DE68923186T2 - Farbprojektionssystem. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung A. Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Optik und insbesondere auf Farbkombinierer.
B. Beschreibung des Hintergrunds
• Farbabbildungsvorrichtungen schließen Farbvideokameras und Farb-Scanner für kommerzielles Drucken ein. Farbabbildungs- Vorrichtungen wandeln Farbbilder in maschinell lesbare Daten um. Dies wird durch Einteilen eines Farbbildes in viele kleine Abschnitte, die Pixel genannt werden, erreicht. Die Farbabbildungsvorrichtung trennt Licht von jedem Pixel in rotes, blaues oder grünes Licht. Nummern, die jedem Pixel des Farbbilds zugewiesen werden, stellen das rote, blaue und grüne Licht dar. Eine schnelle genaue Farbabbildungsvorrichtung mit hoher Auflösung würde den Nutzen von Computern erhöhen und zahlreiche Aufgaben automatisieren. Z.B. können Computer Farbbilder drucken und anzeigen. Jedoch begrenzt das Fehlen einer schnellen genauen Einrichtung mit hoher Auflösung zum übertragen der Farbbilder in einen Computer den Nutzen dieser Fähigkeit. Gemäß dem frühen Stand der Technik trennen diskrete optische Komponenten, wie z.B. Strahlteiler und Farbfilter, die Farbkomponenten eines Bildes. Dichroitische Strahlteiler wurden aufgrund der kombinierten Funktionen dieser Geräte sowohl als Strahlteiler als auch als Filter weit verbreitet verwendet. Dichroitische Strahlteiler verwenden ausgewählte, mehrschichtige, dielektrische, optische Interferenzfilterbeschichtungen, die hierin nachfolgend als dichroitische Beschichtungen bezeichnet werden. Typischerweise wird eine Farbtrennung durch Plazieren zweier diskreter dichroitischer Strahlteiler in dem optischen Weg zwischen der Projektionslinse und der Abbildungsvorrichtung und den Photosensoren derselben erreicht. Der erste dichroitische Strahlteiler reflektiert ein erstes spektrales Band (z.B. grün) zu dem ersten Photosensor, während er die verbleibenden spektralen Bänder zu dem zweiten dichroitischen Strahlteiler durchläßt. Der zweite dichroitische Strahlteiler reflektiert ein zweites Band (z.B. rot) zu einem zweiten Photosensor, während er das verbleibende Spektralband (z.B. blau) zu dem dritten Photosensor durchläßt. Der Nachteil dieses Lösungsansatzes besteht darin, daß die jeweiligen dichroitischen Strahlteiler und Photosensoren präzise ausgerichtet sein müssen; andernfalls besitzen die Farbkomponenten nicht die ordnungsgemäße optische Koinzidenz. Das aufwendige Ausrichtungsverfahren begrenzt den Nutzen dieses bekannten Farbseparators. Dichroitische Strahlteiler (dichroitische Prismen), ebenso wie andere bekannte Techniken der Farbabtastung, sind ausführlicher in einem japanischen Artikel mit dem Titel "Image Scanners", OEP November 1986, Seiten 18-22, beschrieben. Wie in demselben offenbart ist, macht es das dichroitische Prisma erforderlich, daß jeder Sensor auf einer verschiedenen Ebene plaziert wird.
• Mit dem Erscheinen von günstigen, Festkörper-Photodiodenarray-Photosensoren wurden verschiedene Versuche unternommen, um günstige Farbtrennungstechniken für Farbscanner und Videokameras zu entwickeln.
• Festkörper-Photodiodenarrays mit integrierten Farbfiltern wurden von Hitachi, Toshiba, Sony und RCA kommerzialisiert. Diese Bauelemente verwenden ein zweidimensionales Array von Photodioden auf einem einzelnen Siliziumsubstrat. Das Array ist mit einer Gelatine-Schicht überzogen, in die unter Verwendung von üblichen Maskierungstechniken farbige Farbstoffe selektiv imprägniert sind. Jeder Photodiode ist somit ein integriertes Farbfilter gegeben, z.B. rot, grün oder blau, entsprechend einem Farbmuster, das über das gesamte Array wiederholt wird. Die gleiche Technologie wurde auf Sensoren mit eindimensionalen Photodiodenarrays für Linien-Scanner angewendet. Die letztgenannten Vorrichtungen wurden von Toshiba und Fairchild kommerzialisiert.
• Eine bekannte Farbabbildungsvorrichtung unter Verwendung von Photodiodenarrays ist in Fig. 1 gezeigt. Das einzelne lineare Photodiodenarray 23 besitzt einzelne organische Farbstoff-Filter, die in einem sich wiederholenden Rot-, Blau- und Grün-Muster über jeder Photodiode imprägniert sind. Eine Farbtrennung, das Aufschlüssein des Farbbildes in rotes, blaues und grünes Licht, wird durch Fokussieren des Lichtstrahls auf das Array, wie in Fig. 1 gezeigt ist, erreicht. Eine Gruppierung 25 einer roten, grünen und blauen Photodiode liefert Informationen für ein Farbpixel. Diese bekannte Technik besitzt mehrere Nachteile. Da drei Photodioden Informationen für ein Pixel liefern, ist die Pixel-Auflösung auf ein Drittel reduziert. Für eine genaue Farbabbildung müssen das Luminanzdetail und die Farbsättigung eines gegebenen Farbpixels von dem ursprünglichen Bild mittels dreier optisch koinzidenter 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 sind zwei Drittel des Lichtes, das auf jede Photodiode einfällt, durch Filterabsorption (z.B. absorbiert ein rotes Filter grüne und blaue Spektralbänder) verloren. Um die Auflösung zu erhöhen, muß das Array 23 verlängert werden oder die Photodiodenfläche muß verringert werden. Jedoch wird jeder dieser Lösungsansätze, um die Auflösung zu erhöhen, die Abtastgeschwindigkeit proportional senken. Ferner besitzen Farbstoff-Filter eine geringere Farbbandreinheit als dichroitische Filter. Der bekannte Lösungsansatz entsättigt die Farbempfindlichkeit und ist im übrigen spektral ungenau.
• Eine weitere bekannte Farbabbildungsvorrichtung, die Photodiodenarrays verwendet, besitzt ein rotierendes Farbrad, das aus farbigen Filtersegmenten aufgebaut ist. Die Linse fokussiert ein Linienbild des ursprünglichen Objekts auf ein lineares Photodiodenarray. Das rotierende Farbrad filtert das projizierte Linienbild in einer sich wiederholenden Farbsequenz, z.B. rot, grün, blau. Das Signal für jede Farbkomponente eines gegebenen Linienbildes wird digital gespeichert, bis alle drei Farbkomponenten erfaßt wurden. Die Signale werden dann im Speicher neu geordnet, um jedem Pixel in dem Linienbild drei Farbwerte zuzuordnen.
• Die Farbrad-Farbtrennungstechnik besitzt die Vorteile des Verwendens der vollen Auflösung des Photodiodenarrays ebenso wie des Verwendens dichroitischer Filter. Jedoch weist sie mehrere Nachteile auf. Die Abtastgeschwindigkeit beträgt nur ein Drittel der Abtastgeschwindigkeit von einem einstückigen Sensor/Filter, da nur eine von drei Farben zu einer Zeit erfaßt wird. Ferner resultiert eine weitere Geschwindigkeitsreduzierung aus den Übergängen zwischen Filtersegmenten während der Rotation des Rades. Wenn das Farbrad und die Abtastlinie kontinuierlich betrieben werden, im Gegensatz zu synchron "schrittweise", ist die effektive Auflösung des Photodiodenarrays in die Abtastrichtung durch die Bewegung der Abtastlinie durch den Farbzyklus des Farbrades vermindert. Ein weiterer Nachteil ist die Größe des Farbrades, die die Ausdehnbarkeit des Gerätes begrenzt. Scanner-Ausführungsbeispiele des Typs, der einen "Kontakt" oder "Überquerungskopf" über eine Seitenbreite aufweist, werden unmöglich oder unhandlich. Außerdem ist diese bekannte Vorrichtung mit einem großen Bewegungsmechanismus sowie der Steuerung dieses Mechanismus belastet.
• Die japanische Sharp Corporation führte eine dritte bekannte Farbtrennungstechnik für die Farbdokumentenabtastung ein. Der Sharp-Scanner verwendet ein einzelnes Photodiodenarray mit drei sequentiell aktivierten farbigen fluoreszierenden Leuchtkörpern (z.B. rot, grün, blau) als die abbildende Lichtquelle. Die Sequenz der Signale, die durch das Photodiodenarray erhalten werden, ist zu dem Farbrad-Farbseparator direkt analog. D.h., daß die Eingabe zu dem Photodiodenarray eine sequentielle Eingabe der roten, grünen und blauen Komponenten eines gegebenen ursprünglichen Linienbildes sind. Genauso werden die Photodiodensignale für jede Farbkomponente digital gespeichert und am Ende jedes Farbzyklusses im Speicher neu geordnet.
