das durch die abklingende Lichtausgabe eines vorher aktivierten Leuchtkörpers erzeugt wird, dynamisch abzuziehen, begrenzt. Die Farbunverfälschtheit ist ferner durch die Auswahl von Leuchtstoffen begrenzt, die Nachleuchtwerte besitzen, die ausreichend gering sind, um kommerzielle Abtastgeschwindigkeitsspezifikationen zu erfüllen. Typischerweise ist eine externe Absorptionsfilterung der Leuchtkörper erforderlich, um die gewünschten spektralen Charakteristika jeder Leuchtkörperausgabe zu erhalten. Wie bei dem Farbrad-Farbseparator ist in der Abtastrichtung durch die Bewegung der Abtastlinie durch den Farbumlauf der sequenziell aktivierten Leuchtkörper die wirksame Auflösung des Photodiodenarrays reduziert, wenn die Abtastlinie kontinuierlich angetrieben wird, wie es für eine hohe Abtastgeschwindigkeit erwünscht ist. Die Größe und die Masse des optischen Systems, das die drei Leuchtkörper aufweist, schränkt ebenfalls die Vorrichtungsausdehnbarkeit zu Scanneranwendungen des "Kontakt-" oder "Überquerungs-Kopf"-Typs ein.
Farbkombinierer-Vorrichtungen leiden unter vielen der gleichen Nachteile und Begrenzungen wie die Farbseparatoren, die oben offenbart sind. Ein Farbkombinierer, wie nachfolgend definiert, umfaßt eine optische Vorrichtung zum Aufnehmen einzelner Farbkomponenten und zum räumlichen und spektralen Kombinieren jeder der einzelnen Strahlen in einen einzelnen optischen Strahl, wobei jeder der Strahlen mit einzelner Farbkomponente koinzidente optische Achsen aufweist. Der Stand der Technik offenbart keine Vorrichtung, die in der Lage ist, einzelne spektrale Strahlen, wie beschrieben, auf eine einfache und leichte Art und Weise zu kombinieren.
Die US-A-4 087 176 offenbart ein Farbkorrektursystem, das eine Mehrzahl von Farbkanälen aufweist, von denen jeder einen dichroitischen Spiegel und einen elektro-optischen Modulator aufweist. Eine unpolarisierte Lichtquelle, die durch ein farbiges Transparentbild scheint, dient als Eingabe zu jedem Kanal, wobei jede Farbe durch den elektro-optischen Modulator in dem jeweiligen Kanal einzeln gesteuert wird. Nach der Korrektur werden die Farben jedes Kanals dann wieder kombiniert.
Die EP-A-0 240 000 offenbart einen trichromatischen Strahlteiler, der aus zusammengesetzten dichroitischen Strahlteilerplatten besteht, die ein projiziertes Bild mit sowohl einer räumlichen als auch einer spektralen Präzision in ihre drei Farbkomponenten teilen. Ein Photosensor mit drei linearen Arrays umfaßt einen monolithischen Sensor mit drei parallelen Photodiodenarrays, die exakt beabstandet sind, um die Farbkomponentenbilder des trichromatischen Strahlteilers zu empfangen.
Die Erfindung liefert eine elektronische Farbfiltervorrichtung zum Filtern eines optischen Eingangsstrahles, die folgende Merkmale aufweist:
eine spektrale Separatoreinrichtung zum räumlichen und spektralen Trennen des Eingangsstrahles in eine Mehrzahl von optischen Strahlen, wobei die Separatoreinrichtung dichroitische Strahlteiler zum Erzeugen von Strahlen mit vorbestimmten spektralen Bereichen und im wesentlichen parallelen optischen Achsen aufweist;
eine Einrichtung, die Öffnungen definiert, die bezüglich der Mehrzahl von Strahlen ausgerichtet sind, wobei die Öffnungen in einer Ebene angeordnet sind und separat steuerbar sind, um die Übertragungsintensitäten der jeweiligen Strahlen als Reaktion auf ein elektrisches Filtersteuersignal zu steuern;
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Fokussiereinrichtung zum Fokussieren der Eingangsstrahlen auf die Ebene, wobei die spektrale Separatoreinrichtung zwischen der Fokussiereinrichtung und der Ebene angeordnet ist; wobei die dichroitischen Strahlteiler derart aufgebaut und angeordnet sind, daß die Strahlen im wesentlichen gleiche optische Weglängen zwischen der Fokussiereinrichtung und der Ebene aufweisen.
Die elektronische Farbfiltervorrichtung der Erfindung weist ferner vorzugsweise folgende Merkmale auf:
eine spektrale Kombinierer-Einrichtung zum räumlichen und spektralen Kombinieren der Mehrzahl von Strahlen in einen einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl mit einer vorbestimmten einzelnen optischen Achse, und eine Einrichtung zum Fokussieren des einzelnen kombinierten Ausgangsstrahls, wobei die spektrale Kombinierer-Einrichtung dichroitische Strahlkombinierer aufweist, die derart aufgebaut und angeordnet sind, daß die Mehrzahl der optischen Strahlen im wesentlichen gleiche optische Weglängen zwischen der Ebene und der Einrichtung zum Fokussieren des einzelnen kombinierten Ausgangsstrahls aufweisen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die spektralen optischen Separator- und Kombinierer-Komponenten kompakt, billig und einfach herzustellen sind. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die optischen Komponenten innerhalb eines Pixels Farbkoinzidenz erzeugen. D.h., jeder Teil eines Pixels erzeugt alle drei Farbkomponenten, um eine genaue Farbkonvergenz und Linienschärfe zu schaffen. Die Erfindung schafft ferner eine genaue spektrale und räumliche Trennung, ebenso wie eine genaue spektrale und räumliche Kombinierung.
Die optischen Kombinierer- und die optischen Separator-Komponenten der vorliegenden Erfindung sind ferner im Vergleich zu herkömmlichen Filtrationstechniken extrem effizient, da dichroitische reflektierende Schichten verwendet werden. Im wesentlichen das gesamte einfallende Licht, das auf die Komponenten auftrifft, wird mit einer sehr geringen Absorption durchgelassen. Ein herkömmliches Filter absorbiert typischerweise zwei spektrale Bänder, um eines durchzulassen. Da im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht verwendet wird, ist für ein gegebenes optisches System eine maximale Geschwindigkeit erreichbar.
Außerdem erfordern die optischen Komponenten der vorliegenden Erfindung keine aufwendige optische Ausrichtung. Die dichroitischen Beschichtungen sind durch Glasplatten und/oder genaue Trennvorrichtungen beim Herstellungsprozeß präzise getrennt. Diese Trennung wird durch Betrachten der Brechungsindizes der Substanzen, die in den optischen Separator- und Kombinierer-Komponenten verwendet sind, ebenso wie der Einfallswinkel bestimmt, um eine sehr genaue Ausrichtung zu liefern. Die optischen Separator- und Kombinierer-Komponenten liefern gleiche optische Weglängen für jeden der einzelnen Strahlen mit minimalen Ausrichtungsproblemen.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine einzelne Objekt- und Bildebene verwendet, da die vorliegende Erfindung im wesentlichen parallele, räumlich getrennte, spektrale Strahlen sowohl für die optischen Kombinierer- als auch die Separator-Komponenten verwendet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein bekannter Farbsensor.
Fig. 2 und 3 zeigen dichroitische Strahlteilerplatten.
Fig. 4 zeigt einen trichromatischen Strahlteiler, der aus den dichroitischen Strahlteilerplatten, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind, hergestellt ist.
Fig. 5 und 6 zeigen die integrierte Photosensorschaltung bzw. die Photosensorarrays, die verwendet sind, um Lichtstrahlen von dem trichromatischen Strahlteiler, der in Fig. 3 gezeigt ist, zu erfassen.
Fig. 7 zeigt den trichromatischen Photosensor gemäß Fig. 5, der positioniert ist, um Lichtstrahlen von dem trichromatischen Strahlteiler, der in Fig. 4 gezeigt ist, zu erfassen.
Fig. 8 zeigt eine Aufbaueinrichtung für den trichromatischen Strahlteiler.
Fig. 9 zeigt eine alternative Struktur des trichromatischen Strahlteilers, der in Fig. 7 gezeigt ist, wobei ein Prisma angebracht ist.
Fig. 10 zeigt den dualen trichromatischen Strahlteiler mit einem angebrachten Prisma.
Fig. 11 zeigt eine Anordnungsansicht des dualen trichromatischen Strahlteilers mit einem Prisma.
Fig. 12 zeigt ein optisches System, das den dualen trichromatischen Strahlteiler mit einem Prisma verwendet.
Fig. 13 zeigt eine isometrische Ansicht des dualen trichromatischen Strahlteilers mit einem Prisma.
Fig. 14 zeigt eine alternative Struktur der Erfindung.
Fig. 15 ist eine Testvorrichtung für die Filter.
Fig. 16 ist der spektrale Durchlaßbereich der Filter in den Fig. 2 und 3.
Fig. 17 ist die Ausgabe des Leuchtkörpers, die auf den spektralen Durchlaßbereich, der in Fig. 16 gezeigt ist, zugeschnitten ist.
Fig. 18 ist eine schematische Ansicht eines Teilschnitts des trichromatischen Strahlteilers, der mit fokussierenden Optiken und einem Dreilinien-CCD-Photodiodenarray zusammengebaut ist.
Fig. 19 ist ein schematisches Diagramm, das eine optische Komponente zeigt, die entweder als ein Farbseparator oder als ein Farbkombinierer wirken kann.
Fig. 20 zeigt eine weitere optische Komponente, die entweder einen optischen Separator oder einen optischen Kombinierer aufweisen kann.
Fig. 21 zeigt eine weitere Komponente, die entweder einen optischen Separator oder einen optischen Kombinierer aufweisen kann.
Fig. 22 zeigt die Art und Weise, auf die die Plattentrennung und der Einfallswinkel in der optischen Komponente geändert werden können, welche entweder den Farbseparator oder den Farbkombinierer aufweisen kann.
Fig. 23 ist eine schematische Seitenansicht eines Farbdruckers.
Fig. 24 ist eine schematische Draufsicht einer Dreilinien- Blendenvorrichtung mit Flüssigkristallanzeige (LCD; LCD = Liquid Crystal Display).
Fig. 25 ist eine schematische Seitenansicht einer Farbprojektionsvorrichtung.
Fig. 26 ist eine schematische Draufsicht, die drei Matrizen einer Flüssigkristallanzeige-Blende (LCD-Blende) zeigt. Alternativ kann Fig. 26 schematisch drei Matrizen von lichtemittierenden Dioden darstellen.
Fig. 27 ist eine schematische isometrische Ansicht sowohl einer Farbbildaufnahme- als auch einer Farbprojektions-Vorrichtung.
Fig. 28 ist eine schematische Seitenansicht eines Farbbildaufnahmesystems.
Fig. 29 ist eine schematische Draufsicht, die drei Matrizen von Photodetektoren zeigt.
