CN1206844A - 通过带气隙的两平板来组合光束的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种采用两块平板的光组合装置,它通过一简易的小型装置将三根具有蓝、绿和红波长的光束组合成一单一的组合光束,该装置包括:一反射所有波长光束的反射镜;至少一个滤光镜,用于仅仅透射至少一根具有特定波长的光束并反射具有其它波长的光束;以及一位于反射镜和滤光镜之间的介质,入射光束和被反射光束通过该介质;三根光束在介质中被组合成一单根光束。同时也披露了一种组合具有不同波长的光束的方法。

Description

通过带气隙的两平板来组合 光束的装置和方法

本发明涉及将从三个光源发出的光束组合成一条光束的装置和方法，本发明通过采用一种简易的小型装置来将诸如蓝、绿和红色波长的特定波长光组合成用作光源的一束光并使该组合光束顺利进入其被使用的***。

一种采用白光源的光装置包括一光产生子***、一光调制子***和一扫描***。当白光在光产生子***中被产生后，被分开的光束便进入光调制子***，而光束则被每一外界信号所调制，调制后的光束被组合成一根光束，然后由扫描子***来显示图像。

在如图1所示的已有技术的图像实现装置中，三束已调制光束(100，200，300)被三个排列好的用于颜色组合的滤光镜(一高反射镜150，一分色镜250和一分色镜350)组合成一束光束且该光束通过进入扫描子***的光学***。

在该情况下，每个用于颜色组合的滤光镜均需要一最小的空间，因此光学***的结构变大。另外，只有当每束光和每个滤光镜被精确对准时才能获得最大性能。这样便要花很大努力来将光束和滤光镜相互精确对准，因为即使是最小的误差也会引起整个***中的光损失。

因此已有技术***的缺点在于：整个***每个元件所需的最小尺寸和光路及滤光镜之间所需的精密对准是不可缺少的，且这种光学***难于构造。

本发明通过一种组合每束被起始接收到的光束的方法来解决已有技术所存在的问题，这样可将分开的光源组合起来并付诸于各用途中。

本发明的一个目的是提供一种采用两平板来组合光束的装置，用于通过一种简易的小型装置来将诸如蓝、绿和红这样的波长组合成一单个光源并使该组合的光源平稳地进入一显示最终信息的装置。

本发明的另一目的是提供一种采用两平板来组合光束的方法，用于通过一种简易的小型装置来将诸如蓝、绿和红这样的波长组合成一光源并使该组合的光源平稳进入一显示最终信息的装置。

根据本发明的一实施例，一种采用两平板来将至少两条光束组合成一条组合光束的装置(该至少两根相互具有不同波长的入射光束相互平行地进入该装置且相互间间隔一大致相等距离)包括：一反射镜，反射该至少两根入射光束；至少一个滤光镜，它仅仅透射至少一根具有一特定波长的光束并反射具有其它波长的光束；一介质，它位于反射镜和滤光镜之间，至少一根被透射的光束和被反射的光束通过该介质，在离开所述装置之前由所述透射光束和所述反射光束形成一组合光束。

根据本发明的一实施例，一种组合三根入射光束的方法包括下述步骤：在介质中第一反射平行进入的三束入射光束中的具有第一波长的一根光束；从入射光束中仅将一根具有不同于第一波长的第二波长的光束透射进介质并反射具有其它波长的光束并在介质中第二反射被第一反射的具有第一波长的光束，通过将具有第二波长的透射光束与被第二反射的具有第一波长的光组合来形成一第一组合光束；在介质中第三反射该第一组合光束；从入射光束中仅透射一根具有一不同于第一和第二波长的第三波长的光束进入介质并反射具有其它波长的光束并在介质中第四反射被第三反射的第一组合光束，通过将具有第三波长的透射光束和第四反射的第一组合光束相组合来形成一第二组合白光光束并将其送出介质；并通过调节介质厚度使具有第一波长的第一反射光束被第二反射时所在的一个点对应于具有第二波长的光束被透射所在的一个点，且使被第三反射的第一组合光束被第四反射所在的一个点对应于具有第三波长的光束被透射所在的一个点。