• Wie der Farbrad-Farbseparator liefert der Lösungsansatz der dreifarbigen Leuchtkörper eine Abbildungseinrichtung, die die volle Auflösung des Photodiodenarrays ausnutzt. Mehrere Nachteile begrenzen jedoch die Geschwindigkeit und die Farbreinheit der Abbildungsvorrichtung. Um eine korrekte Farbtrennung zu erhalten, sollte die Lichtausgabe jedes Leuchtkörpers verlöscht sein, bevor der nächste Leuchtkörper in der Sequenz aktiviert wird; vermischte Leuchtkörperausgaben erzeugen eine untergesättigte Farberfassung. Folglich ist die Abtastgeschwindigkeit durch die Nachleuchtzeit der Leuchtstoffe, die in jedem fluoreszierenden Leuchtkörper verwendet sind, oder die Fähigkeit, das Signal, das von der abklingenden Lichtausgabe eines vorher aktivierten Leuchtkörpers erzeugt wird, dynamisch abzuziehen, begrenzt. Die Farbreinheit ist ferner durch die Auswahl der Leuchtmittel begrenzt, die Nachleuchtwerte besitzen, die ausreichend gering sind, um die kommerziellen Abtastgeschwindigkeits-Spezifikationen 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 die effektive Auflösung des Photodiodenarrays in die Abtastrichtung durch die Bewegung der Abtastlinie durch den Farbzyklus der sequentiell aktivierten Leuchtkörper vermindert, wenn die Abtastlinie kontinuierlich getrieben wird, wie es aufgrund der Abtastgeschwindigkeit erwünscht ist. Die Größe und das Volumen des optischen Systems, das die drei Leuchtkörper aufweist, beschränkt genauso die Vorrichtungs- Ausdehnbarkeit zu Scanner-Anwendungen eines "Kontakt" oder "Überquerungskopf"-Typs.
• Farbkombinierer-Vorrichtungen leiden unter einer Vielzahl der gleichen Nachteile und Begrenzungen wie die oben genannten Farbseparatoren. Ein Farbkombinierer, wie hierin definiert, weist eine optische Vorrichtung auf, um einzelne Farbkomponenten aufzunehmen und jeden der einzelnen Strahlen räumlich und spektral in einen einzelnen optischen Strahl zu kombinieren, wobei jeder der einzelnen Farbkomponentenstrahlen koinzidente optische Achsen besitzt. 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 EP-A-0 295 137 offenbart eine Flüssigkristall-Projektionsvorrichtung, die als Mittel zum Trennen von Lichtstrahlen und/oder als Mittel zum optischen Kombinieren von Licht ein Komponentenprisma oder -prismen verwendet, die zumindest zwei dichroitische Reflexionsoberflächen für unterschiedliche Wellenlängen und eine Luftschicht, die in denselben gebildet ist, aufweisen, um Totalreflexionsoberflächen zu liefern.
• Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile und Begrenzungen des Standes der Technik durch Schaffen einer optischen Vorrichtung zum räumlichen und spektralen Kombinieren einer Mehrzahl von im wesentlichen parallelen optischen Strahlen, wie in den Ansprüchen 1 und 2 nachfolgend spezifiziert ist, derart, daß die optischen Achsen jedes der Mehrzahl von optischen Strahlen koinzident sind und einen einzelnen kombinierten Strahl bilden, wobei die optischen Weglängen aller einzelnen optischen Strahlen im wesentlichen gleich sind. Die vorliegende Erfindung ist ferner in der Lage, Strahlen räumlich und spektral zu kombinieren, was es ermöglicht, von einer einzelnen Objektebene auf eine einzelne Bildebene abzubilden.
• Diese vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf ein Erzeugnis, das aus unserer früheren europäischen Patentanmeldung 87104776.7 (EP-A-0240000) entwickelt wurde, wobei der Leser bezüglich Hintergrundinformationen auf diese frühere Anmeldung verwiesen wird. Dieselbe bezieht sich auf Farbseparatoren, nicht auf Farbkombinierer.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die optischen Komponenten des spektralen Kombinierers kompakt, günstig und leicht herzustellen sind. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die optischen Komponenten innerhalb eines Pixels eine Farbkoinzidenz erzeugen. D.h., daß jeder Abschnitt eines Pixels alle drei Farbkomponenten derart erzeugt, daß eine genaue Farbkonvergenz und Linienschärfe geliefert wird. Die Erfindung liefert ferner eine genaue spektrale und räumliche Trennung ebenso wie eine genaue spektrale und räumliche Kombinierung.
• Die Komponenten des optischen Kombinierers der vorliegenden Erfindung sind ferner verglichen mit herkömmlichen Filtrationstechniken extrem effizient, da dichroitische reflektierende Schichten verwendet sind. Im wesentlichen das gesamte einfallende Licht, das die Komponenten trifft, wird bei einer sehr geringen Absorption durchgelassen. Ein herkömmliches Filter absorbiert typischerweise zwei spektrale Bänder, um eines durchzulassen. Da im wesentlichen das gesamte sichtbare Licht verwendet ist, ist für ein gegebenes optisches System eine maximale Geschwindigkeit erreichbar.
• Zusätzlich erfordern die optischen Komponenten der vorliegenden Erfindung keine kostspielige optische Ausrichtung. Die dichroitischen Beschichtungen werden beim Herstellungsverfahren durch Glasplatten und/oder präzise Separatorvorrichtungen präzise getrennt. Diese Trennung wird durch Betrachten der Brechungsindizes der Substanzen, die in der optischen Kombiniererkomponente verwendet sind, ebenso wie der Einfallswinkel bestimmt, um eine sehr genaue Ausrichtung zu liefern. Die optische Kombiniererkomponente liefert für jeden der einzelnen Strahlen bei minimalen Ausrichtungsproblemen gleiche optische Weglängen.
• Da die vorliegende Erfindung im wesentlichen parallele, räumlich getrennte spektrale Strahlen für die optische Kombiniererkomponente verwendet, sind gemäß der vorliegenden Erfindung ferner eine einzelne Objekt und Bild-Ebene verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein bekannter Farbsensor.
• Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht des trichromatischen Strahlteilers der vorliegenden Erfindung, der mit einer Fokussieroptik und einem Dreilinien- CCD-Photodiodenarray zusammengebaut ist.
• Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der optischen Komponente der vorliegenden Erfindung zeigt, die entweder als ein Farbseparator oder als ein Farbkombinierer arbeiten kann.
• Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Komponente der vorliegenden Erfindung, welche entweder als ein optischer Separator oder als ein optischer Kombinierer arbeiten kann.
• Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Komponente der vorliegenden Erfindung, welche entweder einen optischen Separator oder einen optischen Kombinierer aufweisen kann.
• Fig. 6 zeigt die Art und Weise, auf die die Plattentrennung und der Einfallswinkel in der optischen Komponente variiert werden können, die entweder den Farbseparator oder den Farbkombinierer aufweisen kann.
• Fig. 7 ist eine schematische Seitenansicht eines Farbdrucker-Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 8 ist eine schematische Draufsicht einer Blendenvorrichtung einer Dreilinien-Flüssigkristallanzeige (LCD; LCD = Liquid Crystal Display).
• Fig. 9 ist eine schematische Seitenansicht einer Farbprojektionsvorrichtung.
• Fig. 10 ist eine schematische Draufsicht, die drei Matrizen einer Flüssigkristallanzeige-Blende (LCD-Blende) zeigt. Alternativ kann Fig. 10 schematisch drei Matrizen von Licht-emittierenden Dioden darstellen.
• Fig. 11 ist eine schematische isometrische Ansicht sowohl einer Farbabbildungs- als auch einer Farbprojektions-Vorrichtung.
• Fig. 12 ist eine schematische Seitenansicht einer Farbabbildungsvorrichtung.
• Fig. 13 ist eine schematische Draufsicht, die drei Matrizen von Photodetektoren zeigt.
• Fig. 14 ist eine schematische Seitenansicht einer elektronischen Farbfiltervorrichtung.
• Fig. 15 ist eine schematische Seitenansicht einer Mehrkanal-Lichtleiter-Kommunikationsvorrichtung.
• Fig. 16 ist eine schematische Darstellung der Verwendung von drei Farblasern als einer optischen Quelle.