Fig. 30 ist eine schematische Seitenansicht einer elektronischen Farbfiltervorrichtung.
Fig. 31 ist eine schematische Seitenansicht einer Mehrkanal-Lichtleiter-Kommunikationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 32 ist eine schematische Darstellung der Verwendung eines Dreifarb-Lasers als optische Quelle.
Fig. 33 ist eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Mehrkanal-Lichtleiter-Kommunikationsvorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine dichroitische optische Einschicht-Komponente, die ein im wesentlichen transparentes optisches Trägermedium 60, wie z.B. eine Glasplatte, aufweist, das optisch flach ist, sowie eine dichroitische Schicht 50, die auf einer Seite der Glasplatte 60 abgeschieden ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein optischer Eingangsstrahl 51 in zwei räumlich und spektral getrennte optische Strahlen 53 und 55 getrennt. Die dichroitische Schicht 50 reflektiert optische Strahlung mit einer vorbestimmten Wellenlänge und läßt die gesamte übrige Strahlung entlang des optischen Strahls 55 durch. Da der Brechungsindex der Luft von dem Brechungsindex des Glases verschieden ist, wird der Teil 57 des optischen Strahls 55 in einem unterschiedlichen Winkel durch die Glasplatte 60 gebrochen.
Fig. 3 zeigt die Art und Weise, auf die eine Glasplatte 62 auf zwei Seiten mit zwei dichroitischen Schichten 52 und 54 beschichtet werden kann, um einen einfallenden Strahl 59 in drei räumlich und spektral getrennte Strahlen 61, 63, 65 zu teilen. Die optischen Strahlen 61 und 63 werden als ein Ergebnis der parallelen Oberflächen des im wesentlichen transparenten optischen Trägermediums 62 in parallele Richtungen durchgelassen.
Fig. 4 zeigt die Art und Weise, auf die zwei optisch flache transparente optische Trägermedien 60 und 62 angebracht sein können, um drei im wesentlichen gleich beabstandete dichroitische Schichten zu liefern, um drei im wesentlichen parallele optische Strahlen 8, 9, 10, die sowohl räumlich als auch spektral getrennt sind, zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine präzise spektrale und räumliche Trennung einer projizierten Bildlinie durch zusammengesetzte dichroitische Strahlteiler erreicht, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Der optische Separator 56 besteht aus präzise geschliffenen und polierten Glasplatten 60 und 62, die auf einer oder beiden Hauptoberflächen mit dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 beschichtet sind. An jeder dichroitischen Beschichtung 50, 52 und 54 wird einfallendes Licht gemäß der Wellenlänge mit vernachlässigbaren Absorptionsverlusten entweder reflektiert oder durchgelassen. Die Zusammensetzung der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 kann für eine genaue Bandpaßfiltration entworfen sein.
Dichroitische Beschichtungen sind in der Technik der Optik gut bekannt. Dichroitische Beschichtungen bestehen typischerweise aus zwanzig oder mehr optischen Schichten mit abwechselnd hohem und tiefem Brechungsindex, die bis zu einer gemeinsamen Dicke von typischerweise etwa 1 - 3 Mikrometer in einem Vakuum-Verfahren auf einer Glasoberfläche abgeschieden werden. Die Materialzusammensetzung und das Verfahren der Abscheidung kann zugunsten einer sehr genauen spektralen Bandpaßfiltration entworfen sein. Eine Vielzahl von dichroitischen Filtern, die aus einer einzelnen vorderen Glasplattenoberfläche, die mit einer dichroitischen Beschichtung beschichtet ist, bestehen, sind kommerziell von einer Vielzahl von Quellen erhältlich (z.B. der Optical Coatin Laboratory Inc., seßhaft in Santa Rosa, Kalifornien).
Die Platte 2, die in Fig. 4 gezeigt ist, ist derart entworfen, daß das blaue Licht (näherungsweise 400 bis 500 nm) des einfallenden Lichtes, das mit 45 Grad auf die dichroitische Beschichtung trifft, reflektiert wird, während rotes Licht und grünes Licht durchgelassen wird.
Die in Fig. 4 gezeigte Platte 3 ist auf beiden Hauptoberflächen mit dichroitischen Beschichtungen 52 und 54 derart beschichtet, daß das rote Spektralband (z.B. 600 bis 700 nm) des einfallenden Lichtes, das in einem Winkel von nominell 45 Grad auf eine erste dichroitische Beschichtung 52 trifft, reflektiert wird, während das grüne Band durchgelassen wird. Das grüne Licht, das auf eine zweite dichroitische Beschichtung 54 trifft und eine optische Achse, die nominell in einem Winkel von 45 Grad zu der dichroitischen Beschichtung orientiert ist, wird reflektiert. Das reflektierte grüne Licht wird veranlaßt, durch die Glasplatte 62 und durch die anderen dichroitischen Beschichtungen 52 und 50 in einem Winkel von 45 Grad zurückzufallen. Gemäß Fig. 4 wird jede der Komponenten 8, 9 und 10 des einfallenden Lichtes in einem Winkel von 90 Grad bezüglich des ankommenden Strahls 67 reflektiert. Die reflektierten roten und grünen Komponenten 8 und 9 sind parallel und durch einen Abstand, der durch die Dicke der der Glasplatte 62 und der dichroitischen Beschichtung 54, den Brechungsindex der Platte 62 und den Einfallswinkel bestimmt ist, voneinander getrennt. In gleicher Weise sind die blauen und roten Komponenten 10 und 9 durch einen Abstand, der durch die Dicke der Glasplatte 60 und der dichroitischen Beschichtung 50, den Brechungsindex der Platte 60 und den Einfallswinkel bestimmt ist, getrennt.
Durch eine Zusammensetzung der Strahlteilerplatten 2 und 3 kann eine trichromatische Trennung eines einfallenden Lichtstrahles erreicht werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Alle drei spektral zugeschnittenen dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 sind durch die Dicke der Glasplatten 60, 62 getrennt. Einfallendes Licht, das auf die erste dichroitische Beschichtung fällt und z.B. einen Einfallswinkel von 45 Grad bezüglich der dichroitischen Beschichtung aufweist, wird derart gefiltert, daß das blaue spektrale Band reflektiert wird. Die unreflektierten Bänder (rot und grün) werden zu einer zweiten dichroitischen Beschichtung 52 durchgelassen, die zwischen den Glasplatten 60 und 62 liegt. Die Beschichtung 52 reflektiert das rote spektrale Band. Das verbleibende Band, d.h. das grüne spektrale Band, wird von der dritten dichroitischen Beschichtung 54 reflektiert. Die rote und die grüne spektrale Komponente verlassen den zusammengesetzten Strahlteiler 56 durch die Glasplatten 60 und 62 und die dichroitischen Beschichtungen 50 und 52 im wesentlichen ungestört. Die somit getrennten roten, grünen und blauen Komponenten des einfallenden Lichtstrahles werden in einem 90 Grad Winkel zu dem hauptsächlichen einfallenden Strahl reflektiert, wobei sie eine parallele räumliche Trennung, die nur durch die Dicke der Glasplatten 60, 62 und der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 sowie der Brechungsindizes derselben bestimmt ist, aufweisen. Die Reihenfolge, in der die reflektierten Farbbänder dargestellt wurden, dient nur beispielhaften Zwecken. Es ist ferner offensichtlich, daß die dritte dichroitische Beschichtung 54 durch eine Spiegelbeschichtung ersetzt sein könnte, da nur die dritte verbleibende Farbkomponente die Beschichtungsgrenzfläche erreicht.
Ein Photosensor, der zur Verwendung mit dieser Erfindung geeignet ist, ist in Fig. 5 gezeigt. Der Photosensor 11 ist vorzugsweise eine Einchip-Einkomponenten-Festkörpervorrichtung mit drei linearen Photosensorarrays 12, 13 und 14, die präzise ausgerichtet und beabstandet sind, um mit den fokussierten Bildlinien 8, 9 bzw. 10, die in den Fig. 4 und 7 gezeigt sind, zusammenzufallen. Derartige Vorrichtungen können unter Verwendung bekannter Technologien hergestellt werden. Es sind heute z.B. zahlreiche Photosensorarray-Vorrichtungen kommerziell erhältlich. Am bekanntesten sind Photodiodenarrays mit ladungsgekoppelten Schieberegistern (CCD-Photosensoren; CCD = Charge Coupled Device). Solche Einlinien-CCD-Photodiodenarray-Vorrichtungen sind kommerziell von Fairchild Semiconductor, seßhaft in Palo Alto, Californien, Toshiba, seßhaft in Japan, und anderen Firmen erhältlich. Die Photosensorarray-Vorrichtungen besitzen kommerzielle Auflösungen in einem Bereich von 128 bis über 5000 Photoelemente pro Linie. Die Beabstandung zwischen den Photoelementen liegt in einem Bereich von typischerweise 10 bis 62 Mikrometer. Folglich sind beim Entwurf und der Herstellung eines Photodiodenarrays, das in Fig. 5 gezeigt ist, bekannte Technologien verwendet, um die drei parallelen Photosensorarrays 12, 13 und 14 herzustellen.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, trennt ein Abstand "D" die Photosensorarrays 12, 13 und 14. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, bezieht sich der Abstand "D" auf die Trennung der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 und den Winkel Theta (θ) 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 Photosensorarrays 12, 13 und 14 besitzen gemeinsame Takteingänge zur Synchronisation. Wie in der Technik gut bekannt ist, sind phototlithographische Prozesse für integrierte Schaltungen in der Lage, die drei linearen Photosensorarrays 12, 13 und 14 mit Untermikrometer-Präzision auszurichten und zu beabstanden. Die kombinierte räumliche Präzision des beschriebenen trichromatischen Strahlteilers 56 und der drei Photosensorarraydetektoren 12, 13 und 14 ermöglicht eine genaue Koinzidenz der erfaßten Bilder mit der Ein-Bildlinie des Originals.
In Fig. 7 sind der trichromatische Strahlteiler 56 und der Photosensor 11 in einer Seitenansicht gezeigt. Aufgrund von Abweichungen in der Weglänge durch Glas zwischen den drei getrennten Farbkomponenten sind der Strahlteiler 56 und der Photosensor 11 angebracht, um einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 90 Grad aufzuweisen, typischerweise 80 Grad für einen nominellen Glasbrechungsindex. Der eingeschlossene Winkel ist von der Brennweite zwischen der Linse und dem Photosensor unabhängig. Bei dem eingeschlossenen Winkel werden die drei getrennten Farbkomponenten ordnungsgemäß auf jedes jeweilige lineare Photosensorarray 12, 13 und 14 fokussiert. Die räumliche Trennung der Arrays 12, 13 und 14 ist direkt durch die Dicke der Glasplatten 60 und 62, der dichroitischen Schichten 50, 52 und 54 und der Brechungsindizes des optischen Trägermediums 60 und 62 bestimmt. (Standardlinsengleichungen sind verwendet, um den Winkel und die Trennabstände zu berechnen.) Der trichromatische Strahlteiler 56 und der Photosensor 11 sind vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, das die gewünschten Winkel und Abstände bewahrt und das die Teile in einem einzelnen Paket festigt.