通过阅读以下详细的说明并参考各附图可进一步明确本发明其它的目的和优点。

图1为根据已有技术的一种组合光束的结构。

图2为根据本发明的一实施例的用于组合光束的子***的详细视图。

图3为根据本发明的另一实施例的用于组合光束的子***的详细视图。

尽管本发明可以具有不同的修改和替代形式，但在附图中仍用例子来显示本发明的特定实施例并对它们详加说明。然而应理解的是：这并不意味着将本发明限制在所披露的特定形式方面，相反，我们的意图是在由所附权利要求所规定的本发明的精神和范围之内覆盖所有的修改、等价物和替代形式。

根据本发明的一实施例，采用两平板将至少两根光束组合成一组合光束的装置(该至少两根具有不同波长的光束相互平行地且相互大致等间隔地进入该装置)包括：

一反射所述至少两根光束的反射镜；

至少一个仅仅透射至少一根具有一特定波长的光束并且反射具有其它波长的光束的滤光镜；

位于反射镜和滤光镜之间的介质，透射光束和反射光束通过该介质，在离开装置前组合光束由透射光束和反射光束形成。

根据本发明的一实施例，反射镜和滤光镜被介质保持为相互具有相等间隔，且介质的厚度这样来设置：使得光束在介质中被反射镜所反射且然后再次在介质中被滤光镜所反射所在的点对应于来自介质外侧的光束被滤光镜透射进介质中所在的点。

根据本发明的一实施例，所述介质为空气。

根据本发明的一实施例，反射镜为一宽带高反射镜或一全反射膜片，而滤光镜为一分色镜。

根据本发明的一实施例，用于组合三束具有互不相同的第一、第二和第三波长的入射光束的装置(三束光相互平行进入该装置)包括：

一反射镜，它在一介质中从入射光束中第一反射一根具第一波长的光束；

一第一分色镜，它从入射光束中仅仅透射一根具有第二波长的光束且反射具有其它波长的光束；

一第二分色镜，它从入射光束中仅仅透射一具有第三波长的光束且反射具有其它波长的光束；

第一分色镜在介质中第二反射具有第一波长的该第一被反射光束；

反射镜第三反射一第一组合光束，该第一组合光束是通过在介质中将具有第一波长的第二反射光束与被第一分色镜透射进介质的具有第二波长的光束相组合来形成的；

第二分色镜在介质中第四反射所述被第三反射的第一组合光束；且

其中一第二组合光束离开介质，该第二组合光束是通过将第四被反射的第一组合光束与被第二分色镜透射进介质的具有第三波长的光束相组合来形成的。

根据本发明的另一实施例，用于组合三束具相互不同的第一、第二和第三波长的入射光束的装置(三束光相互平行进入该装置)包括：

一第一分色镜，它从入射光中仅仅透射具有第一波长的一根光束且反射具有其它波长的光束；

一反射镜，它在介质中第一反射被第一分色镜所反射的具有第一波长的光束；

一第二分色镜，它从入射光束中仅仅透射具有第二波长的一根光束并反射具有其它波长的光束；

一第三分色镜，它从入射光束中仅仅透射具有第三波长的一根光束并反射具有其它波长的光束；

第二分色镜，在介质中第二反射具有第一波长的第一被反射光束；

反射镜第三反射一第一组合光束，该光束通过将具有第一波长的第二被反射光束与被第二分色镜透射进介质中的具有第二波长的光束相组合来形成；

第三分色镜，在介质中第四反射被第三反射的第一组合光束；

一第二组合光束离开介质，该第二组合光束是通过将第四被反射的第一组合光束与被第三分色镜透射进介质的具有第三波长的光束相组合来形成。

根据本发明的另一实施例，一种组合三束具相互不同的第一、第二和第三波长的入射光束的方法(三束光相互平行地进入一装置)包括如下步骤：

在介质中从入射光中第一反射进入该介质的具有第一波长的一根光束；

从进入介质的入射光束中仅仅透射一根具有第二波长的光束并反射具有其它波长的光束，并通过在介质中第二反射具有第一波长的第一被反射的光束，通过将具有第二波长的被透射光束与具有第一波长的第二被反射光束相组合来形成一第一组合光束；

在介质中第三反射第一组合光束；

仅仅透射进介质入射光束中具有第三波长的光束并反射具有其它波长的光束，并在介质中第四反射第三被反射的第一组合光束，通过将具有第三波长的被透射光束同第四被反射的第一组合光束相组合来形成一第二组合白光光束并将其从介质送出；

通过调节介质厚度使具有第一波长的第一被反射的光束被第二反射所在的一点对应于具有第二波长的光束被透射所在的一点，并使第三被反射的第一组合光束被第四反射所在的点对应于具有第三波长的光束被透射所在的点。

