DE69114350T2

DE69114350T2 - Strahlteilungs-/-vereinigungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE69114350T2
Application number: DE69114350T
Authority: DE
Inventors: Michael J Steinle
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1991-04-29
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2011-04-30
Also published as: US5044727A; DE69114350D1; EP0455450A2; EP0455450A3; JP3217804B2; EP0455450B1; JPH04226418A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Farbbilderzeugungs-Anordnungen, die mehrere, spektral selektive, reflektierende Schichten verwenden, um räumlich getrennte Farbkomponentenbilder eines Objekts auf einer Bildebene zu erzeugen, und ferner auf Farbkombinierer, die mehrere, spektral selektive, reflektierende Schichten verwenden, um getrennte Lichtstrahlen unterschiedlicher spektraler Bereiche in einen einzelnen kombinierten Strahl zu kombinieren. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung optischer Beschichtungen, die die Anzahl der voneinander beabstandeten, reflektierenden Schichten, die erforderlich sind, um eine fokussierte Strahltrennung oder Strahlkombination zu erzeugen, reduziert.
Der Ausdruck "Lichtstrahl" ist manchmal eng definiert, um ein Bündel paralleler Lichtstrahlen zu bezeichnen, wie z.B. die, die von einer parallel gerichteten Lichtquelle erzeugt werden. Der Ausdruck "Lichtstrahl" kann ferner breiter definiert werden, um irgendeinen schmalen Strahl von Licht zu bezeichnen, der Lichtstrahlen aufweist, die sich in die gleiche allgemeine Richtung ausbreiten. Das Licht, das von einem Objekt ausgestrahlt wird und durch die Öffnung einer Abbildungslinse fällt, ebenso wie der konvergierende Lichtkegel, der die Linse verläßt und der auf eine Bildebene fokussiert ist, können bei der Verwendung dieses breiteren Sinns gemeinsam als ein "Lichtstrahl" bezeichnet werden. Wenn der Ausdruck "Lichtstrahl" hierin verwendet wird, sollte es offensichtlich sein, daß diese breitere Bedeutung zutrifft.
Vincent, U.S. Patent Nr. 4,709,144 und Vincent u.a., U.S. Patent Nr. 4,870,268, beschreiben eine Anzahl von verschiedenen dichroitischen Schichtkörpern, die in Strahlteileranordnungen und Strahlkombiniereranordnungen verwendet werden. Ein optischer Scanner, der einen Strahlteiler verwendet, ist in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 383,463, eingereicht am 20. Juli 1989, mit dem Titel OPTICAL SCANNER, von David Wayne Boyd, beschrieben. Ein Komponentenstrahl-Weglängenkompensator ist in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 498,865, eingereicht am 23. März 1990, mit dem Titel BEAM SPLITTER/COMBINER WITH PATH LENGTH COMPENSATION, von Michael John Steinle, beschrieben.
Bestimmte bekannte Strahlteileranordnungen, die in den U.S.-Patenten Nr. 4,709,144 und 4,870,268 offenbart sind, werden nun bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 4 kurz beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Farbbilderzeugungsanordnung eines Linienfokustyps, die ein Linienobjekt 1 aufweist, das einen polychromatischen Lichtstrahl 4 erzeugt, der durch eine Abbildungslinse 6 fällt, die angepaßt ist, um ein Linienbild des Linienobjekts auf eine Bildebene 11, die sich in einem Abstand einer festen optischen Weglänge von der Abbildungslinse 6 befindet, zu fokussieren. Der Lichtstrahl 4 fällt auf einen dichroitischen Strahlteiler 56, der den polychromatischen Lichtstrahl 4 in spektral und räumlich getrennte Farbkomponentenstrahlen 8, 9, 10 teilt, welche auf eine monolithische Photosensoreinheit 11 fokussierte Farbkomponentenbilder des Linienobjekts liefern, Fig. 1 und 2, welche auf der Bildebene 11 positioniert ist.