In der Optik ist gut bekannt, daß ein fokussierter Lichtstrahl, der in einem anderen Winkel als 90 Grad durch eine Glasplatte durchgelassen wird, schiefen sphärischen Abweichungen unterworfen ist. Dies verursacht einen Astigmatismus. Zunehmende Glasdicken und Einfallswinkel verschlimmern den Astigmatismus. Die roten, blauen und grünen spektralen Komponenten erfahren unterschiedliche Verschlechterungsgrade aufgrund ihrer unterschiedlichen Weglängen durch das Glas und den hohen Einfallswinkel (45 Grad). Dies beeinträchtigt den Brennpunkt und die Auflösung der Farbtrennungstechnik in dem Maße, daß die chromatischen Brennpunkte durch den trichromatischen Strahlteiler jenseits der Brennweite, die durch die Abbildungslinse geliefert wird, auftreten.
Die Dicke der Glasplatten 60 und 62 und der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 sowie die räumliche Trennung der drei Photosensorarrays 12, 13 und 14 in dem Photosensor 11 sind kollektiv minimiert, um die anderfalls optischen Unzulänglichkeiten vernachlässigbar zu machen und Kosten zu minimieren. Da dünne Glasplatten (in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm) schwer zu schleifen und ohne wesentliche Verwölbungen zu beschichten sind, umfaßt ein bevorzugtes Verfahren der Strahlteilerherstellung ein dickes Glassubstrat 70, das in Fig. 8 gezeigt ist, ausgehend von dem der trichromatische Strahlteiler 56 aufgebaut wird. Bei diesem bevorzugten Verfahren wird das dicke Glassubstrat 70 flach geschliffen, poliert und mit der dichroitischen Beschichtung 54 beschichtet. Die Glasplatte 62 wird unter Verwendung eines optischen Klebstoffes angeklebt. Die freiliegende Oberfläche der Glasplatte 62 wird dann flach geschliffen und poliert, um die gewünschte Dicke der Beschichtung, des Klebers und des Glases zu liefern, wie über die zusammengesetzte Struktur gemessen wird. Auf die gleiche Art und Weise wird die Glasplatte 62 mit der dichroitischen Beschichtung 52 beschichtet, dann an die Glasplatte 60 geklebt, wobei jetzt die Oberfläche der Platte 60 auf die gewünschte Dicke geschliffen und poliert wird. Zuletzt wird die dichroitische Beschichtung 50 auf der freiliegenden Oberfläche der Platte 60 abgeschieden. Unter Verwendung dieses Herstellungsverfahrens kann der trichromatische Strahlteiler 56 aus relativ großen Glasplatten hergestellt werden, aus denen viele Strahlteiler bei minimalen Stückkosten geschnitten werden können.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel verwendet ein einzelnes Paar von Strahlteilerplatten und ein einzelnes Prisma. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist der einfallende Lichtstrahl ausgerichtet, um auf eine erste Basisseite 30 eines rechtwinkeligen Prismas 1 mit einem senkrechten Winkel aufzutreffen und in demselben zu der Hypotenusenseite 32 des Prismas 1 durchgelassen zu werden, auf welche der Lichtstrahl in einem Winkel von 45 Grad trifft. Der zusammengesetzte Strahlteiler 56 von Fig. 4, der aus den Strahlteilern 2 und 3 besteht, ist an demselben angebracht. Eine trichromatische Trennung der roten, grünen und blauen spektralen Komponente des einfallenden Lichtstrahles findet wie oben beschrieben statt. Die drei reflektierten Strahlkomponenten betreten erneut das Prisma 1 und werden zu der zweiten Basisseite 34 des Prismas geleitet. Die Strahlkomponenten verlassen das Prisma in einem Winkel von 90 Grad an dessen Basisseite 34 und mit einer räumlichen Trennung der optischen Achse von 2 x, wobei x die Dicke des Glases, des optischen Klebers und der dichroitischen Beschichtung zwischen zwei benachbarten dichroitischen Beschichtungen ist. Ungeachtet der Linse, die verwendet wird, um durch den Strahlteiler 56 zu fokussieren, werden die Lichtstrahlen der drei Komponenten auf eine Fläche fokussiert, die in einem Winkel Theta = arctan 2 (n-1/n) bezüglich der zweiten Basisseite 34 des Prismas 1 orientiert ist, wobei n der Brechungsindex des Glasprismas 1 und der Strahlteilerplatten ist (für n = 1,517 gilt: Theta = 34,28 Grad). Die drei linearen Photosensoren mit linearem Array 12, 13 und 14 sind, wie oben beschrieben, an dem Ort der Brennpunkte der drei Strahlkomponenten auf der Ebene in einem Winkel Theta ausgerichtet. Der trichromatische Strahl teiler 56 mit dem Prisma 1 ermöglicht einen Einfallswinkel von 90 Grad auf das Glas und eine chromatische Fokussierung auf jedes Sensorarray 12, 13 und 14.
Um den Photosensor 11 auszurichten, um senkrecht auf den optischen Achsen der farb-getrennten Strahlen zu stehen, wird der duale trichromatische Strahlteiler mit Prisma 59, der in Fig. 10 gezeigt ist, verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Weglängen durch Glas der farb-getrennten Strahlen durch die reziproke Anordnung der trichromatischen Strahlteiler 56 und 58 angeglichen.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist der einfallende Lichtstrahl ausgerichtet, um in einem senkrechten Winkel auf die Hypotenusenseite 32 des rechtwinkeligen Prismas 1 zu treffen und in demselben zu einer ersten Basisseite 30 des Prismas 1 durchgelassen zu werden, auf welches der Lichtstrahl in einem Winkel von 45 Grad trifft. Der zusammengesetzte Strahlteiler 56 von Fig. 4 ist an demselben befestigt. Eine trichromatische Trennung der roten, grünen und blauen spektralen Komponente des einfallenden Lichtstrahles findet wie oben beschrieben statt. Die reflektierten Strahlen der drei Komponenten betreten erneut das Prisma 1 und werden zu der zweiten Basisseite 34 des Prismas 1 geleitet, wobei jeder getrennte Strahl in einem Einfallswinkel von 45 Grad auf die zweite Basisseite 34 trifft. Ein zweiter zusammengesetzter Strahlteiler 58 ist an der zweiten Basisseite 34 des Prismas 1 angebracht. Die Platten 60 und 62 und die dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 in den Strahlteilern 56 und 58 sind identisch. Jedoch sind die Orientierung der zusammengesetzten Strahlteiler 56 und 58 und der dielektrischen Mehrschicht-Beschichtungen 50, 52 und 54 auf jeder Basisseite 30 und 34 des Prismas 1 umgekehrt, so daß die Weglängen der Strahlen jeder Farbkomponente, die den trichromatischen Prismastrahlteiler 59 betreten und verlassen, identisch sind. D.h. ein Strahl einer Farbkomponente, z.B. blau, wird an der dichroitischen Beschichtung 50 auf Platte 60, die auf der Basisseite 30 liegt, reflektiert. Als nächstes wird die blaue Komponente an der dichroitischen Beschichtung 50 auf der Platte 60, die benachbart zur Basisseite 34 liegt, reflektiert. Auf die gleiche Art und Weise wird der Strahl der roten Farbkomponente von dem mittleren Filter 52 auf der Basisseite 30 zu dem mittleren Filter 52 auf der Basisseite 34 geleitet, und die grüne Komponente wird von einem rückseitigen Filter 54 auf ein vorderseitiges Filter 54, wie in Fig. 10 gezeigt ist, reflektiert. Die von dem trichromatischen Strahlteiler 58 benachbart zu der Basisseite 34 reflektierten Strahlen werden aus dem Prisma 1 geleitet. Die Strahle sind senkrecht zu der Hypotenusenseite 32 und parallel zu dem einfallenden Lichtstrahl. Die Dicke der Strahlteiler-Glasplatten 60 und 62 und der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 bestimmen die Trennung der reflektierten Strahlen. Somit schafft der trichromatische Strahlteiler 59 für alle Farbkomponenten eine gleiche Weglänge durch das Glas. Ferner betritt und verläßt das Licht das Prisma in einem senkrechten Einfallswinkel.
Ein alternativer trichromatischer Strahlteiler 59 könnte auf das Prisma 1 verzichten. Ohne das Prisma 1 trifft ein einfallendes Licht mit 45 Grad auf die Strahlteiler 56 und 58, wobei astigmatische Brennpunkte an dem Brennpunkt des Photosensors 11 erzeugt werden. Der Wirkungsgrad aufgrund des Astigmatismus ist eine Funktion der Brennweite der Projektionslinse in dem dazugehörigen optischen System, der räumlichen Trennung der verschiedenen dichroitischen Beschichtungen, die den trichromatischen Strahlteiler bilden, und des Einfallswinkels der Strahlen. Der primäre Vorteil eines solchen alternativen Ausführungsbeispiels ist das Entfernen des Glases aus dem optischen Weg, das eine Linse korrigieren muß.
Ausschließlich beispielsweise ist ein optisches System, das den trichromatischen Strahlteiler 59 von Fig. 10 verwendet, in den Fig. 12 und 13 gezeigt. Ein ähnliches optisches System kann mit dem Strahlteiler 56 und 58 und dem prismenlosen Strahlteiler 59 in den Fig. 7, 9 bzw. 10 oder einem Strahlteiler, der einen einfallenden Lichtstrahl durch die Zusammensetzung von mehreren Strahlteilerplatten in mehr als drei spektrale Bänder trennt, verwendet werden. Eine Bildlinie 7 eines ursprünglichen Objeks wird durch eine Öffnung 75, wie in Fig. 12 gezeigt ist, durch eine Linse 6 durch die Hypotenusenseite des Prismas 1 projiziert, so daß die optische Achse des einfallenden Strahls senkrecht zu dieser Seite ist. Die Öffnung 75 ist aufgebaut, um Bilder von weit entfernten benachbarten Objektlinien um die Hauptobjektlinie 7 herum zu blockieren, die es andererseits mehreren getrennten Bildern ermöglichen würden, auf die Photosensoren zu treffen. Der einfallende Strahl wird in seine drei Farbkomponenten getrennt, wie oben beschrieben ist. Die blaue, rote und grüne Komponente verlassen das Prisma 1 als Bildlinien 8, 9 bzw. 10. Da die einzelnen Weglängen der Strahlen der Farbkomponenten durch den Strahlteiler 58 identisch sind, befinden sich die Bildlinien 8, 9 und 10 auf einer einzigen Ebene, die senkrecht zu der Hypotenusenseite des Prismas 1 ist. Die räumliche Trennung der drei Bildlinien 8, 9 und 10 ist durch die Glasplattenbeabstandung der sechs dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 auf den Strahlteilerplatten 60 und 62 bestimmt. Durch sorgfältiges enges Tolerieren der einzelnen Dicken der Strahlteilerplatten 60 und 62 kann die räumliche Trennung der fokussierten Bildlinien 8, 9 und 10 sehr genau bestimmt und beibehalten werden. Dieses Merkmal ist zur trichromatischen Photoerfassung auf dem monolithischen Festkörperphotosensor 11, der in den Fig. 12 und 5 gezeigt ist, besonders geeignet. Jede Bildlinie 8, 9 und 10 wird durch einen der drei parallel beabstandeten Photosensoren 12, 13 und 14 elektronisch erfaßt.