以下将参照附图详细说明本发明。

本发明旨在通过改变组合光束的结构来极大地改善一种光应用装置的结构，使得光学***的对准变得容易且整个***的尺寸变小。根据本发明的一个实施例，用于组合光束的装置将两根或多根以相互不同的波长且相互平行、相互等间距进入的入射光束组合成一根组合光束。该装置包括：一反射镜(4)，用于反射具有所有波长的光束；至少一个或多个分色镜(5，6)，用于仅仅透射具有特定波长的光束而反射具有其它波长的光束；以及一介质，它位于反射镜和分色镜之间，被透射光和被反射光束通过该介质。

反射镜和分色镜被介质保持成等间距，介质厚度这样来设置：使得光束被反射镜在介质中所反射且然后再在介质中被分色镜所反射所在的点对应于来自介质外部的光束被分色镜透射进介质所在的点。

根据本发明的一个实施例，所述介质为空气或其他气体。此外，所述反射镜是一个宽带高反射镜或全反射镜，且所述滤光器为一分光镜。

根据本发明的一实施例，在图2中示出一光组合子***的结构，被组合的光来自一调制子***。被在如本发明所述的装置中所组合的光束为三种具有蓝、绿和红色波长的光束。

在以下的说明中用λ1、λ2和λ3分别对应于蓝、绿和红色波长，以帮助理解三种光源的λ1(1)、λ2(2)和λ3(3)。应该理解的是：我们是在普通技术人员的能力范围内来安排如本发明所述的装置的，因此三根光束中的每一根可以是红、蓝或绿颜色中的任何一种。

如本发明的一实施例所述的装置包括：一宽带高反射镜(4)，用作为光组合子***中的反射镜；一第一分色镜(5)，它反射蓝和红色波长的光束并透射绿色波长光束；一第二分色镜(6)，它透射红色波长光束并反射蓝和绿色波长的光束。

第一和第二分色镜(5，6)是做在同一块平板上。在宽带光高反射镜(4)和第一和第二分色镜(5，6)之间提供有气隙作为介质(8)，这样宽带高反射镜(4)和第一和第二分色镜(5，6)被保持为等间距且相互平行。

如图2实施例中所示的那样，由光源10₁、10₂、10₃所产生的且相互平行进入的入射光束(1，2，3)中，蓝光束(1)以一特定角度击中宽带高反射镜(4)并被以相同的角度反射。被反射的蓝光束(1)然后以相同于起始角度的角度击中第一分色镜(5)并再次以相同的角度被反射。绿光束(2)在被反射的蓝光的反射位置上透射通过第一分色镜(5)并被与蓝光束组合成一根光束。被组合的光束然后击中高反射镜(4)并再次以相同的角度被反射。被反射的组合光束然后击中第二分色镜(6)并被反射，红光束(3)也在被反射的组合光束的反射位置上被透射通过第二分色镜(6)并与组合蓝光束和组合绿光束相组合。第二组合光束(7)然后离开装置。

根据本发明的另一实施例，可以增加一块第三分色镜(9)，它透射具有蓝波长的光束并反射具有绿和红波长的光束。这一实施例示出在图3中。图3中所示装置的其它部分其操作过程同于图2中相应部分，此处不再详述。

本发明所述的用于组合激光束的装置由图2或3所示的两平板组成。两平板中的一块是宽带高反射镜(4)，而另一块则是一分色镜，在该分色镜上制成有第一和第二分色镜(5，6)或第一、第二和第三分色镜(5，6，9)。两平板等间距相隔且相互平行。

高反射镜和分色镜应放置成相互平行且通过对入射角和镜间距进行精确调整来对准三根光束。

与已有技术的光组合子***相比，本发明具有简单的结构和小的尺寸，这样可容易对三种不同的颜色进行组合且可通过适当调节间距和角度来顺利执行光的组合。由于上述的原因，因此也容易来制造。所以，由本发明所制造的光组合子***可被用于光应用装置并被广泛使用。

如上所述，本发明具有一个优点：它展示了与已有技术的光学***相类似的性能但却具有更为简单和可减小尺寸的结构，且实现了一种小尺寸的模块和简单的光学***，因此也易于将其用于光应用装置中。

特别是，本发明构成一种用于组合光束的简单结构，该结构操作简单，因此将本发明用于商用装置是十分有效的。

Claims (10)