Fig. 1 veranschaulicht 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 Beschichtungen zu schaffen, um drei im wesentlichen parallele, optische Komponentenstrahlen 8, 9, 10 zu erzeugen, die sowohl räumlich als auch spektral getrennt sind. Die optische Trennvorrichtung 56 besteht aus exakt geschliffenen und polierten Glasplatten 60 und 62, die auf einer oder beiden Oberflächen mit dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 beschichtet sind. An jeder dichroitischen Beschichtung 50, 52 und 54 wird Licht entsprechend der Wellenlänge mit einem vernachlässigbaren Absorptionsverlust entweder reflektiert oder durchgelassen. Die Zusammensetzung der dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 kann für eine genaue Bandpaßfilterung entworfen sein.
Die Platte 60, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist derart entworfen, daß einfallendes Licht, das mit 45º auf die dichroitische Beschichtung 50 trifft, blaues Licht (näherungsweise 400 bis 500 nm) reflektiert, während rotes Licht und grünes Licht durchgelassen wird.
Die Platte 62, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist auf beiden Oberflächen mit dichroitischen Beschichtungen 52 und 54 beschichtet, derart, daß das rote Spektralband (z.B. 600 bis 700 nm) eines einfallenden polychromatischen Lichtstrahls 4, der mit einem nominellen Winkel von 45º 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 aufweist, die bezüglich der dichroitischen Beschichtung mit einem nominellen Winkel von 45º ausgerichtet ist, wird reflektiert. Es wird bewirkt, daß das reflektierte grüne Licht in einem Winkel von 45º durch die Glasplatte 62 und durch die anderen dichroitischen Schichten 52 und 50 zurückläuft. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird jede der Farbkomponenten 8, 9 und 10 des einfallenden Lichts mit einem Winkel von 90º bezüglich des ankommenden Strahls 4 reflektiert. Die reflektierten roten und grünen Komponenten 9 und 8 sind parallel und um einen Abstand voneinander getrennt, der durch die Dicke der Glasplatte 62 und der dichroitischen Beschichtung 52, den Brechungsindex der Platte 62 und den Einfallswinkel bestimmt ist. In gleicher Weise sind die blaue und die rote Komponente 10 und 9 um einen Abstand getrennt, der durch die Dicke der Glasplatte 60 und der dichroitischen Beschichtung 50, den Brechungsindex der Platte 60 und den Einfallswinkel bestimmt ist.
Die dritte dichroitische Beschichtung 54 könnte durch eine Spiegelbeschichtung ersetzt sein, da nur die dritte übrig bleibende Farbkomponente die Beschichtungsgrenzfläche erreicht.
Eine für die Verwendung mit der optischen Trennvorrichtung 56 geeignete Photosensoreinheit 11 ist in Fig. 2 gezeigt. Der Photosensor 11 kann ein Einchip-Eingehäuse-Festkörperbauelement mit drei linearen Photosensorarrays 12, 13 und 14, sein, welche exakt ausgerichtet und beabstandet sind, um mit den fokussierten Lichtbildern, die durch die Strahlen 8, 9 bzw. 10, die in Fig. 1 gezeigt sind, gebildet werden, zusammenzufallen.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, legt das Licht in jedem der Farbkomponentenstrahlen 8, 9, 10 eine unterschiedliche optische Weglänge durch den Strahlteiler 56 zurück. Als eine Folge der Unterschiede der Weglängen der Komponentenlichtstrahlen durch den Strahlteiler 56 ist die Photosensoreinheit 11 bezüglich einer Komponentenstrahl-Normalebene in einem Winkel Theta geneigt, derart, daß die optischen Gesamtweglängen aller verschiedenen Farbkomponenten, gemessen von der Linse 6 zu der Photosensoreinheit 11, gleich sind. Der Winkel Theta und der Abstand "D" zwischen den linearen Photosensorarrays 13, 14 sind Funktionen der Dicke der Glasplatte und der dichroitischen Schicht X und des Brechungsindex.