Eine Ansicht des Aufbaus des beschriebenen trichromatischen Strahlteilers 59 ist in Fig. 11 gezeigt. Die vier Strahlteilerplatten 2, 3, 4 und 5 sind wie gezeigtüber dem Prisma 1 orientiert und mit einem optischen Kleber gemäß einer Standardpraxis sicher aneinander befestigt. Der optische Kleber ist ausgewählt, um einen mit dem Glas übereinstimmenden Brechungsindex aufzuweisen. Typische optische Kleber sind Polyester oder Acrylbasen. Beim Prozeß des Zusammenbauens ist es wichtig, die Klebeliniendicke zu minimieren, vorzugsweise auf Kleberfilme von Mikrometer- bis Untermikrometer- Dicke, um zufällige Veränderungen der Beabstandung der dichroitischen Beschichtungen auf den Strahlteilerplatten zu minimieren. Dies wird typischerweise durch die Anwendung von Hitze oder Druck auf die zusammengesetzte Struktur während des Klebeprozesses erreicht.
Bezugnehmend nun auf die Strahlteilerdimensionierung, die in Fig. 10 gezeigt ist, beträgt, angenommen die dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 sind um einen Abstand X voneinander getrennt, die verursachte Trennung der drei Brennpunkt-Bildlinien 8, 9 und 10 2 (2x). Die Trennung der dielektrischen optischen Filter 50, 52 und 54 wird durch die Glasplattendicke dominiert (die Dicke der Filter 50, 52 und 54 beträgt für standardmäßige dichroitische Beschichtungen typischerweise 3 Mikrometer). Folglich bestimmt die Glasplattendicke grundsätzlich die Trennung zwischen den Bildlinien 8, 9 und 10. Veränderungen der Trennung der Bildlinien 8, 9 und 10 werden durch Veränderungen der Glasplattentrennung bestimmt. Um z.B. eine Beabstandungstoleranz der Bildlinien 8, 9 und 10 von 7 Mikrometern (die Hälfte eines standardmäßigen 13 Mikrometer-Photoelements) beizubehalten, ist eine Glasplattendicke-Toleranz von 2,5 Mikrometer (0.0001 Inch) erforderlich. Eine solche Glasdickengenauigkeit ist unter Verwendung herkömmlicher Schleif- und Polier-Verfahren und herkömmlicher Ausrüstung erreichbar. Die Weglänge der Farbkomponenten durch den trichromatischen Strahlteiler 59 beträgt (2)1/2A + 2(2)1/2X, wobei A die Abmessung der Basisseite des Prismas 1 ist, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Vernünftig kleine Abweichungen der Basis- und Platten-Abmessungen können üblicherweise durch normale Brennweiten-Charakteristika der meisten Linsen gehandhabt werden.
Wie vorher gezeigt, weisen die Bildlinien 8, 9 und 10 und die Photosensorarrays 12, 13 und 14 vorzugsweise übereinstimmende Beabstandungen auf. Folglich sollte die Beabstandung zwischen den Photosensorarrays 12, 13 und 14 2(2x) sein, wenn die Beabstandung zwischen den dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 in dem Strahlteiler 59 gleich x ist, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Somit erfordert eine Arraybeabstandung von 1,0 mm eine Dicke der Strahlteilerplatten 60 und 62 von 0,35 mm für den Strahlteiler 59. Unter normalen Bedingungen werden dichroitische Beschichtungen 50, 52 und 54, die auf Glasplatten einer solch kleinen Dicke angebracht werden, ein leichtes Durchbiegen der Glasplatte verursachen. Während des Zusammenbaus des Strahlteilers 59 kann die Durchbiegung durch das Haftvermögen und die Gleichförmigkeit der Platte mit der starren flachen Oberfläche des Prismas 1 jedoch beseitigt werden. Vernünftige minimale Arraybeabstandungen für CCD-Photodiodenarrays sind etwa 0,2 bis 0,3. Solche minimalen Beabstandungen diktieren Strahlteilerplatten 60 und 62 in der Größenordnung von 0,07 bis 0,2 mm Dicke, abhängig von dem verwendeten Strahlteilerausführungsbeispiel. Um diese Abmessungen bei der Herstellung zu erreichen, ist die vorher beschriebene Herstellungstechnik von Fig. 8 empfohlen. Es ist offensichtlich, daß diese Technik auf alle vorher genannten trichromatischen Strahlteilerausführungsbeispiele anwendbar ist.
Die Profilansicht von Fig. 12 zeigt ein "Projektions"-Bildaufnahmesystem. D.h., eine relativ lange Objektlinie 7 wird über die Linse 6 in kleinere Bildlinien 8, 9 und 10 projiziert. In einem solchen System müssen die Photoelemente 80, die in Fig. 6 gezeigt sind, in den Photosensorarrays 12, 13 und 14 proportional kleiner sein als die gewünschte Abtastauflösung des Originals. Die Vorteile einer Abtastvorrichtung eines solchen "Projektions"-Typs ist die Verwendung von kleinen Photosensorarrays 12, 13 und 14.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf "Projektions"-Optiken begrenzt und ist tatsächlich völlig auf weitere Produkt- und Anwendungs-Formen ausdehnbar. Insbesondere können der vorliegende trichromatische Strahlteiler 59 und der Photosensor 11 mit drei linearen Arrays mit einer Faserarray- Linse 15 aufgebaut sein, um einen "Kontakt"-Typ-Abtastkopf 57 herzustellen, der in Fig. 14 gezeigt ist. "Kontakt"- Typ-Abtastköpfe 57 verwenden grundsätzlich Linsen mit Einheitsvergrößerung. Als solches können die Linse und der Sensor raumsparend in nächster Nähe des Originals befindlich sein. (Der Abtastkopf berührt das Original nicht tatsächlich, wie dies der Name glauben läßt.)
Faserarray-Linsen 15 sind auf dem Gebiet der Bildaufnahme gut bekannt und sind ein Produkt der Nippon Sheet Glass (Japan) unter dem Namen SelFoc-Linse. Die Faserarray-Linsen 15 sind mit kleinen und großen Längen, wie z.B. der Breite einer Seite, erhältlich. Die Faserarray-Linsen 15 sind aus Glasfasern einer gegebenen Länge hergestellt. Jede Faser wirkt als eine einzelne Linse, da eine chemische Behandlung den Brechungsindex als eine Funktion des Radius verändert. In diesem Fall projiziert das Linsenarray 15 die Bildlinie eines Originals 7 durch den trichromatischen Strahlteiler 59 zu dem Sensor 11 mit drei linearen Arrays. Die Länge des Linsenarrays 15, des Strahlteilers 59 (oder anderer vorher beschriebener Strahlteilerausführungsbeispiele) und des Photosensors 11, während er sich in Fig. 14 in die Seite bewegt, ist durch die Anwendung bestimmt: relativ große Längen für eine Abtastung der Breite einer Seite (z.B. 21,6 cm (8,5 Inch) lang) oder kleine Längen für eine Abtastung des "Überquerungs"-Typs, bei der durch einen externen Mechanismus bewirkt wird, daß der Abtastkopf 57 rückwärts und vorwärts das Originalobjekt überquert. Für eine äquivalente Abtastauflösung erfordert der Abtastkopf des Kontakt-Typs 57, der in Fig. 14 gezeigt ist, (Einheitsvergrößerung) eine proportional weniger strenge Toleranz der Dicke der Strahlteilerplatten 2, 3, 4 und 5, verglichen mit dem Scanner des Projektionstyps, der in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist. Auf der anderen Seite muß der Kontakt-Scanner 57 für eine äquivalente Abtastbreite proportional länger sein, wie durch das Verhältnis der Linservergrößerungen zu erkennen ist, es sei denn der Abtastkopf 57 wird quer über das Original bewegt.
Ein wesentlicher Vorteil der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 gegenüber anderen Filtrationstechniken ist die Entwurfsvielseitigkeit bezüglich der Bandpaßwellenlängen und der Steigungs- und Übergangs-Charakteristika des Bandpasses. Ein Bandpaß mit einer sehr scharfen Stufenfunktion, ebenso wie ein gesteuerter Steigungübergang zu benachbarten Farbbändern wird durch eine Anzahl von Schichten, Materialtypen und Beschichtungsschichtdicken in einem gegebenen Filter gesteuert. Im sichtbaren Spektrum kann eine sehr deutliche Bandpaßunterscheidung zwischen rot, grün und blau oder zyan, magenta und gelb erreicht werden. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche organische Farbstoffilter, die nach dem Stand der Technik verwendet werden, typischerweise nicht so gut definiert und haben üblicherweise feste Band- oder Mehrband-Filtrationschrakteristika, die letztlich eine genaue Farbtrennung verhindern, gewöhnlich aufgrund einer Untersättigung einer gegebenen erfaßten trichromatischen Farbe.
Die Lehren der vorliegenden Erfindung wurden grundsätzlich auf Farbdokumentabtastung angewendet. Abgetastete Dokumentbilder werden in diesem Fall auf einem Farbmonitor angezeigt. Die Genauigkeit der Farbtrennung wird durch die Gleichheit der angezeigten Bildfarben bezüglich derer des Originaldokuments beurteilt. Um eine Farbwiedergabetreue zu erreichen, muß die Farbtrennung mit den spektralen Charakteristika der einzelnen Rot-, Grün- und Blau-Leuchtstoffe in dem Monitoranzeigebildschirm übereinstimmen. Dies wurde durch die Verwendung dichroitischer Strahlteiler 16 und 17 und eines Leuchtstoff-zugeschnittenen Fluoreszenzleuchtkörpers 22 in einer Testvorrichtung, die in Fig. 15 gezeigt ist, erreicht. Die Testvorrichtung verwendete drei CCD-Photosensoren mit einzelnen linearen Arrays 18, 19 und 20 (Toshiba TCD 102 C-1) mit einem Array von 2.048 Elementen.