• Fig. 17 ist eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Mehrkanal-Lichtleiter-Kommunikationsvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Schnittansicht der optischen Komponente 100 der vorliegenden Erfindung, die als trichromatische Strahlteilervorrichtung verwendet ist, zeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Eingangsstrahl 102 durch eine Linse 104 fokussiert, die mittels eines Linsenhalters 106 gehalten ist, welcher in der Lage ist, die Linse sehr genau auf die Detektoroberfläche des Dreilinien-CCD-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 mittels der dichroitischen Schichten, die auf den optischen Oberflächen des optischen Separators 100 plaziert sind, sorgfältig ausgewählt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die erste dichroitische Schichtanordnung 110 derart angeordnet, daß der Einfallswinkel der optischen Achsen des Eingangsstrahls 102 näherungsweise 22,5º beträgt. Der Eingangsstrahl 102 wird dann in drei räumlich und spektral getrennte Strahlen geteilt, die zu einer zweiten dichroitischen Schichtvorrichtung 112 durchgelassen werden, die ebenfalls in einem Winkel von näherungsweise 22,5º bezüglich der optischen Achsen aller räumlich und spektral getrennter optischer Strahlen angeordnet ist. Die zweite dichroitische Schichtvorrichtung 112 ist normalerweise auf die gleiche Weise aufgebaut wie die erste dichroitische Schichtvorrichtung 110, so daß die drei getrennten optischen Strahlen, die von der zweiten dichroitischen Schichtvorrichtung durchgelassen werden, gleiche optische Weglängen zu einer vorbestimmten Bildebene besitzen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Detektorvorrichtung 108 auf der Bildebene angeordnet, die im wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse des Eingangsstrahls 102 ist. Alle drei räumlich und spektral getrennten optischen Strahlen werden auf ein getrenntes Liniendetektorarray auf dem Detektor 108 derart fokussiert, daß eine Linienabtastung z.B. eines Dokuments jede der Farben von der Linienabtastung zur Folge hat, die als ein Ergebnis der gleichen optischen Weglängen von allen einzelnen spektral getrennten Strahlen gleichzeitig auf der Detektoroberfläche des Detektors 108 erfaßt wird. Die dichroitischen Schichtvorrichtungen 110 und 112 sind mittels einer Befestigungsvorrichtung 114, die Armträgerstrukturen 116, 118 und 120 einschließt, welche sich zwischen zwei Seitenabschnitten erstrecken, genau in den gezeigten Positionen gehalten. Die Trägerstruktur 114 ist in den mittleren Abschnitten offen, um zu ermöglichen, daß Licht zu der optischen Komponente 110 und danach zum Detektor 108 durchgelassen wird. Der Detektor 108 ist mittels Grenzoberflächen 122 und 124 ebenfalls präzise in der Befestigungsvorrichtung 114 plaziert. Signale, die vom Detektor 108 hergeleitet werden, werden über Verbinder 128 und 130, die eine Mehrzahl von Verbindern aufweisen, direkt zu einer Schaltungsplatine 126 geleitet.
• Fig. 3 zeigt eine alternative Art, auf die die optische Komponente der vorliegenden Erfindung aufgebaut und verwendet sein kann. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die optische Komponente 132 verwendet sein, um einen Eingangsstrahl 134 in drei einzelne räumliche und spektral getrennte Strahlen 136, 138 und 140 zu trennen. Alternativ kann die optische Komponente 132 verwendet sein, um drei räumlich und spektral getrennte Eingangsstrahlen 142, 144 und 146 in einen einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl 148 zu kombinieren, der jeden der Eingangsstrahlen derart spektral und räumlich kombiniert, daß alle optischen Achsen der Eingangsstrahlen 142, 144 und 146 koinzident sind, 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 sein, solange die optischen Achsen aller räumlich und spektral getrennter Strahlen ordnungsgemäß mit der optischen Komponente, wie z.B. der optischen Komponente 132, ausgerichtet sind.
• Fig. 3 zeigt ferner die Art und Weise, auf die beide dichroitischen Schichtvorrichtungen 150 und 152 aufgebaut sein können. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist die dichroitische Schichtvorrichtung 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 von Beabstandungen 160 und 162 gehalten, die an einer Substratvorrichtung 164 befestigt sind, welche entweder eine total reflektierende Oberfläche 166 oder eine Oberfläche, die mit einer weiteren dichroitischen Schicht beschichtet ist, um einen spezifizierten Spektralbereich, der von der Oberfläche 166 reflektiert wird, zu liefern, aufweist. Der Raum zwischen der Oberfläche 166 und der dichroitischen Schicht 158 kann einen 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. 3 gezeigt ist, kann das optisch transparente Trägermedium 154 eine Glasplatte aufweisen, die einen höheren Brechungsindex in der umgebenden Luft besitzt, wodurch bewirkt wird, daß die einzelnen optischen Strahlen mit unterschiedlichen Winkeln gebrochen werden. Da die optischen Oberflächen in der dichroitischen Schichtvorrichtung 152 umgekehrt sind, sind die optischen Weglängen derart eingestellt, daß sie zu einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu den optischen Achsen aller einzelnen Strahlen ist, längenmäßig gleich sind. Selbstverständlich gilt dies unabhängig davon, ob die optische Komponente 132 als ein Farbseparator oder als ein Farbkombinierer verwendet ist. Der Unterschied des Brechungsindex der Glasplatte gegenüber der Luftlücke bewirkt keine Änderung der optischen Weglängen aufgrund der Tatsache, daß die Oberflächen, von denen die Strahlen reflektiert werden, auf der folgenden dichroitischen Schichtvorrichtung umgekehrt sind, solange die Glasplatte eine der Luft äquivalente Weglänge der Luftlücke aufweist.
• Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, beträgt der Einfallswinkel für jede der dichroitischen Schichtvorrichtungen näherungsweise 22,5º. Der geringe Einfallswinkel und die sehr kleine Plattengröße, die bei vielen Anwendungen verwendet ist, hat einen minimalen Astigmatismus zur Folge, so daß aufwendigere optische Prismen ohne eine merkliche Verschlechterung der optischen Qualität beseitigt sein können.
• Fig. 4 zeigt eine optische Komponente 168, die auf eine alternative Art und Weise aufgebaut sein kann. Die optische Komponente 168 kann eine erste und eine zweite dichroitische Schichtvorrichtung 170 und 172 aufweisen, die entweder zum spektralen und räumlichen Kombinieren oder Trennen von optischen Strahlen verwendet sein können. Wie gezeigt besitzt die dichroitische Schichtvorrichtung 170 ein im wesentlichen transparentes optisches Trägermedium 174, das dichroitische Schichten 176 und 178 aufweist, die auf zwei im wesentlichen flachen Seiten angeordnet sind. Das im wesentlichen optisch transparente Trägermedium 174 ist an einem Substrat 180 befestigt, das entweder eine total reflektierende Oberfläche 182 oder eine Oberfläche aufweist, die mittels eines optischen Klebers 184, der in der Lage ist, im wesentlichen die gesamte optische Strahlung durchzulassen, mit einer weiteren dichroitischen Schicht beschichtet ist, um einen spezifizierten Spektralbereich zu liefern, der von der Oberfläche 166 reflektiert wird. Der optische Kleber, wie oben offenbart wurde, kann einen Brechungsindex aufweisen, der genau mit dem des optisch transparenten Trägermediums übereinstimmt, um eine Änderung des Brechungswinkels in der dichroitischen Schichtvorrichtung 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 eine Durchbiegung oder eine Auswölbung des optisch transparenten Trägermediums 174 zur Folge haben. Jedoch besitzt das Substrat 180 eine ausreichende Dicke, um eine Auswölbung zu verhindern, und besitzt eine im wesentlichen flache reflektierende Oberfläche 182, an der das optisch transparente Trägermedium 174 mittels des optisch transparenten Klebers 184 befestigt 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. Selbstverständlich wird, je dünner die Kleberschicht zwischen dem optisch transparenten Trägermedium 174 und der im wesentlichen flachen reflektierenden Oberfläche 182 ist, desto steifer die Kleberlinie, was wiederum eine relative Bewegung weiter beschränkt. Um sogar zusätzliche Unterstützung zu liefern, kann eine Glasplatte mit einer dünnen Schicht eines Klebemittels auf beiden Seiten anstelle des optischen Klebers 184 verwendet werden. Wiederum würde die dichroitische Schichtvorrichtung 172 typischerweise auf die gleiche Art und Weise wie die dichroitische Schichtvorrichtung 170 aufgebaut sein, um die gesamte optische Komponente 168 zu vereinfachen.
• Fig. 5 zeigt eine alternative Weise des Aufbauens einer dichroitischen Schichtvorrichtung 186. Fig. 5 zeigt wiederum, daß die dichroitische Schichtvorrichtung 186 entweder als Strahlteiler oder als Strahlkombinierer verwendet sein kann. Außerdem ist nur eine zusammengesetzte dichroitische Komponente 186 dargestellt, obwohl sicherlich zusätzliche zusammengesetzte dichroitische Komponentenvorrichtungen verwendet sein werden, um die optischen Weglängen anzugleichen und die optischen Strahlen zu verschiedenen Standorten zu leiten.