Fig. 3 zeigt eine Strahlteiler/Photosensoranordnung, die es ermöglicht, daß der Photosensor 11 senkrecht zu der optischen Achse der farblich getrennten Strahlen positioniert ist. Bei dieser Anordnung sind die Weglängen der farblich getrennten Strahlen durch das Glas mittels der reziproken Anordnung von trichromatischen Strahlteilern 56 und 58 gleich gemacht.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der einfallende Lichtstrahl 4 ausgerichtet, um in einem senkrechten Winkel auf die Hypotenusenfläche 32 eines rechtwinkligen Prismas 51 zu fallen, und in demselben zu einer ersten Basisseite 30 des Prismas 51 durchgelassen zu werden, auf die der Lichtstrahl mit einem Winkel von 45º fällt. Der zusammengesetzte Strahlteiler 56 von Fig. 1 ist an derselben befestigt. Eine trichromatische Trennung der roten, grünen und blauen spektralen Komponenten des einfallenden Lichtstrahls findet wie vorher beschrieben statt. Die drei reflektierten Komponentenstrahlen betreten erneut das Prisma 51 und werden zu der zweiten Basisseite 34 des Prismas 51 geleitet, wobei jeder getrennte Strahl mit einem Einfallswinkel von 45º auf die zweite Basisseite 34 trifft. Ein zweiter zusammengesetzter Strahl teiler 58 ist an der zweiten Basisseite 34 des Prismas 51 befestigt. Die Platten 60 und 62 und die dichroitischen Beschichtungen 50, 52 und 54 in den Strahlteilern 56 und 58 sind identisch. Jedoch ist die Ausrichtung der zusammengesetzten Strahlteiler 56 und 58 und der dielektrischen Mehrschichtbeschichtungen 50, 52 und 54 auf jeder Basisseite 30 und 34 des Prismas 51 umgekehrt, derart, daß die Weglängen jedes Komponentenfarbstrahls, der den trichromatischen Prismenstrahlteiler 59 betritt und verläßt, identisch sind. D.h., daß ein Komponentenfarbstrahl, wie z.B. blau, aus der dichroitischen Beschichtung 50 auf der Platte 60, die sich auf der Basisseite 30 befindet, reflektiert wird. Als nächstes wird die blaue Komponente aus der dichroitischen Beschichtung 50 auf der Platte 60, die sich benachbart zu der Basisseite 34 befindet, reflektiert. Auf eine gleiche Art und Weise verläßt ein Rotkomponenten-Farbstrahl das mittlere Filter 52 auf der Basisseite 34, und die grüne Komponente wird aus einem hinteren Filter 54 zu einem vorderen Filter 54 reflektiert. Die reflektierten Strahlen von dem trichromatischen Strahlteiler 58, der an die Basisseite 34 angrenzt, werden aus dem Prisma 51 herausgeleitet. Die Strahlen 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. Folglich liefert der duale trichromatische Strahlteiler 59 für alle Farbkomponenten eine gleiche Weglänge durch das Glas. Ferner betritt und verläßt das Licht das Prisma in einem senkrechten Einfallswinkel.
Bezugnehmend auf Fig. 4 beleuchtet eine fluoreszierende Lichtquelle 22 die Oberfläche eines Originaldokuments 21. Ein Strahl des Abbildungslichts von dem Originaldokument wird mittels der Linse 6 auf eine Strahlteileranordnung, die aus dichroitischen Strahlteilern 16 und 17 besteht, geworfen. 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 reflektieren, während er rote und grüne Spektralbänder durchläßt. Das blaue Licht wird zu einem ersten CCD-Lineararray-Photosensor 18 (CCD = charge-coupled device = ladungsgekoppelte Vorrichtung) reflektiert, wobei der Strahlteiler 16 bezüglich des einfallenden Lichtstrahls 4 um 45º geneigt ist. Der Strahlteiler 17 reflektiert rotes Licht auf einen zweiten CCD-Photodiodenarraysensor 20. Das grüne Linienbild, das beide Strahlteilerplatten durchläuft, wird von dem dritten CCD-Photodiodenarraysensor 19 eingefangen. Die Strahlteilerplatte 17 ist ebenfalls, wie gezeigt ist, in einem Winkel von 45º bezüglich des einfallenden Lichtstrahls 40 ausgerichtet. Bei dieser Anordnung, bei der jedes lineare Photosensorarray 18, 19, 20 auf einer getrennten Photosensoreinheit vorgesehen ist, werden Unterschiede der optischen Weglängen der Farbkomponentenstrahlen durch die Strahlteiler 16, 17 durch individuelles Einstellen der Positionen der verschiedenen Photosensoreinheiten kompensiert.