Gemäß Fig. 15 beleuchtet eine Fluoreszenzlichtquelle 22 die Oberfläche eines Originaldokuments 21. Eine Bildlinie des Originals 7 wird durch die Linse 6 auf eine Strahlteileranordnung projiziert, die aus dichroitischen Strahlteilern 16 und 17 besteht. Die Strahlteiler 16 und 17 sind flache Glasplatten, die auf einer Seite mit dichroitischen Beschichtungen 50 bzw. 52 beschichtet sind. Der Strahlteiler 16 ist entworfen, um blaues Licht zu refelektieren, während er rote und grüne spektrale Bänder durchläßt. Das blaue Licht wird zu einem ersten CCD-Photosensor mit linearem Array 18 reflektiert, wobei der Strahlteiler 16 in einem Winkel von 45 Grad bezüglich des einfallenden Lichtstrahles geneigt ist. Der Strahlteiler 17 reflektiert rotes Licht zu einem zweiten CCD-Photodiodenarray-Sensor 20. Die Strahlteilerplatten sind kommerziell erhältliche Blau- und Rot-45 Grad-Dichroic Color Separation Filters von den Optical Coating Lab. Die grüne Bildlinie, die beide Strahlteilerplatten durchläuft, wird durch den dritten CCD-Photodiodenarray-Sensor 19 aufgenommen. Die Strahlteilerplatte 17 ist ebenfalls in einem Winkel von 45 Grad ausgerichtet, wie gezeigt ist.
Die Bandpaßcharakteristika der gesamten Strahlteileranordnung von Fig. 15 ist in Fig. 16 gezeigt. Obwohl die Übergangswellenlängen zwischen den Farbbändern für eine Trennung deutlich und spektral genau sind, teilen die reflektierten Bänder nicht die spektrale Form und Ausgewogenheit der Farbpalette der Ausgabevorrichtung. Die Ausgabevorrichtungen umfassen Monitore und Druckvorrichtungen. Eine spektrale Genauigkeit wird in diesem Fall am einfachsten durch eine spektrale Zuschneidung der Lichtquelle 22 geliefert. Fluoreszenzleuchtkörper-Leuchtstoffe können gemischt werden, um eine große Vielfalt von Spektren zu erhalten. Die spektralen Bandpaßcharakteristika der dichroitischen Beschichtungen 50 und 52 können verwendet werden, um die Leuchtstoffe des Leuchtkörpers 22 derart auszuwählen, daß die Farbtrennung der Beschichtungen 50 und 52 mit den Leuchtstoffen der Monitoranzeige übereinstimmt. Das Ergebnis der HP-Color-Model- Studie war eine Leuchtkörperspezifikation, die durch Sylvania Lamp verwendet wurde, um den Prototypen einer Scannerleuchtkörperquelle 22 zu schaffen. Das festgelegte Leuchtstoffrezept (von der Hewlett-Packard Company) und die Spektren des Prototyp-Leuchtkörpers, wie hergestellt und gemessen von Sylvania, sind in Fig. 17 gezeigt.
Die Spektren des spektral zugeschnittenen Fluoreszenzleuchtkörpers, die durch die dichroitischen Strahlteiler 16 und 17 getrennt und durch die CCD-Photodiodenarrays 18, 19 und 20 erf aßt werden, werden durch eine Farbskala erzeugt, die nahezu äquivalent der Standardmonitor-Leuchtstoffausgabe ist.
Fig. 18 ist ein schematisches Diagramm, das eine Teilschnittansicht der optischen Komponente 100, die als eine trichromatische Strahlteilervorrichtung verwendet wird, zeigt. Gemäß Fig. 18 ist ein Eingangsstrahl 102 durch eine Linse 104 fokussiert, die durch einen Linsenhalter 106 gehalten wird, welcher in der Lage ist, die Linse sehr genau auf die Detektoroberfläche des Dreilinien-CD-Arrays 108 zu fokussieren. Der Eingangsstrahl 102 trifft auf die optischen Oberflächen des optischen Separators 100 und wird in drei vorbestimmte Farben getrennt, um drei optische Strahlen mit vorbestimmten Spektralbereichen zu bilden, die durch die dichroitischen Schichten, die auf den optischen Oberflächen des optischen Separators 100 plaziert sind, sorgfältig ausgewählt werden. Gemäß Fig. 18 ist die erste Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 110 derart angeordnet, daß der Einfallswinkel der optischen Achse des Eingangsstrahls 102 näherungsweise 22,5 Grad beträgt. Der Eingangsstrahl 102 wird dann in drei räumlich und spektral getrennte Strahlen geteilt, die zu einer zweiten Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 112 gesendet werden, die ebenfalls in einem Winkel von 22,5 Grad zu den optischen Achsen jedes räumlich und spektral getrennten optischen Strahls angeordnet ist. Die zweite Vorrichtung 112 mit dichroitischen Schichten ist normalerweise auf die gleiche Art und Weise wie die erste Vorrichtung 110 mit dichroitischen Schichten aufgebaut, so daß die drei getrennten optischen Strahlen, die von der zweiten Vorrichtung mit dichroitischen Schichten durchgelassen werden, bis zu einer vorbestimmten Bildebene gleiche optische Weglängen aufweisen. Gemäß Fig. 18 ist die Detektorvorrichtung 108 auf der Bildebene angeordnet, die im wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse des Eingangsstrahles 102 ist. Jeder der drei räumlich und spektral getrennten optischen Strahlen ist auf ein getrenntes Linien-Detektorarray auf dem Detektor 108 fokussiert, so daß eine Linienabtastung z.B. eines Dokuments jede der Farben aus der Linienabtastung zur Folge hat, welche gleichzeitig als eine Folge der gleichen optischen Weglängen jedes der einzelnen spektralen getrennten Strahlen auf der Detektoroberfläche des Detektors 108 erfaßt wird. Die Vorrichtungen mit den dichroitischen Schichten 110 und 112 werden genau an ihren Positionen gehalten, wie durch eine Befestigungsvorrichtung 114 gezeigt ist, die Armträger-Strukturen 116, 118 und 120 einschließt, die sich zwischen zwei Seitenabschnitten erstrecken. Die Trägerstruktur 114 ist in den mittleren Abschnitten offen, um es dem Licht zu ermöglichen, zu der optischen Komponente 100 und nachfolgend zu dem Detektor 108 gesendet zu werden. Der Detektor 108 ist mittels der Grenzflächenoberflächen 122 und 124 ebenfalls genau in der Befestigungsvorrichtung 114 positioniert. Signale, die von dem Detektor 108 hergeleitet werden, werden über Verbinder 128 und 130, die eine Mehrzahl von Verbindern aufweisen, direkt zu einer Schaltungsplatine 126 geführt.
Fig. 19 zeigt eine alternative Art und Weise, auf die die optischen Komponenten aufgebaut und verwendet sein können. Gemäß Fig. 19 kann die optische Komponente 132 verwendet werden, um einen Eingangsstrahl 134 in drei getrennte räumlich und spektral getrennte Strahlen 136, 138 und 140 zu teilen. Alternativ kann die optische Komponente 132 verwendet werden, um drei räumlich und spektral getrennte Eingangsstrahlen 142, 144 und 146 in einen einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl 148 zu kombinieren, welcher spektral und räumlich jeden der Eingangsstrahlen derart kombiniert, daß alle optischen Achsen der Eingangsstrahlen 142, 144 und 146 zusammenfallen, wie durch den Ausgangsstrahl 148 gezeigt ist. Selbstverständlich können alle optischen Vorrichtungen, die hierin dargestellt und beschrieben sind, auf diese Art und Weise als ein optischer Kombinierer verwendet werden, solange die optischen Achsen aller räumlichen und spektralen Strahlen ordnungsgemäß bezüglich der optischen Komponente, wie z.B. der optischen Komponente 132, angeordnet sind.
Fig. 19 zeigt ferner die Art und Weise, auf die jede der Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten 150 und 152 aufgebaut sein kann. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, weist eine Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 150 ein im wesentlichen transparentes optisches Trägermedium 154 auf, das auf beiden Seiten mit dichroitischen Schichten 156 und 158 beschichtet ist. Das im wesentlichen transparente optische Trägermedium 154 wird durch Beabstandungen 160 und 162 getragen, die an einer Substratvorrichtung 164 mit entweder einer total reflektierenden Oberfläche 166 oder einer Oberfläche, die mit einer weiteren dichroitischen Schicht beschichtet ist, um einen spezifizierten spektralen Bereich zu liefern, der von der Oberfläche 166 reflektiert werden soll, angebracht sind. Der Raum zwischen der Oberfläche 166 und der dichroitischen Schicht 158 kann eine Luftlücke aufweisen, kann mit einem optisch transparenten Medium gefüllt sein oder kann evakuiert sein, abhängig von der Anwendung der optischen Komponente 132. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, kann das optisch transparente Trägermedium 154 eine Glasplatte aufweisen, die in der Umgebungsluft einen höheren Brechungsindex aufweist, wodurch bewirkt wird, daß die einzelnen optischen Strahlen mit unterschiedlichen Winkeln gebrochen werden. Da die optischen Oberflächen in der Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 152 umgekehrt sind, sind die optischen Weglängen derart eingestellt, daß sie zu einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu den optischen Achsen jedes der einzelnen Strahlen ist, gleich lang sind. Selbstverständlich gilt dies unabhängig davon, ob die optische Komponente 132 als ein Farbseparator oder ein Farbkombinierer verwendet wird. Der Unterschied des Brechungsindex der Glasplatte gegenüber der Luftlücke verursacht keine Änderung der optischen Weglängen aufgrund der Tatsache, daß die Oberflächen, von denen die Strahlen reflektiert werden, auf der nachfolgenden Vorrichtung mit dichroitischen Schichten umgekehrt sind, solange die Glasplatte eine Weglänge aufweist, die der Luftweglänge der Luftlücke äquivalent ist.
Wie in beiden Fig. 18 und 19 gezeigt ist, beträgt der Einfallswinkel für jede der Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten näherungsweise 22,5 Grad. Der geringe Einfallswinkel und die äußerst geringe Größe der Platte, die in vielen Anwendungen verwendet wird, haben einen minimalen Astigmatismus zur Folge, so daß aufwendigere optische Prismen ohne eine bemerkenswerte Verschlechterung der optischen Qualität beseitigt werden können.