• Fig. 5 zeigt ferner, daß eine Mehrzahl optisch transparenter Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196 verwendet sein kann, um eine Mehrzahl von Strahlen entweder zu trennen oder zu kombinieren. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Strahlen unter Verwendung der Techniken der vorliegenden Erfindung kombiniert oder getrennt werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind dichroitische Schichten 198, 200, 202, 204 und 206 auf der vorderen Schicht aller optisch transparenter Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196 angeordnet. Beabstandungen 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220 und 222 tragen und trennen alle optisch transparenten Trägermedien 188, 190, 192, 194 und 196. Wenn eine große Trennung der einzelnen spektralen Strahlen stattfindet oder erwünscht ist, ist die dichroitische Schichtvorrichtung 186, die in Fig. 5 gezeigt ist, ideal geeignet. Die Beabstandung, die durch die Beabstandungen 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220 und 222 geliefert wird, kann variiert werden, um die erhöhte Dicke, wie z.B. die erhöhte Glasdicke von jedem optisch transparenten Trägermedium 188, 190, 192, 194 und 196, zu berücksichtigen, wenn der Strahl durch die dichroitische Schichtvorrichtung 186 durchgelassen wird, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung aller einzelnen spektralen Strahlen sicherzustellen. Selbstverständlich können die optischen Kleber, die Einfallswinkel, die Plattendicken, die Verwendung von Prismen und andere Techniken, wie sie hierin beschrieben sind, in einer beliebigen der gezeigten Vorrichtungen verwendet sein, um die Wirkungen des Astigmatismus zu reduzieren und weitere mögliche Probleme zu verhindern. Selbstverständlich sollte es offensichtlich sein, daß eine beliebige Art und Weise des Tragens und Trennens im wesentlichen paralleler dichroitischer Ebenen zusätzlich zu den Glasplatten, Kleberschichten, Beabstandungen, usw., die hierin offenbart sind, verwendet sein kann. Das Verfahren des Tragens und Trennens einer Mehrzahl von dichroitischen Ebenen ist für die vorliegende Erfindung, die hierin offenbart ist, sekundär, welche die Verwendung einer Mehrzahl von dichroitischen Ebenen, die in einem Winkel zu den optischen Strahlen angeordnet sind, um die Strahlen entweder räumlich und spektral zu kombinieren oder zu trennen, aufweist. Zusätzlich kann das letzte optisch transparente Trägermedium 196 durch eine total reflektierende Oberfläche, wie oben beschrieben wurde, ersetzt sein.
• Fig. 6 zeigt weitere Implementierungen der optischen Komponente 224 der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Beabstandung der dichroitischen Schichtvorrichtungen 226 und 228 geändert sein, ebenso wie die Auftreffwinkel θ&sub1; und θ&sub2; der optischen Strahlen auf die dichroitischen Schichtvorrichtungen 226 bzw. 228. Ebenso kann der gesamte eingeschlossene Winkel θ&sub3; variiert werden, um die optischen Strahlen zu einer vorbestimmten Ebene zu leiten. Es ist möglich, gleiche optische Weglängen beizubehalten, ebenso wie die Beabstandung zwischen den optischen Achsen jedes der einzelnen spektralen Strahlen zu verändern, indem sowohl der Auftreffwinkel als auch die Plattendicke variiert werden. Wie oben erwähnt wurde, können die Materialien, die in den dichroitischen Schichtvorrichtungen 226, 228 verwendet sind, ebenfalls verschieden sein, um den Brechungsindex und die Weglänge der optischen Strahlen in den dichroitischen Schichtvorrichtungen zu ändern, um eine zusätzliche Möglichkeit des Einstellens der optischen Komponente 224 der vorliegenden Erfindung zu liefern. Aus Gründen der Vereinfachung ist Fig. 6 ebenso wie andere Zeichnungen, die hierin offenbart sind, ohne eine Darstellung der Brechungswinkel gezeichnet.
• Fig. 7 ist eine schematische Seitenansicht einer Farbabbildungsvorrichtung 230, die ein Farbbild auf einem Aufzeichnungsmedium 232, das auf einer Bildebene liegt, erzeugt. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, liefert eine Beleuchtungsquelle 234 eine Quelle weißen Lichts, das mittels Filtern 236 gefiltert wird, um drei getrennte Farbstrahlen zu erzeugen, die vorbestimmte Spektralbereiche besitzen und als drei getrennte Beleuchtungsquellen arbeiten. Die Farbfilter 236 sind benachbart zu einer Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung 238 (LCD-Vorrichtung) plaziert, die ferner in Fig. 8 dargestellt ist.
• Wie in Fig. 8 gezeigt ist, besitzt die Flüssigkristallanzeige-Vorrichtung 238 drei lineare Arrays 240, 242, 244 von Flüssigkristallanzeige-Blenden, die in der Lage sind, Licht als Antwort auf ein elektrisches Steuersignal auf einer kontinuierlich variablen Grauskala von einem im wesentlichen totalen Durchsatzpegel zu einer im wesentlichen Undurchlässigkeit durchzulassen. Eine Auflösung von näherungsweise 1000 Elementen pro Inch (2,54 cm) kann in LCD-Arrays, wie z.B. dem, das in Fig. 8 gezeigt ist, erhalten werden. Zum Vergleich kann ein Feinkornfilm typischerweise einen Auflösungsbereich von 600 bis 800 Linienpaaren pro Inch (2,54 cm) aufweisen. Daher kann unter Verwendung von LCD-Blenden eine sehr hohe Auflösung erhalten werden. LCD-Blenden sind von mehreren Herstellern, einschließlich der Epson-Corporation und der Sharp-Corporation in Japan, erhältlich.
• Wie wiederum in Fig. 7 gezeigt ist, wurden die drei optischen Strahlen 246, 248 und 250, die von der LCD-Blende 238 durchgelassen werden, intensitätsmäßig eingestellt, um die Farbintensität einer einzelnen Informationslinie, die auf dem Aufzeichnungsmedium 232 aufgezeichnet werden soll, gemäß den Bildinformationen, die von dem Steuersignal geliefert werden, darzustellen. Die optischen Strahlen 246, 248 und 250 werden durch die optische Komponente 252 geleitet, die beliebige der optischen Komponenten, die hierin offenbart sind, aufweisen kann, und werden durch eine Linse 254 auf das Aufzeichnungsmedium 232 fokussiert. Wie dargestellt ist, werden die drei getrennten Informationslinien, die durch jede der Linienmatrizen 240, 242 und 244 (Fig. 8) geliefert werden, in einen einzelnen Strahl mit einer koinzidenten optischen Achse derart kombiniert, 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 ist. 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 sequentiell jede der Farben auf dem Aufzeichnungsmedium belichtet wird. Diese Technik erfordert nicht nur drei getrennte Belichtungen des Aufzeichnungsmediums, was aufwendig und zeitverbrauchend ist, sondern ferner sind die Linienschärfe und die Konvergenz aufgrund der Dreiergruppe der Farben, die bei CRT-Farbmonitoren erforderlich sind, extrem niedrig.
• Das Aufzeichnungsmedium 232 in Fig. 7 kann einen großen Bereich von Aufzeichnungsmedien einschließen. Z.B. könnte die vorliegende Erfindung zur Darstellung von Graphiken unter Verwendung eines speziellen Farbbelichtungspapiers, das von der Mead-Company erhältlich ist, verwendet sein. Das Mead-Papier ist derart beschichtet, daß es, wenn es Licht ausgesetzt ist, sich chemisch ändert. Das Papier läuft dann durch Walzen, die die chemisch geänderte Beschichtung zerquetschen, um einen Farbdruck zu erzeugen. Außerdem kann das Aufzeichnungsmedium 32 einen photographischen Film oder ein beliebiges anderes Aufzeichnungsmedium aufweisen, das in der Lage ist, optische Strahlung, einschließlich nicht-sichtbarer Strahlung, aufzuzeichnen. Die Walzen 256 sind wirksam, um das Aufzeichnungsmedium 232 weiterzubewegen, und können in einer kontinuierlichen oder in einer schrittweisen Form unter Verwendung eines Schrittmotors getrieben werden, um der Art und Weise zu entsprechen, in der das Steuersignal an die LCD-Blendenvorrichtung 238 angelegt ist. Alternativ kann die LCD-Blendenvorrichtung 238 drei Arrays von Licht-emittierenden Dioden (LEDS) aufweisen, die als Antwort auf ein Steuersignal drei unterschiedliche Lichtspektren erzeugen. In diesem Fall können die Beleuchtungsquelle 234 und die Filter 236 beseitigt sein.