Das U.S.-Patent Nr. 4,870,268 offenbart ferner eine Vorrichtung mit dichroitischen Schichten, welche eine transparente Platte mit zwei parallelen, planaren Oberflächen aufweist, die mittels Beabstandungen, die eine Luftlücke zwischen der planaren Oberfläche eines optischen Trägermediums und der benachbarten planaren Oberfläche der Platte liefern, angebracht ist, wobei eine der parallelen Oberflächen in einer parallelen, benachbarten Beziehung zu der planaren Oberfläche des optischen Mediums positioniert ist. Die zwei planaren Oberflächen der Platte und die planare Oberfläche des Trägermediums sind jeweils mit einem unterschiedlichen dichroitischen Material beschichtet, das angepaßt ist, um verschiedene Spektralbereiche des Lichts zu reflektieren. Eine derartige Anordnung mit beabstandeten Schichten kann folglich verwendet werden, um den Bedarf nach einer der Platten 60, 62 in jeder der Strahlteilerkomponenten 56, 58 in einer zusammengesetzten Strahlteileranordnung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, zu beseitigen.
Bei dem Aufbau der Strahlteiler mit parallelen, reflektierenden Schichten, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind, ist es im allgemeinen erwünscht, daß eine relativ kleine Trennung zwischen den parallelen dichroitischen Schichten in jedem dichroitischen Schichtkörper existiert, um eine hohe optische Qualität der getrennten Komponentenstrahlen zu behalten und ferner eine kompakte Strahlteileranordnung zu schaffen. Wenn ein Strahlteiler in einer optischen Farbbilderzeugungs-Vorrichtung verwendet wird, ist es für eine ordnungsgemäße Farbabbildung notwendig, mindestens drei getrennte Komponentenstrahlen, üblicherweise rot, grün und blau, zu schaffen. Folglich waren in bekannten Strahlteilern des Typs, der angepaßt ist, um parallele Komponentenlichtstrahlen zu erzeugen, z.B. Fig. 1 und 3, zumindest drei parallele, voneinander beabstandete, dichroitische Schichten vorgesehen. Bei einem zusammengesetzten Strahlteiler, wie er z.B. in Fig. 3 dargestellt ist, weist jeder der Komponentenstrahlteiler mit parallelen Schichten drei voneinander beabstandete, dichroitische Schichten auf. Bei solchen Anordnungen ist es notwendig, mindestens eine relativ dünne, transparente Platte zum Liefern der Befestigungsoberflächen für die unterschiedlichen dichroitischen Schichten zu verwenden, selbst wenn eine der Platten in jeder Reihe paralleler Schichten durch eine Luftlücke ersetzt ist.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Verwendung derartiger dünner, transparenter Platten problematisch ist. Aufgrund der Flexibilität derartiger dünner Platten ist es schwierig, eine Flachheit jeder Oberfläche und eine Parallelität zwischen den drei reflektierenden Oberflächen in einem Strahlteiler-Schichtkörper zu bewahren. Wenn eine dünne Platte an eine andere Oberfläche geklebt ist, tendieren Diskontinuitäten in dem Klebematerial dazu, eine Deformation der angebrachten dünnen Platte zu erzeugen. Wenn eine dünne Platte auf Beabstandungen gehalten ist, um eine Luftlücke zwischen den dichroitischen Schichten zu schaffen, tendieren das Fehlen einer Starrheit der Platte und die Tatsache, daß nicht alle funkte der Platte durch die Beabstandungen unterstützt sind, dazu, eine Deformation der dünnen Platte zu bewirken.