Fig. 20 zeigt eine optische Komponente 168, die auf eine alternative Art und Weise aufgebaut sein kann. Die optische Komponente 168 kann erste und zweite Vorrichtungen mit dichroitschen Schichten 170 und 172 aufweisen, die entweder für das spektrale und räumliche Kombinieren oder Trennen von optischen Strahlen verwendet werden können. Wie gezeigt, besitzt die Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 170 ein im wesentlichen transparentes optisches Trägermedium 174, das zwei dichroitische Schichten 176 und 178, die auf zwei im wesentlichen flachen Seiten angeordnet sind, aufweist. Das im wesentlichen optisch transparente Trägermedium 174 ist an einem Substrat 118 mit entweder einer total reflektierenden Oberfläche 182 oder einer Oberfläche, die mit einer weiteren dichroitischen Schicht beschichtet ist, um einen spezifizierten Spektralbereich zu liefern, der von der Oberfläche 166 reflektiert wird, mittels eines optischen Klebers 184 angebracht, welcher in der Lage ist, im wesentlichen die gesamte optische Strahlung durchzulassen. Der optische Kleber, wie z.B. vorher oben offenbart, kann einen Brechungsindex aufweisen, der genau mit dem des optisch transparenten Trägermediums 174 übereinstimmt, um eine Änderung des Brechungswinkels in der Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 170 zu verhindern. Wie oben erwähnt wurde, muß das optisch transparente Trägermedium 174 für viele Anwendungen sehr dünn sein, um die gewünschte Beabstandung zwischen den Strahlen zu erzeugen. Die Beschichtung der dichroitischen Schichten 176 und 178 auf den Glasplatten 174 kann ein Durchbiegen oder Verwölbungen des optisch transparenten Trägermediums 174 zur Folge haben. Jedoch besitzt das Substrat 180 eine ausreichende Dicke, um Verwölbungen zu verhindern, und weist eine im wesentlichen flache reflektierende Oberfläche 182 auf, an der das optisch transparente Trägermedium 174 mittels des optisch transparenten Klebers 184 angebracht werden kann. Eine ordnungsgemäße Befestigung des optisch transparenten Trägermediums 174 an der im wesentlichen flachen reflektierenden Oberfläche 182 kann eine ausreichende Unterstützung liefern, um eine im wesentlichen flache Oberfläche auf dem optisch transparenten Trägermedium 174 beizubehalten. Je dünner die Kleberschicht zwischen dem optisch transparenten Trägermedium 174 und der im wesentlichen flachen reflektierenden Oberfläche 182 ist, desto weniger biegsam wird selbstverständlich die Klebelinie, die wiederum eine weitere relative Bewegung einschränkt. Um sogar eine zusätzliche Unterstützung zu liefern, kann eine Glasplatte mit einer dünnen Kleberschicht auf beiden Seiten anstelle des optischen Klebers 184 verwendet werden. Wiederum würde die Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 172 typischerweise auf die gleiche Art und Weise wie die Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 170 aufgebaut sein, um die gesamte optische Komponente 168 zu vereinfachen.
Fig. 21 zeigt eine alternative Art und Weise des Aufbaus einer Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 186. Fig. 21 zeigt wiederum, daß die Vorrichtung mit dichroitischen Schichten 186 entweder als Strahlteiler oder als Strahlkombinierer verwendet werden kann. Außerdem ist nur eine zusammengesetzte dichroitische Komponente 186 dargestellt, obwohl sicherlich zusätzliche zusammengesetzte Vorrichtungen mit dichroitischen Komponenten verwendet werden können, um die optischen Weglängen auszugleichen und die optischen Strahlen zu unterschiedlichen Orten zu leiten.
Fig. 21 zeigt ferner, daß eine Mehrzahl von optisch transparenten Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196 verwendet werden können, um eine Mehrzahl von Strahlen entweder zu trennen oder zu kombinieren. Selbstverständlich kann unter Verwendung der Techniken der vorliegenden Erfindung eine beliebige Anzahl von Strahlen kombiniert oder getrennt werden. Wie in Fig. 21 gezeigt ist, besitzt jedes der optisch transparenten Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196 eine dichroitische Schicht 198, 200, 202, 204 und 206, die auf deren vorderseitigen Schicht angeordnet ist. Beabstander 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220 und 222 tragen und trennen jedes der optisch transparenten Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196. Wenn eine große Trennung der einzelnen spektralen Strahlen stattfindet oder erwünscht ist, ist die Vorrichtung 186 mit dichroitischen Schichten, die in Fig. 21 dargestellt ist, ideal geeignet. Die Beabstandung, die durch die Beabstander 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220 und 222 geliefert wird, kann variiert werden, um die zunehmende Dicke, wie z.B. die zunehmende Glasdicke jedes der optisch transparenten Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196 zu berücksichtigen, während der Strahl durch die Vorrichtung 186 mit dichroitischen Schichten übertragen wird, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung jedes der einzelnen spektralen Strahlen sicherzustellen. Selbstverständlich können der optische Kleber, der Einfallswinkel, die Plattendicken, die Verwendung von Prismen oder andere Techniken, die hierin beschrieben sind, in jeder der gezeigten Vorrichtungen verwendet werden, um die Wirkungen von Astigmatismus zu reduzieren oder andere mögliche Probleme zu verhindern. Es sollte selbstverständlich offensichtlich sein, daß eine beliebige Form von Tragen und Trennen im wesentlichen paralleler dichroitischer Ebenen zusätzlich zu den Glasplatten, Kleberschichten, Beabstandern, usw., die hierin offenbart sind, verwendet werden können. Das Verfahren des Tragens und Trennens einer Mehrzahl von dichroitischen Ebenen ist für die primäre Erfindung, die hierin offenbart ist, sekundär, welche die Verwendung einer Mehrzahl von dichroitischen Ebenen, die in einem Winkel zu den optischen Strahlen hinsichtlich entweder des räumlichen und spektralen Kombinierens oder Trennens der Strahlen angeordnet sind, aufweist. Außerdem kann das letzte optisch transparente Trägermedium 196 durch eine total reflektierende Oberfläche ersetzt werden, wie oben beschrieben wurde.
Fig. 22 zeigt weitere Realisierungen der optischen Komponente 224. Wie in Fig. 22 gezeigt ist, kann die Beabstandung der Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten 226 und 228 geändert werden, ebenso wie die Aufprallwinkel Theta&sub1; und Theta&sub2; der optischen Strahlen auf die Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten 226 bzw. 228. Außerdem kann der gesamt eingeschlossene Winkel Theta&sub3; ebenfalls verändert werden, um die optischen Strahlen auf eine vorbestimmte Ebene zu richten. Es ist möglich, gleiche optische Weglängen beizubehalten, ebenso wie die Beabstandung zwischen den optischen Achsen jedes der einzelnen spektralen Strahlen durch Verändern sowohl des Aufprallwinkels als auch der Plattendicken zu variieren. Wie vorher erwähnt wurde, können sich ferner die Materialien, die in den Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten 226, 228 verwendet sind, unterscheiden, um den Brechungsindex zu ändern, ebenso wie die Weglänge der optischen Strahlen in den Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten, um eine zusätzliche Form des Einstellens der optischen Komponente 224 zu liefern. Zu Zwecken der Einfachheit wurde Fig. 22, ebenso wie weitere Zeichnungen, die hierin offenbart sind, dargestellt, ohne die Brechungswinkel zu zeigen.
Fig. 23 ist eine schematische Seitenansicht eines Farbabbildungssystems 230, das ein Farbbild auf einem Aufzeichnungsmedium 232, das auf einer Bildebene positioniert ist, erzeugt. Wie in Fig. 23 gezeigt ist, liefert eine Beleuchtungsquelle 234 eine Quelle eines weißen Lichts, das durch Filter 236 gefiltert wird, um drei getrennte Farbstrahlen zu erzeugen, die vorbestimmte spektrale Bereiche aufweisen und als drei getrennte Beleuchtungsquellen wirken. Die Farbfilter 236 sind benachbart zu einer Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung 238 (LCD-Vorrichtung), die ferner in Fig. 24 dargestellt ist, positioniert.
Gemäß Fig. 24 besitzt die Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung 238 drei lineare Arrays 240, 242, 244 von Flüssigkristallanzeigeblenden, die in der Lage sind, Licht als Reaktion auf ein elektrisches Steuersignal in einer kontinuierlich veränderlichen Graustufung von im wesentlichen einem totalen Durchsatzpegel zu einem näherungsweisen Dunkel durchzulassen. Eine Auflösung von näherungsweise 1000 Elemente pro Inch kann in LCD-Arrays erhalten werden, wie z.B. dem, das in Fig. 24 gezeigt ist. Zum Vergleich kann ein Feinkornfilm typischerweise einen Auflösungsbereich von 600 bis 800 Linienpaaren pro Inch umfassen. Daher kann unter Verwendung von LCD-Blenden eine sehr hohe Auflösung erreicht werden. LCD-Blenden sind von mehreren Herstellern, eingeschlossen der EPSON-Corporation und der Sharp Corporation in Japan erhältlich.
Wiederum gemäß Fig. 23 wurden die drei optischen Strahlen 246, 248 und 250, die von der LCD-Blende 238 durchgelassen wurden, intensitätsmäßig eingestellt, um die Farbenintensität einer einzelnen Informationslinie darzustellen, um gemäß den Bildinformationen, die durch das Steuersignal geliefert werden, auf dem Aufzeichnungsmedium 232 aufgezeichnet zu werden. Die optischen Strahlen 246, 248 und 250 werden durch die optische Komponente 252 geleitet, die eine beliebige der optischen Komponenten aufweisen kann, die hierin offenbart sind, und durch eine Linse 254 auf das Aufzeichnungsmedium 232 fokussiert. Wie dargestellt ist, werden die drei getrennten Informationslinen, die von jeder der Linienmatrizen 240, 242 und 244 (Fig. 24) geliefert werden, in einen einzelnen Strahl kombiniert, der zusammenfallende optische Achsen aufweist, so daß jedes Pixelelement eine Kombination der drei primären Farben von jedem der optischen Strahlen 246, 248 und 250 aufweist. Dies hat eine sehr hohe Konvergenz und Linienschärfe zur Folge, die unter Verwendung anderer Techniken nicht möglich sind. Z.B. verwendet ein Verfahren, das zum Aufzeichnen von Dokumenten auf diese Art und Weise betrachtet wurde, einen CRT-Farbmonitor, der auf ein Aufzeichnungsdokument fokussiert ist, wobei jede der Farben sequenziell auf dem Aufzeichnungsmedium belichtet wird. Diese Technik erfordert nicht nur drei getrennte Belichtungen des Aufzeichnungsmedium, was teuer und zeitverbrauchend ist, sondern ferner sind die Linienschärfe und die Konvergenz aufgrund der Dreiergruppe von Farben, die bei CRT-Farbmonitoren erforderlich ist, extrem niedrig.
Die Aufzeichnungsmedien 232 von Fig. 23 können einen großen Bereich von Aufzeichnungsmedien einschließen. Z.B. könnte die vorliegende Erfindung zur Darstellung von Grafiken durch Verwendung eines speziellen Farbbelichtungspapier, das von der Mead Company erhältlich ist, verwendet werden. Das Mead-Papier ist derart beschichtet, daß es sich, wenn es Licht ausgesetzt wird, chemisch verändert. Das Papier läuft dann durch eine Walze, die die chemisch veränderte Beschichtung zerquetscht, um einen Farbdruck zu erzeugen. Außerdem kann das Aufzeichnungsmedium 232 einen photographischen Film oder ein beliebiges anderes Aufzeichnungsmedium aufweisen, das in der Lage ist, optische Strahlung, einschließlich nicht sichtbarer Strahlung, aufzuzeichnen. Walzen 256 sind wirksam, um das Aufzeichnungsmedium 232 weiter zu bewegen und können in einer kontinuierlichen oder in einer schrittweisen Form unter Verwendung eines Schrittmotors angetrieben werden, um der Art und Weise zu entsprechen, auf die das Steuersignal an die LCD-Blendenvorrichtung 238 angelegt wird. Alternativ kann die LCD-Blendenvorrichtung 238 drei Arrays von lichtemittierenden Dioden (LEDs) aufweisen, die als Reaktion auf ein Steuersignal drei unterschiedliche Lichtspektren erzeugen. In diesem Fall können die Beleuchtungsquelle 234 und die Filter 236 beseitigt sein.