• Fig. 9 ist eine schematische Seitenansicht einer Projektionsvorrichtung, die die optische Komponente 260 der vorliegenden Erfindung verwendet. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, ist die optische Komponente 260 ähnlich der optischen Komponente 186, die in Fig. 5 gezeigt ist, aufgebaut, kann jedoch eine beliebige der Realisierungen der optischen Komponente der vorliegenden Erfindung aufweisen. Wie oben erwähnt wurde, kann die Beabstandung zwischen den Glasplatten für die Brechung, die in den Glasplatten erzeugt wird, eingestellt werden. Wenn der Einfallswinkel z.B. 22,5º beträgt, wie schematisch in Fig. 9 dargestellt ist, ändert sich der Winkel des Strahls in der Glasplatte auf näherungsweise 14,61º für Glas. Um eine zusätzliche Glasdicke zu berücksichtigen, muß jede der Beabstandungen einen zusätzlichen Raum für nachfolgend tiefere Schichten in der optischen Komponente 260 liefern. Selbstverständlich besteht der Vorteil der optischen Komponente mit beabstandeten Platten 260, die in Fig. 9 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. 9 zeigt eine zweidimensionale Projektionsvorrichtung, bei der eine optische Quelle 262 weißes Licht erzeugt, das von Farbfiltern 264 gefiltert wird, welche jeweils einen unterschiedlichen spektralen Frequenzbereich projizieren. Jedes dieser Filter 264 besitzt eine zweidimensionale Oberfläche, die über den LCD-Matrizen 266 liegt. Die LCD-Matrizen 266 sind ebenfalls in Fig. 10 dargestellt. Die LCD-Matrizen 266 weisen drei einzelne Matrixarrays 268, 270 und 272 auf, die einzeln mittels eines Steuersignals, das schematisch durch Kontakte 274 dargestellt ist, gesteuert werden, um ein Bild für jede getrennte Farbe der drei Primärfarben zu liefern. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Matrizen verwendet sein, um eine beliebige Anzahl von gewünschten Farben zu liefern, obwohl nur die drei Primärfarben notwendig sind, um eine volle Farbanzeige zu liefern. Jede LCD-Matrixanzeige ist in der Lage, eine vorbestimmte Strahlungsmenge jedes spektralen Bandes an jedem räumlichen Ort jedes einzelnen Matrixelementes in einer kontinuierlich variablen Form durchzulassen, welche von dem Bildsteuersignal 274 gesteuert wird. Die LCD-Matrizen wirken als Lichtblenden und sind unter Verwendung der Genauigkeit einer photolithographischen Abscheidung abgeschieden, die Bilder einer sehr hohen Auflösung ermöglicht. Außerdem können dieselben auf einem monolithischen Substrat abgeschieden sein, was es möglich macht, daß die Matrizen sehr einfach mit den optischen Strahlen ausgerichtet werden, eine sehr gleichmäßige elektrische Ansprechempfindlichkeit über jede Matrix und zwischen verschiedenen Farben (unterschiedliche Matrizen) liefert und leicht und günstig herzustellen ist.
• Die drei zweidimensionalen Strahlen werden in der optischen Komponente 260 präzise derart kombiniert, daß alle optischen Strahlen 274, 276 und 278 gleiche optische Weglängen besitzen. Der einzelne spektral und räumlich kombinierte Strahl 280 wird dann mittels einer Linse 282 auf einen Projektionsbildschirm 284 fokussiert, der entworfen sein kann, um entweder von vorne oder von hinten betrachtet zu werden. Die Linse 282 ist schematischer Natur und wird mit größter Wahrscheinlichkeit mindestens zwei Linsenelemente zur Projektion auf den Bildschirm 284 aufweisen.
• Ein Vorteil der Projektionsvorrichtung, die in Fig. 9 dargestellt ist, besteht darin, daß jedes Pixelelement eine Überlagerung jeder der drei Farben ist. in anderen Worten heißt das, daß jedes Pixel eine Farbe ist, die aus allen drei Farben zusammengesetzt ist. Dies unterscheidet sich wesentlich von typischen Farb-CRT-Bildschirmen, bei denen jedes Pixel eine getrennte Farbe ist, die das Auge in ein einzelnes kombiniertes Farbpixel optisch integriert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein viel schärferes Bild erzeugt, da eine Konvergenz aller drei Farben in jedem Pixelelement existiert. Außerdem erfordern typische Farb-CRT- Bildschirme eine Lochmaske, um jedes einzelne Pixel zu trennen. Da die vorliegende Erfindung eine vollständige Farbkonvergenz jedes Pixels besitzt, sind Lochmasken nicht notwendig, wodurch eine viel größere Bildklarheit erhalten werden kann. Am wichtigsten ist, daß die Projektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung keine schädlichen Röntgenstrahlen erzeugt, die von CRTs erzeugt werden.
• Alternativ kann die Vorrichtung in Fig. 9 als eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines Bildes auf ein Aufzeichnungsmedium verwendet sein. In anderen Worten heißt das, daß der Projektionsbildschirm 284 statt eines Projektionsbildschirms ein Aufzeichnungsmedium aufweisen kann, so daß Bilder in beiden Dimensionen gleichzeitig aufgezeichnet werden können und nicht in einer einzelnen Dimension in einer seriellen Form, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Außerdem kann die LCD-Matrix 266 durch eine Reihe von Matrizen Licht-emittierender Dioden ersetzt sein, so daß die Filter 264 und die Beleuchtungsquelle 262 eliminiert sein können. In diesem Fall würde jede LED-Matrix 268, 270 und 272 einen verschiedenen spektralen Frequenzbereich erzeugen.
• Fig. 11 ist eine schematische isometrische Ansicht einer Realisierung der optischen Komponente 286 der vorliegenden Erfindung, die als ein zweidimensionales optisches Farbkomponentensystem verwendet ist, das z.B. in einer Farbkamera verwendet werden könnte. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, fokussiert eine Linse 288 ein Bild von einer Objektebene 290 durch eine Öffnungsvorrichtung 292, die das Sichtfeld der Farbkameravorrichtung, die in Fig. 11 gezeigt ist, bestimmt. Das Bild aus der Objektebene 290 wird auf eine Bildebene fokussiert, auf der drei Matrizen von Detektoren 294, 296 und 298 angeordnet sind, um die einzelnen Farbstrahlen, die mittels der optischen Komponente 286 getrennt sind, zu erfassen. Die optische Komponente 286 ist als ein Prisma 310 mit optischen Beabstandungsplatten 300, 302, 304 und 306, die an demselben befestigt sind, gezeigt. Selbstverständlich kann eine beliebige der optischen Komponentenvorrichtungen, die hierin offenbart sind, anstelle der optischen Komponente 286, die in Fig. 11 dargestellt ist, verwendet sein, abhängig von der gewünschten Genauigkeit und dem gewünschten Aufwand. Ein deutlicher Vorteil der Realisierung der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 11 dargestellt ist, besteht darin, daß alle Detektormatrizen 294, 296 und 298 in der gleichen Ebene und nebeneinander liegen können, so daß sie auf einem monolithischen Substrat aufgebaut sein können. Dies beseitigt viele Ausrichtungsprobleme, die zu üblichen bekannten dichroitischen Prismenvorrichtungen gehören, und liefert eine gleichmäßige Ausgabe, so daß jede Farbintensität nicht für jede Verwendung oder während der Dauer der Verwendung der Kamera einzeln eingestellt werden muß. Da alle Matrizen der Detektoren 294, 296 und 298 auf dem gleichen Substrat liegen, liefert ein nahezu gleichmäßiger Temperaturgradient nahezu identische Änderungen der Ausgangsintensität der Signale von den Detektoren.
• Fig. 12 weist eine schematische Seitenansicht einer Farbkameravorrichtung auf, wie z.B. der, die in Fig. 11 gezeigt ist, welche die Realisierung der beabstandeten Platten für die optische Komponente 312 verwendet, wie z.B. die, die in der Fig. 5 und der Fig. 9 dargestellt ist. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, beschränkt eine Öffnungsvorrichtung 314 das Sichtfeld eines Bildes, das mittels einer Linse 316 auf den Dreimatrix-Detektor 318, 320 und 323 fokussiert wird. 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 oben beschrieben ist.
• Fig. 13 zeigt den Dreimatrix-Detektor 318, 320 und 322, der auf einem monolithischen Substrat 332 befestigt ist, um ein gleichmäßiges Farbausgabesignal zu liefern.
• Fig. 14 zeigt eine elektronische Farbfiltervorrichtung zum Filtern eines optischen Eingangsstrahls 334, der von einer Beleuchtungsquelle 336 erzeugt ist, welcher durch ein Stiftloch oder eine Linienöffnung 351 in einer Öffnungsplatte 338 abgebildet wird, um einen gefilterten optischen Ausgangsstrahl 336 zu bilden. Der optische Eingangsstrahl 334 wird mittels einer Linse 340 durch den spektralen Strahlteiler 342 auf eine Öffnungsebene 344 fokussiert, auf der eine Anzahl von Öffnungsvorrichtungen, wie z.B. LCD-Blenden 346, 348 und 350 angeordnet sind, um den Durchsatz des Lichtes als Antwort auf ein elektrisches Steuersignal zu variieren. 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 ist. Diese Strahlen werden dann mittels eines spektralen Kombinierers 352 präzise kombiniert und mittels einer Linse 354 fokussiert, um einen einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl 336 zu erzeugen, der sowohl räumlich als auch spektral kombiniert ist und bezüglich des spektralen Gehaltes entsprechend dem elektronischen Steuersignal eingestellt ist. Wiederum kann eine beliebige Anzahl von Farbstrahlen in der Vorrichtung, die in Fig. 14 gezeigt ist, erzeugt werden, zusammen mit einer entsprechenden Anzahl von Blendenvorrichtungen, um eine zusätzliche Steuerung des spektralen Gehalts des Ausgangsstrahls 336 zu liefern. Ferner kann anstelle der LCD-Blenden 346, 348 und 350 ein beliebiger Typ einer Blendenvorrichtung verwendet sein. Zusätzlich können die einzelnen spektralen Strahlen auf eine beliebige gewünschte Art und Weise erzeugt werden, wobei es nicht notwendig ist, daß der Strahlteiler 342 verwendet ist.