Die optische Abbildungsvorrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist angepaßt, um fokussierte Komponentenbilder auf einer Ebene zu schaffen, die senkrecht zu den Komponentenlichtstrahlen positioniert ist. Eine derartige Abbildungsvorrichtung erfordert eine Gesamtzahl von sechs getrennten, reflektierenden Schichten, wodurch sich die Probleme des Flachhaltens jeder der Licht-reflektierenden Schichten und des Haltens derselben in einer ordnungsgemäßen Beziehung zu den anderen Schichten addieren.
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme, die oben umrissen wurden, durch das Reduzieren der Anzahl von Schichten, die in einem 3-Strahlteiler benötigt werden, und durch das Eliminieren des Bedarfs nach dem Vorsehen von dünnen Plattenelementen, wie z.B. 60, 62 in Fig. 3.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Trennvorrichtung und ein Verfahren zum Teilen eines Strahls von einfallendem polychromatischem Licht geschaffen, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 6 spezifiziert ist. Ferner wird eine optische Kombinierervorrichtung und ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Eingangsstrahlen geschaffen, wie sie in den Ansprüchen 7 bzw. 10 spezifiziert ist.
Die vorliegende Erfindung schafft, verglichen mit bekannten Konfigurationen, einzigartige Strahlteiler/Kombinierer-Konfigurationen, die die Anzahl von getrennten, voneinander beabstandeten, spektral selektiven, Licht-reflektierenden Schichten reduziert, die verwendet werden müssen. Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um Probleme gemäß dem Stand der Technik zu lösen, die sich auf die Verwendung dünner transparenter Platten in optischen Dreifarb-Bilderzeugungsvorrichtungen und dergleichen beziehen.
Die vorliegende Erfindung kann folglich eine optische Trennvorrichtung zum Teilen eines Strahls von einfallendem polychromatischem Licht in eine Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen, die parallele optische Achsen aufweisen, aufweisen. Die Vorrichtung schließt einen ersten Schichtkörper paralleler Schichten zum spektralen und räumlichen Trennen des einfallenden Strahls in eine erste Mehrzahl von Komponentenstrahlen ein. Der erste Schichtkörper weist eine erste Mehrzahl paralleler, spektral selektiver, reflektierender Schichten auf, die eine Schicht einschließen, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich und einem zweiten Spektralbereich zu reflektieren. Die Vorrichtung schließt einen zweiten Schichtkörper paralleler Schichten ein, um die erste Mehrzahl von Komponentenstrahlen in eine zweite Mehrzahl von Komponentenstrahlen weiter spektral und räumlich zu trennen. Der zweite Schichtkörper weist eine zweite Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten auf, die eine Schicht einschließen, die angepaßt ist, um Licht in dem ersten spektralen Bereich zu reflektieren und Licht in dem zweiten spektralen Bereich durchzulassen.
Die Erfindung kann ferner ein Verfahren zum Teilen eines Strahls von einfallendem polychromatischem Licht in eine Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen, die parallele optische Achsen aufweisen, aufweisen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: spektrales und räumliches Trennen des einfallenden Strahls in eine erste Mehrzahl von Komponentenstrahlen durch die Verwendung einer spektral selektiven, reflektierenden Schicht, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich und einem zweiten Spektralbereich zu reflektieren; weiteres spektrales und räumliches Trennen der ersten Mehrzahl von Komponentenstrahlen durch die Verwendung einer zweiten spektral selektiven, reflektierenden Schicht, die schräg zu der ersten Schicht positioniert ist und die angepaßt ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich zu reflektieren und um Licht in dem zweiten Spektralbereich durchzulassen.