Fig. 25 ist eine schematische Seitenansicht einer Projektionsvorrichtung unter Verwendung der optischen Komponente 260. Wie in Fig. 25 dargestellt ist, ist die optische Komponente 260 in einer Form aufgebaut, die ähnlich der optischen Komponente 168, die in Fig. 21 dargestellt ist, ist, jedoch eine beliebige der Realisierungen der optischen Komponente aufweisen kann. Wie vorher erwähnt wurde, kann die Beabstandung zwischen den Glasplatten hinsichtlich des Brechungsindex, der in den Glasplatten erzeugt wird, eingestellt werden. Wenn der Einfallwinkel z.B. 22,5 Grad beträgt, wie schematisch in Fig. 25 gezeigt ist, ändert sich der Winkel des Strahls in der Glasplatte für Glas auf näherungsweise 14,61 Grad. Um eine zusätzliche Glasdicke zu berücksichtigen, muß jede der Beabstandungen einen zusätzlichen Raum für nachfolgend dickere Schichten in der optischen Komponente 260 liefern. Selbstverständlich besteht der Vorteil der optischen Komponente 260 mit beabstandeter Platte, die in Fig. 25 dargestellt ist, und der optischen Komponente 186, die in Fig. 1 dargestellt ist, darin, daß, solange die Glasplatten dick genug sind, um eine optisch flache Oberfläche ohne Verwölbungen zu liefern, die Beabstandungen eine automatische Ausrichtung der Glasplatten bis zu einer Genauigkeit von näherungsweise 2 Mikrometern liefern.
Fig. 25 zeigt eine zweidimensionale Projektionsvorrichtung, bei der eine optische Quelle 262 weißes Licht erzeugt, das durch Farbfilter 264 gefiltert wird, von denen jedes einen unterschiedlichen spektralen Frequenzbereich auswirft. Jedes dieser Filter 264 besitzt eine zweidimensionale Oberfläche, die über den LCD-Matrizen 266 liegt. Die LCD-Matrizen 266 sind auch in Fig. 26 dargestellt. Die LCD-Matrizen 266 umfassen drei einzelne Matrixarrays 268, 270 und 272, die einzeln durch ein Steuersignal, das schematisch durch Kontakte 274 gezeigt ist, gesteuert sind, um für jede getrennte Phase der drei primären Farben ein Bild zu liefern. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Matrizen verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von gewünschten Farben zu liefern, obwohl nur die drei primären Farben notwendig sind, um eine volle Farbanzeige zu liefern. Jede LCD-Matrixanzeige ist in der Lage, einen vorbestimmten Stahlungsbetrag jedes spektralen Bandes an jedem räumlichen Ort jedes einzelnen Matrixelements in einer kontinuierlich veränderlichen Form durchzulassen, die durch das Abbildungssteuersignal 274 gesteuert wird. Die LCD-Matrizen wirken als Lichtblenden und sind unter Verwendung der photolithographischen Abscheidungsgenauigkeit abgeschieden, die Bilder mit sehr hoher Auflösung ermöglicht. Außerdem können sie auf einem monolithischen Substrat abgeschieden sein, das es ermöglicht, die Matrizen sehr leicht bezüglich der optischen Strahlen auszurichten, was eine sehr gleichförmige elektrische Empfindlichkeit jeder Matrix liefert, ebenso wie zwischen unterschiedlichen Farben (unterschiedlichen Matrizen), und einfach und billig herzustellen ist. Die drei zweidimensionalen Strahlen werden in der optischen Komponente 260 exakt kombiniert, so daß jeder der optischen Strahlen 274, 276 und 278 eine gleiche optische Weglänge aufweist. Der einzelne spektral und räumlich kombinierte Strahl 280 wird dann durch eine Linse 288 auf einen Projektionsbildschirm 284 fokussiert, der entworfen sein kann, um entweder von der Vorder- oder Rück-Seite betrachtet zu werden. Die Linse 282 besitzt eine schematische Natur und umfaßt höchstwahrscheinlich zumindest eine Linse aus zwei Elementen zur Projektion auf den Bildschirm 284.
Ein Vorteil der Projektionsvorrichtung, die in Fig. 25 dargestellt ist, besteht darin, daß jedes Pixelelement eine Überlagerung jeder der drei Farben ist. In anderen Worten ist jedes Pixel eine Farbzusammensetzung aller drei Farben. Dies unterscheidet sich wesentlich von typischen Farb-CRT- Bildschirmen, bei denen jedes Pixel eine getrennte Farbe ist, die das Auge optisch in ein einzelnes kombiniertes Farbpixel integriert. Ein viel schärferes Bild wird erzeugt, da es eine Konvergenz aller drei Farben in jedem Pixelelement gibt. Außerdem erfordern typische Farb-CRT-Bildschirme eine Lochmaske, um jedes einzelne Farbpixel zu trennen. Da eine vollständige Farbkonvergenz jedes Pixels existiert, sind Lochmasken nicht notwendig, wobei eine viel größere Bilddeutlichkeit erhalten wird. Am wichtigsten ist, daß die Projektionsvorrichtung keine schädliche Röntgenstrahlung erzeugt, die durch CRTs erzeugt wird.
Alternativ kann die Vorrichtung von Fig. 25 als eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines Bilds auf ein Aufzeichnungsmedium verwendet werden. In anderen Worten kann der Projektionsbildschirm 284 ein Aufzeichnungsmedium aufweisen, und nicht einen Projektionsbildschirm, so daß Bilder gleichzeitig in beiden Dimensionen aufgezeichnet werden können, und nicht in einer einzigen Richtung in einer seriellen Form, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist. Außerdem kann die LCD-Matrix 266 durch eine Reihe von Matrizen mit lichtemittierenden Dioden ersetzt werden, so daß die Filter 264 und die Beleuchtungsquelle 262 beseitigt werden können. In diesem Fall würde jede LED-Matrix 268, 270 und 272 eine unterschiedlichen spektralen Frequenzbereich erzeugen.
Fig. 27 ist eine schematische isometrische Ansicht einer Realisierung der optischen Komponete 286, die als ein zweidimensionales optisches Farbkomponentensystem verwendet wird, das z.B. in einer Farbkamera verwendet werden könnte. Wie in Fig. 27 dargestellt ist, fokussiert eine Linse 288 ein Bild von einer Objektebene 290 durch eine Öffnungsvorrichtung 292, die das Sichtfeld der Farbkameravorrichtung, die in Fig. 27 dargestellt ist, bestimmt. Das Bild von der Objektebene 290 wird auf auf eine Bildebene fokussiert, auf der drei Matrizen von Detektoren 294, 296 und 298 angeordnet sind, um die einzelnen Farbstrahlen, die durch die optische Komponente 286 getrennt werden, zu erfassen. Die optische Komponente 286 ist als ein Prisma 310 mit optischen Beabstandungsplatten 300, 302, 304 und 306, die an demselben befestigt sind, aufgebaut. Selbstverständlich kann eine beliebige der Optikkomponentenvorrichtungen, die hierin offenbart sind, anstelle der optischen Komponente 286, die in Fig. 27 dargestellt ist, abhängig von gewünschter Präzision und gewünschtem Aufwand verwendet werden. Ein deutlicher Vorteil der Realisierung der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 27 dargestellt ist, besteht darin, daß jede der Detektormatrizen 294, 296 und 298 in der gleichen Ebene und benachbart zueinander plaziert sein kann, so daß diese auf einem monolithischen Substrat aufgebaut sein können. Dies beseitigt viele Ausrichtungsprobleme, die zu bekannten dichroitischen Standardprismenvorrichtungen gehören und liefert eine gleichförmige Ausgabe, so daß nicht jede Farbintensität für jede Verwendung oder während eine laufenden Verwendung der Kamera einzeln eingestellt werden muß. Da alle Matrizen von Detektoren 294, 296 und 298 auf dem gleichen Substrat liegen, liefert ein nahezu gleichförmiger Temperaturgradient eine nahezu gleichförmige Abweichung der Ausgabeintensität der Signale von den Detektoren.
Fig. 28 umfaßt eine schematische Seitenansicht einer Farbkameravorrichtung, die z.B. in Fig. 27 dargestellt ist, welche für die optische Komponente 312 die Realisierung mit beabstandeten Platten verwendet, die in den Fig. 21 und 25 dargestellt ist. Wie in Fig. 28 gezeigt ist, beschränkt eine Öffnungsvorrichtung 314 das Sichtfeld eines Bildes, das durch eine Linse 316 auf den Detektor mit drei Matrizen 318, 320 und 322 fokussiert ist. Optische Komponenten 312 teilen den einzelnen optischen Strahl 324 in drei getrennte Farbstrahlen 326, 328 und 330 mit gleichen optischen Weglängen auf die Art und Weise, die vorher beschrieben wurde.
Fig. 29 zeigt den Detektor mit drei Matrizen 318, 320 und 322, die auf einem monolithischen Substrat 332 befestigt sind, um ein gleichmäßiges Farbausgangssignal zu liefern.
Fig. 30 zeigt eine elektronische Farbfiltervorrichtung zum Filtern eines optischen Eingangsstrahls 334, der durch eine Beleuchtungsquelle 336 erzeugt wird, welche durch ein Stiftloch oder durch eine Linienöffnung 351 in einer Aperturplatte 338 abgebildet wird, um einen gefilterten optischen Ausgangsstrahl 336 zu erzeugen. Der optische Eingangsstrahl ist durch eine Linse 340 durch den spektralen Strahlteiler 342 auf eine Öffnungsebene 344 fokussiert, auf welcher eine Anzahl von Öffnungsvorrichtungen, wie z.B. LCD-Blenden 346, 348 und 350, angeordnet sind, um den Lichtdurchsatz als Reaktion auf ein elektrisches Steuersignal zu verändern. Die LCD-Blenden 346, 348 und 350 können entweder einzelne Stiftlochöffnungen aufweisen oder können ein lineares Array aufweisen, abhängig davon, ob die Öffnung 351 eine Stiftlochöffnung oder eine Linienöffnung aufweist. Die resultierenden Strahlen, die durch die LCD-Blenden 346, 348 und 350 projiziert werden, besitzen eine Intensität, die durch das elektrische Steuersignal, das die Opazität der LCD-Blendenvorrichtungen steuert, eingestellt wird. Diese Strahlen werden dann durch den spektralen Kombinierer 352 exakt kombiniert und durch eine Linse 354 fokussiert, um den einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl 336 zu erzeugen, der sowohl räumlich als auch spektral kombiniert ist und bezüglich des spektralen Inhalts gemäß dem elektronischen Steuersignal eingestellt ist. Wiederum kann eine beliebige Anzahl von Farbstrahlen in der Vorrichtung, die in Fig. 30 gezeigt ist, zusammen mit einer entsprechenden Anzahl von Blendenvorrichtungen erzeugt werden, um eine zusätzliche Steuerung des spektralen Inhalts des Ausgangsstrahls 336 zu liefern. Ferner kann ein beliebiger Typ einer Blendenvorrichtung anstelle der LCD-Blenden 346, 348 und 350 verwendet sein. Zusätzlich können die einzelnen spektralen Strahlen auf eine beliebige gewünschte Art und Weise hergestellt sein, wobei es nicht notwendig ist, daß der Strahlteiler 342 verwendet ist.