• Fig. 15 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Mehrkanal-Lichtleiter-Kommunikationsvorrichtung 360. Lichtleiter-Kommunikationsvorrichtungen ermöglichen die Übertragung von Informationen mit hoher Bandbreite über einen Lichtleiter, wie z.B. einen Lichtleiter 362. Dies ermöglicht eine hochfrequente Modulation einer optischen Quelle, wie z.B. einer Laserdiode. Laserdioden können im Megaherz-Frequenzbereich geschaltet werden. Jedoch bildet das demodulierte Signal am Empfangsende ein Einstationssignal, da nur eine Trägerfrequenz durch den Lichtleiter übertragen wird.
• Die Vorrichtung, die in Fig. 15 offenbart ist, überwindet diese Nachteile und Begrenzungen durch das Vorsehen mehrerer Trägersignale in der Form einer Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Strahlen, die in einen einzelnen kombinierten Strahl kombiniert wurden. Wie in Fig. 15 dargestellt ist, enthält ein optischer Generator 364 eine Mehrzahl von einzelnen und räumlich getrennten optischen Generatoren 366, 368 und 370, von denen jeder einen verschiedenen Spektralbereich aufweist. Jeder der einzelnen optischen Generatoren 366, 368 und 370 wird mittels eines getrennten Kommunikationssignals über elektrische Verbinder, die schematisch als Verbinder 372 dargestellt sind, getrennt moduliert. Die optische Komponente 374 der vorliegenden Erfindung ist ausgerichtet, um die einzelnen Strahlen, die von den optischen Generatoren 366, 368 und 370 erzeugt sind, 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 Lichtleiters 362 zur Übertragung zu einem entfernten Ort fokussiert.
• An dem entfernten Ort, wie in Fig. 15 gezeigt ist, wird der kombinierte Strahl von dem Lichtleiter 362 übertragen, wie bei 382 gezeigt ist, und mittels einer 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 spektralen Komponenten, die einzeln auf Photodetektoren 388, 390 und 392 fokussiert werden. Die Ausrichtung der optischen Komponenten 386 und die Auswahl der dichroitischen Filterschichten ermöglicht eine genaue Trennung jedes dieser spektralen Bänder, das durch die optischen Generatoren 366, 368 und 370 erzeugt ist, auf die Photodetektoren 388, 390, 392.
• Die Vorrichtung von Fig. 15 ermöglicht die Übertragung mehrerer Kanäle auf einem einzelnen Lichtleiter 362 durch die Wirkung der Fähigkeit, eine Mehrzahl von einzelnen Strahlen, die unterschiedliche Spektralbereiche aufweisen, für eine Übertragung über einen Lichtleiter 362 räumlich zu kombinieren und am Empfangsende den optischen Strahl nachfolgend in seine spektralen Komponenten zu trennen. Auf diese Art und Weise liefert die vorliegende Erfindung die Fähigkeit, mehrere Trägerbänder auf einem einzelnen Lichtleiter zu übertragen. Selbstverständlich können so viele spektrale Bänder, wie erwünscht sind, übertragen werden, wobei die vorliegende Erfindung zum Übertragen mehrerer spektraler Bänder ideal geeignet ist, da die dichroitischen Schichten als Kerbfilter entworfen sein können, um sehr schmale spektrale Bänder zu reflektieren und durchzulassen. Außerdem kann das optische Signal von einer beliebigen optischen Quelle erzeugt sein, die die Öffnungsvorrichtung 344, die in dem elektronischen Filter, das in Fig. 14 offenbart ist, gezeigt ist, einschließt. Ferner kann die optische Quelle 364 eine Reihe von Liniengeneratoren oder eine Matrix von Generatoren einschließen, die mittels der Linse 378 auf ein Array von Lichtleiter-Kabeln fokussiert werden können, um die Übertragung über mehrere Lichtleiterkabel auf eine einfache und leichte Art und Weise zu erleichtern.
• Fig. 16 zeigt schematisch die Verwendung mehrerer Laserquellen 394, 396 und 398, die Festkörperlaser oder Gaslaser aufweisen können, abhängig von der Anwendung der optischen Quelle. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, ist der Laser 394 in der Lage, einen roten Strahl zu erzeugen, während der Laser 396 einen blauen Strahl 402 erzeugt und der Laser 398 einen grünen Strahl 404 erzeugt. Wiederum können so viele verschiedene optische Quellen verwendet sein, wie gewünscht ist, um so viele Strahlen wie erforderlich zu erzeugen. Die Laserquellen können in einer beliebigen der Anwendungen der vorliegenden Erfindung, die hierin dargestellt sind, verwendet werden. Z.B. können Gaslaser erforderlich sein, um eine ausreichende Leistung zur Übertragung über weite Distanzen über einen Lichtleiter 362, wie er in Fig. 15 dargestellt ist, zu erzeugen. Außerdem kann es vorteilhaft sein, Gaslaser bei verschiedenen Projektionssystemen zu verwenden, wie z.B. dem Projektionssystem, das in Fig. 9 dargestellt ist, um eine ausreichende Beleuchtung der Projektionsquelle zu erzeugen. Ferner kann eine holographische Farbprojektion oder Aufzeichnung unter Verwendung von Lasern realisiert werden.
• Fig. 17 zeigt eine alternative Realisierung der Vorrichtung, die in Fig. 15 gezeigt ist. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, ist ein optischer Generator 406 in der Lage, eine Mehrzahl von spektralen Strahlen zu erzeugen, die mittels einer Linse 410 in einen einzelnen Strahl 408 kombiniert werden. Die Linse 410 kombiniert die einzelnen spektralen Strahlen in den einzelnen kombinierten Strahl 408 und fokussiert den einzelnen kombinierten Strahl 408 auf das Ende des Lichtleiters 412. Die Erfindung ist dann auf die im wesentlichen gleiche Art und Weise, wie die, die bei Fig. 15 beschrieben ist, am empfangsseitigen Ende realisiert, um den kombinierten Strahl 414 mittels einer optischen Komponente 416 räumlich zu trennen. Jeder der einzelnen spektralen Strahlen wird durch eine Linse 420 auf einen Photodetektor 418 fokussiert. Da die optischen Weglängen der einzelnen Strahlen aufgrund der Tatsache, daß jeder Strahl ein einzelnes Trägerband aufweist, nicht kritisch sind, ist es nicht notwendig, daß beide zusammengesetzten dichroitischen Vorrichtungen 422 und 424 verwendet sind, um den kombinierten Strahl 414 zu trennen. Daher ist nur eine einzelne zusammengesetzte dichroitische Vorrichtung, wie z.B. die dichroitische Vorrichtung 424, gemäß der Erfindung, die in Fig. 17 dargestellt ist, notwendig.
• Die vorliegende Erfindung liefert folglich eine optische Kombinierervorrichtung, die in einer Anzahl von einzigartigen Realisierungen verwendet werden kann. Die zusammengesetzten dichroitischen Schichtvorrichtungen der vorliegenden Erfindung können auf eine Anzahl von verschiedenen Arten mit einem großen Bereich von Veränderlichen verwendet werden, um die gewünschten Ergebnisse und die optische Qualität zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, ohne großen Aufwand einzelne im wesentlichen parallele spektrale Strahlen zu kombinieren, wodurch viele der Probleme, die zu der Ausrichtung der Komponenten gehören, beseitigt sind. Zusätzlich sind die Konstruktionstechniken der optischen Komponente bezüglich 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 der dichroitischen Prismen zu erzeugen.
• Die vorhergehende Beschreibung der Erfindung wurde zu Zwecken der Darstellung der Beschreibung gegeben. Sie ist nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die präzise Form, die offenbart ist, zu begrenzen, wobei weitere Modifikationen und Änderungen im Licht der obigen Lehren möglich sein können. Das Ausführungsbeispiel wurde ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und die praktische Anwendung derselben am besten zu erläutern, um es dadurch Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsbeispielen und verschiedenen Modifikationen, wie sie für eine spezielle betrachtete Verwendung geeignet sind, am besten auszunutzen. Die beigefügten Ansprüche sind bestimmungsgemäß aufgebaut, um weitere alternative Ausführungsbeispiele der Erfindung einzuschließen, insofern sie nicht durch den Stand der Technik begrenzt sind.