1.一种采用两块平板的光组合装置，它采用两平板将至少二根入射光束组合成一根组合光束，该至少两根具有相互不同波长的光束相互平行且相互等间距地进入该装置，所述装置包括：

一反射镜，用于反射至少两根入射光束；

至少一个分色镜，用于仅仅透射至少一根具有特定波长的光束并反射具有其它波长的光束；

一介质，它位于反射镜和滤光器之间，被透射光束和被反射光束通过它；

其中组合光束在离开装置之前由透射光束和反射光束所组成。

2.如权利要求1所述的光组合装置，其中反射镜和至少一个滤光镜被介质保持成相互等间距且介质厚度设定为：光束在介质中被反射镜所反射并然后再次被至少一个滤光镜所反射所在的点对应于来自介质外部的光束被至少一滤光镜透射进介质所在的点。

3.如权利要求1所述的光组合装置，其中介质为空气。

4.如权利要求1所述的光组合装置，其中反射镜为宽带高反射镜或全反射镜且该至少一个滤光镜为分色镜。

5.如权利要求2所述的光组合装置，其中反射镜为一宽带高反射镜或全反射镜且该至少一个滤光镜为分色镜。

6.如权利要求3所述的光组合装置，其中反射镜为一宽带高反射镜或全反射镜且所述至少一个滤光镜为分色镜。

7.如权利要求1所述的光组合装置，其中反射镜形成于两平板之一上而至少一个滤光镜形成于两平板的另一个上。

8.一种光组合装置，用于将三根具有不同波长的相互平行进入该装置的光束组合成一单一的组合光束，该装置包括：

一反射镜，它在介质中第一反射入射光束中的一根具有第一波长的光束；

一第一分色镜，它仅仅透射入射光束中一具有第二波长的光束并反射具有另外波长的光束；

一第二分色镜，它仅仅透射入射光束中一具有第三波长的光束并反射具有其它波长的光束；

第一分色镜在介质中第二反射具有第一波长的光束；

反射镜第三反射一第一组合光束，该光束通过将具有第一波长的第二被反射的光束与经过第一分色镜被透射进入介质的具有第二波长的光束相组合来形成；

第二分色镜在介质中第四反射所述被第三反射的第一组合光束；且

其中第二组合光束离开介质，该光束通过将第四被反射的第一组合光束与被透射经过第二分色镜进入介质的具有第三波长的光束相组合来形成。

9.一种光组合装置，用于将三根具有不同波长的相互平行进入该装置的光束组合成一单一的组合光束，该装置包括：

一第一分色镜，它从入射光束中仅仅透射具有第一波长的光束并反射具有其它波长的光束；

一反射镜，它在介质中第一反射被透射经过第一分色镜进入介质的具有第一波长的光束；

一第二分色镜，它从入射光束中仅仅透射具有第二波长的光束并反射具有其它波长的光束；

一第三分色镜，它从入射光束中仅仅透射具有第三波长的光束并反射具有其它波长的光束；

第二分色镜在介质中第二反射具有第一波长的第一被反射的光束；

反射镜在介质中第三反射一第一组合光束，该光束通过将具有第一波长的第二被反射的光束与被透射经过第二分色镜进入介质的具有第二波长的光束相组合来形成；

第三分色镜在介质中第四反射第三被反射的第一组合光束；且

其中一第二组合光束离开介质，该光束通过将第四被反射的第一组合光束同被透射经过第三分色镜进入介质的具有第三波长的光束相组合来形成。

10.一种将三根具有不同波长的相互平行进入一装置的光束组合形成一单根组合光束的方法包括下列步骤：

在介质中第一反射自入射光束进入介质的具有第一波长的光束，

从入射光束中仅透射一具有第二波长的光进入介质并反射具有其他波长的光，并且在介质中第二反射具有第一波长的第一被反射光束，通过将具有第二波长的透射光束与具有第一波长的第二反射光束结合而形成第一组合光束，

在介质内第三反射所述第一组合光束，

从入射光束中仅仅透射一具有第三波长的光束进入介质并反射具有其它波长的光束，并在介质中第四反射被第三反射的第一组合光束，通过将具有第三波长的被透射光束同第四被反射的第一组合光束相组合来形成一第二组合白光光束并将其送出介质；

使具有第一波长的第一被反射的光束被第二反射所在的点对应于具有第二波长的光束被透射所在的点；且

通过调整介质的厚度使第三被反射的第一组合光束被第四反射所在的点对应于具有第三波长的光束被透射所在的点。

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