Fig. 31 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ist eine schematische Seitenansicht einer Mehrkanal-Lichtwellenleiter-Kommunikationsvorrichtung 360. Lichtwellenleiter-Kommunikationsvorrichtungen ermöglichen die Übertragung von Informationen hoher Bandbreite über einen Lichtwellenleiter, wie z.B. einen Lichtwellenleiter 362. Dies ermöglicht eine Modulation hoher Frequenz einer optischen Quelle, wie z.B. einer Laserdiode. Laserdioden können im Megaherz-Frequenzbereich geschaltet werden. Das demodulierte Signal am empfangsseitigen Ende stellt jedoch ein Einstationssignal dar, da nur eine Trägerfrequenz durch den Lichtwellenleiter übertragen wird.
Die vorliegende Erfindung überwindet gemäß der Offenbarung von Fig. 31 diese Nachteile und Begrenzungen durch Schaffen mehrerer Trägersignale in der Form einer Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Strahlen, die in einen einzelnen kombinierten Strahl kombiniert wurden. Wie in Fig. 31 gezeigt ist, weist ein optischer Generator 364 eine Mehrzahl von einzelnen und räumlich getrennten optischen Generatoren 366, 368 und 370 auf, wobei jeder von diesen einen unterschiedlichen Spektralbereich aufweist. Jeder der einzelnen optischen Generatoren 366, 368 und 370 wird durch ein getrenntes Kommunikationssignal über elektrische Verbinder, die schematisch als Verbinder 373 dargestellt sind, getrennt moduliert. Die optische Komponente 374 der vorliegenden Erfindung ist ausgerichtet, um die einzelnen Strahlen, die durch die optischen Generatoren 366, 368 und 370 erzeugt werden, in einen einzelnen kombinierten Strahl 376 zu kombinieren. Der einzelne kombinierte Strahl wird dann mittels einer Linse 378 in einen Strahl 380 auf das Ende eines Lichtwellenleiters 362 zur Übertragung zu einem Fernstandort fokussiert.
An dem Fernstandort wird der kombinierte spektrale Strahl, wie in Fig. 31 dargestellt ist, von dem Lichtwellenleiter 362 übertragen, wie bei 382 gezeigt ist, und durch eine Linse 384 durch die optische Komponente 386 der vorliegenden Erfindung auf eine Mehrzahl von Photodetektoren 388, 390 und 392 fokussiert. Die optische Komponente 386 trennt den kombinierten Strahl 382 räumlich und spektral in seine Spektralkomponenten, die einzeln auf Photodetektoren 388, 390 und 392 fokussiert werden. Die Ausrichtung der optischen Komponente 386 und die Auswahl der dichroitischen Filterschichten ermöglichen eine genaue Trennung jedes dieser spektralen Bänder, das durch die optischen Generatoren 366, 368 und 370 erzeugt sind, auf die Photodetektoren 388, 390 und 392.
Die Vorrichtung von Fig. 31 ermöglicht eine Übertragung von mehreren Kanälen auf einem einzelnen Lichtwellenleiter 362 durch die Wirksamkeit der Fähigkeit, eine Mehrzahl von einzelnen Strahlen mit unterschiedlichen Spektralbereichen für die Übertragung über den Lichtwellenleiter 362 räumlich zu kombinieren und nachfolgend den optischen Strahl am empfangsseitigen Ende in seine spektralen Komponenten zu teilen. Auf diese Art und Weise liefert die vorliegende Erfindung die Fähigkeit, mehrere Trägerbänder auf einem einzelnen Lichtwellenleiter zu übertragen. Selbstverständlich können so viele spektralen Bänder, wie erwünscht sind, übertragen werden, wobei die vorliegende Erfindung ideal dazu geeignet ist, mehrere spektrale Bänder zu übertragen, da die dichroitischen Schichten als Kernfilter entworfen sein können, um sehr schmale Spektralbänder zu reflektieren und durchzulassen. Zusätzlich kann das optische Signal durch eine gewünschte optische Quelle, die die Öffnungsvorrichtung 344, die in dem elektronischen Filter, das in Fig. 30 offenbart ist, dargestellt ist, einschließt, erzeugt werden. Ferner kann die optische Quelle 364 eine Reihe von Liniengeneratoren oder eine Matrix von Generatoren einschließen, die mittels einer Linse 378 auf ein Array von Lichtwellenleiterkabeln fokussiert sind, um die Übertragung über mehrere Lichtwellenleiterkabel auf eine einfache und leichte Art und Weise zu erleichtern.
Fig. 32 zeigt schematisch die Verwendung von mehreren Laserquellen 394, 396 und 398, die Festkörperlaser oder gasförmige Laser, abhängig von der Anwendung der optischen Quelle, aufweisen können. Wie in Fig. 32 dargestellt ist, ist der Laser 394 in der Lage, einen roten Lichtstrahl 400 zu erzeugen, während der Laser 396 einen blauen Strahl 402 und der Laser 398 einen grünen Strahl 404 erzeugt. Wiederum können gewünscht viele verschiedene optischen Quellen verwendet werden, um so viele Strahlen zu erzeugen, wie erforderlich sind. Laserquellen können in einer beliebigen der Anwendungen der vorliegenden Erfindung, die hierin dargestellt sind, verwendet werden. Z.B. können gasförmige Laser erforderlich sein, um ausreichend Leistung zur Übertragung über ausgedehnte Strecken über einen Lichtwellenleiter 362, wie in Fig. 31 dargestellt ist, zu erzeugen. Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, gasförmige Laser in den verschiedenen Projektionssystemen, wie z.B. dem Projektionssystem, das in Fig. 25 dargestellt ist, zu verwenden, um eine ausreichende Beleuchtung der Projektionsquelle zu erzeugen. Ferner kann eine holographische Farbprojektion oder Aufzeichnung unter Verwendung von Lasern realisiert sein.
Fig. 33 zeigt eine alternative Realisierung der Vorrichtung, die in Fig. 31 dargestellt ist. Wie in Fig. 33 gezeigt ist, ist die Ausgabe eines optischen Generators 406, der in der Lage ist, eine Mehrzahl von spektralen Strahlen zu erzeugen, durch eine Linse 410 in einen einzelnen Strahl 408 kombiniert. Die Linse 410 kombiniert die einzelnen spektralen Strahlen in den einzelnen kombinierten Strahl 408 und fokussiert den einzelnen kombinierten Strahl 408 auf das Ende eines Lichtwellenleiters 412. Die Erfindung ist am empfangsseitigen Ende dann im wesentlichen auf die gleiche Art und Weise realisiert, die in Fig. 31 beschrieben ist, um den kombinierten Strahl 414 mittels einer optischen Komponente 416 räumlich zu trennen. Jeder der einzelnen spektralen Strahlen ist mittels einer Linse 420 auf einen Photodetektor 418 fokussiert. Da die optischen Weglängen jedes der einzelnen Strahlen aufgrund der Tatsache, daß jeder spektrale Strahl ein einzelnes Trägerband aufweist, nicht kritisch ist, ist es nicht notwendig, daß beide zusammengesetzten dichroitischen Vorrichtungen 422 und 424 verwendet werden, um den kombinierten Strahl 414 zu trennen. Daher ist gemäß der Erfindung, die in Fig. 33 dargestellt ist, nur eine einzelne zusammengesetzte dichroitische Vorrichtung, wie z.B. die dichroitische Vorrichtung 424, notwendig.
Die vorliegende Erfindung schafft daher sowohl eine optische Separatorvorrichtung als auch eine optische Kombinierer-Vorrichtung, die in einer Anzahl von eindeutigen Realisierungen verwendet werden können. Die zusammengesetzten Vorrichtungen mit dichroitischen Schichten der vorliegenden Erfindung können in einer Anzahl von verschiedenen Formen mit einem großen Bereich von Variablen verwendet werden, um die gewünschten Ergebnisse und die optische Qualität zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, unaufwendig einzelne im wesentlichen parallele spektrale Strahlen zu kombinieren oder trennen, wodurch viele der Probleme, die mit dem Ausrichten der Komponenten verbunden sind, beseitigt sind. Außerdem sind die Aufbautechniken der optischen Komponente gegenüber bekannten Vorrichtungen, wie z.B. dichroitischen Prismen, stark vereinfacht, was eine optische Komponente ermöglicht, die in der Lage ist, eine vergleichbare oder bessere optische Qualität bei nur einem Bruchteil der Kosten von dichroitischen Prismen zu erzeugen.

Claims

1. Eine elektronische Farbfiltervorrichtung zum Filtern eines optischen Eingangsstrahles (334), die folgende Merkmale aufweist:

eine spektrale Separatoreinrichtung (342) zum räumlichen und spektralen Trennen des Eingangsstrahles (334) in eine Mehrzahl von optischen Strahlen, wobei die Separatoreinrichtung (342) dichroitische Strahlteiler zum Erzeugen von Strahlen mit vorbestimmten Spektralbereichen und im wesentlichen parallelen optischen Achsen aufweist;

eine Einrichtung (346, 348, 350), die Öffnungen definiert, die bezüglich der Mehrzahl der Strahlen ausgerichtet sind, wobei die Öffnungen in einer Ebene (344) angeordnet sind, und die getrennt steuerbar sind, um die Durchlaßintensitäten der jeweiligen Strahlen als Reaktion auf ein elektrisches Filtersteuersignal zu steuern;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Fokussiereinrichtung (340) zum Fokussieren der Eingangsstrahlen auf die Ebene (344), wobei die spektrale Separatoreinrichtung (342) zwischen der Fokussiereinrichtung (340) und der Ebene (344) angeordnet ist; wobei die dichroitischen Strahlteiler derart aufgebaut und angeordnet sind, daß die Strahlen im wesentlichen gleiche optische Weglängen zwischen der Fokussiereinrichtung und der Ebene aufweisen.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist:

eine spektrale Kombinierer-Einrichtung (352) zum räumlichen und spektralen Kombinieren der Mehrzahl von Strahlen in einen einzigen kombinierten Ausgangsstrahl (336) mit einer vorbestimmten einzigen optischen Achse, und eine Einrichtung zum Fokussieren (354) des einzigen kombinierten Ausgangsstrahls (336), wobei die spektrale Kombinierer-Einrichtung (352) dichroitische Strahlkombinierer aufweist, die derart aufgebaut und angeordnet sind, daß die Mehrzahl der optischen Strahlen im wesentlichen gleiche optische Weglängen zwischen der Ebene und der Einrichtung zum Fokussieren des einzigen kombinierten Ausgangsstrahls aufweisen.