Claims (12)

1. Eine Farbabbildungsvorrichtung, die auf ein elektronisches Abbildungssignal anspricht, zum Erzeugen eines Farbbilds auf einer Bildebene, mit folgenden Merkmalen:

einer Farbgeneratoreinrichtung (234, 236) zum Erzeugen einer Mehrzahl von optischen Strahlen derart, daß jeder der optischen Strahlen räumlich getrennt ist und einen vorbestimmten Spektralbereich aufweist;

einer Intensitätssteuereinrichtung (238) zum Schneiden der Mehrzahl von optischen Strahlen in einer gemeinsamen Ebene und zum Verändern der Intensität der Mehrzahl von optischen Strahlen gemaß dem elektronischen Abbildungssignal, um eine Mehrzahl von parallelen optischen Abbildungsstrahlen (246, 248, 250) zu erzeugen;

einer spektralen Kombinierereinrichtung (252), die zwischen der Intensitätssteuereinrichtung (238) und der Bildebene (232) angeordnet ist, um die Mehrzahl von optischen Abbildungsstrahlen (246, 248, 250) in einen einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl räumlich und spektral derart zu kombinieren, daß die optischen Achsen der Mehrzahl von optischen Abbildungsstrahlen im wesentlichen parallel bleiben und im wesentlichen gleiche optische Weglängen während des Durchgangs durch die spektrale Kombinierereinrichtung aufweisen, die folgende Merkmale aufweist:

eine erste zusammengesetzte dichroitische Einrichtung zum Reflektieren der Mehrzahl von optischen Abbildungsstrahlen (246, 248, 250) von einer ersten Mehrzahl von parallelen reflektierenden Oberflächen;

eine zweite zusammengesetzte dichroitische Einrichtung zum Reflektieren der Mehrzahl der optischen Abbildungsstrahlen (246, 248, 250), die von der ersten zusammengesetzten dichroitischen Einrichtung reflektiert wurden, von einer zweiten Mehrzahl von parallelen reflektierenden Oberflächen in einen räumlich überlagerten Weg derart, daß die optischen Achsen im wesentlichen gleiche optische Weglängen von der Intensitätssteuereinrichtung (238) zu der Bildebene aufweisen, und jeder der Mehrzahl von optischen Strahlen räumlich und spektral überlagert ist, um den einzelnen kombinierten Ausgangsstrahl zu bilden;

einer Einrichtung zum Fokussieren (254) des einzelnen kombinierten Ausgangsstrahls auf die Abbildungsebene, um ein Farbbild zu bilden.

2. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Farbgeneratoreinrichtung (234) und die Intensitätssteuereinrichtung (238) eine Mehrzahl von linearen Arrays (240, 242, 244) von Licht-emittierenden Dioden aufweisen.

3. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Intensitätssteuereinrichtung (238) eine Flüssigkristallanzeige-Blendeneinrichtung zum Steuern der Intensität der Mehrzahl der optischen Strahlen aufweist.

4. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Intensitätssteuereinrichtung (238) eine Einrichtung zum Steuern der Intensität einer Mehrzahl von Matrixarrays von Licht-emittierenden Dioden (268, 270, 272) aufweist.

5. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Intensitätssteuereinrichtung eine Flussigkristallanzeige-Blendeneinrichtung, die in einem Matrixarray gebildet ist, aufweist.

6. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das elektronische Abbildungssignal ein Videosignal aufweist, und die Einrichtung zum Fokussieren eine Projektionslinseneinrichtung (282) zum Projizieren eines Videobildes auf einen Videoprojektionsbildschirm (284) aufweist.

7. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das elektronische Abbildungssignal ein Dokumentenabtastsignal aufweist.

8. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung zum Aufzeichnen (232) des einzelnen kombinierten Ausgangsstrahls.

9. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Einrichtung zum Aufzeichnen einen photographischen Film (232) aufweist.

10. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Einrichtung zum Aufzeichnen ein Licht-empfindliches Farbaufzeichnungsdokument (232) aufweist.

11. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, die ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung zum Aufzeichnen des einzelnen kombinierten Ausgangsstrahls, um ein Farbdokument zu bilden.

12. Die Farbabbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Farbgeneratoreinrichtung eine Mehrzahl von Farblasern (394, 396, 398) aufweist.