Die vorliegende Erfindung kann ferner eine optische Kombinierervorrichtung aufweisen, um eine Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen, die parallele optische Achsen aufweisen, in einen einzelnen kombinierten Strahl mit einer optischen Einheitsachse zu kombinieren. Die Vorrichtung weist einen ersten Schichtkörper paralleler Schichten zum spektralen und räumlichen Kombinieren einer ersten Mehrzahl von Komponentenstrahlen in eine zweite Mehrzahl von Komponentenstrahlen auf. Der erste Schichtkörper weist eine Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten auf, die eine Schicht einschließen, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich zu reflektieren und um Licht in einem zweiten Spektralbereich durchzulassen. Die Vorrichtung weist einen zweiten Schichtkörper paralleler Schichten auf, um die zweite Mehrzahl von Komponentenstrahlen spektral und räumlich in den kombinierten Strahl zu kombinieren. Der zweite Schichtkörper weist eine zweite Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten auf, die eine Schicht einschließen, die angepaßt ist, um Licht in dem ersten spektralen Bereich und dem zweiten spektralen Bereich zu reflektieren.
Die vorliegende Erfindung kann ferner ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen, die parallele optische Achsen aufweisen, in einen einzelnen kombinierten Strahl, der eine optische Einheitsachse aufweist, aufweisen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: spektrales und räumliches Kombinieren einer ersten Mehrzahl von Komponentenstrahlen in eine kleinere zweite Mehrzahl von Komponentenstrahlen durch die Verwendung einer ersten, spektral selektiven, reflektierenden Schicht, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten spektralen Bereich zu reflektieren und um Licht in einem zweiten spektralen Bereich durchzulassen; und spektrales und räumliches Kombinieren der zweiten Mehrzahl von Komponentenstrahlen in den einzelnen kombinierten Strahl durch die Verwendung einer zweiten, spektral selektiven, reflektierenden Schicht, die schräg zu der ersten Schicht positioniert ist und die angepaßt ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich und dem zweiten Spektralbereich zu reflektieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein veranschaulichendes und gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer bekannten Farbabbildungsanordnung.
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Photosensoranordnung.
Fig. 3 eine Seitenansicht einer bekannten, dualen, trichromatischen Strahlteileranordnung, die auf einem Prisma befestigt ist.
Fig. 4 eine Seitenansicht einer bekannten Farbabbildungsanordnung, die zwei Strahlteilereinheiten und drei getrennte Photosensoreinheiten verwendet.
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer optischen Abbildungsvorrichtung, die einen mehrschichtigen Strahlteiler verwendet.
Fig. 6 eine Seitenansicht der optischen Abbildungsvorrichtung von Fig. 5, die mit einer alternativen Weglängen-Kompensatorkonfiguration versehen ist.
Fig. 7 eine Seitenansicht einer ersten, alternativen, mehrschichtigen Strahlteilervorrichtung.
Fig. 8 eine Seitenansicht einer zweiten, alternativen, mehrschichtigen Strahlteilervorrichtung.
Fig. 9 eine Seitenansicht einer dritten, alternativen, mehrschichtigen Strahlteilervorrichtung.
Fig. 10 eine Seitenansicht einer vierten, alternativen, mehrschichtigen Strahlteilervorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Farbabbildungsanordnung 100, die angepaßt ist, um räumlich getrennte Farbkomponentenbilder 102, 104, 106 eines Objekts 108, das die Abtastlinie eines optischen Scanners sein kann, auf einer Einheitsbildebene PP zu erzeugen.
Eine Abbildungslinsenanordnung 110 überträgt einen polychromatischen Abbildungslichtstrahl 112 (mit einer optischen Achse WW) von dem Objekt 108 konvergierend zu einer optischen Trennvorrichtung 101. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist (das gegenwärtig als die beste Art betrachtet wird), umfaßt die optische Trennvorrichtung ein Prisma 114, eine erste starre Platte 140 und eine zweite starre Platte 150, wobei vorbestimmte Oberflächenabschnitte derselben mit einem vorbestimmten, spektral selektiven, reflektierenden Material beschichtet sind. Die optische Trennvorrichtung 101 trennt den polychromatischen Abbildungslichtstrahl 112 in Komponentenstrahlen 182, 184, 186, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen roten, einen grünen und einen blauen Komponentenstrahl aufweisen, welche parallele, voneinander beabstandete, optische Achsen RR, BB, GG besitzen. Ein Weglängenkompensator 160 ist vorgesehen, um Unterschiede der optischen Weglänge der Komponentenstrahlen zu kompensieren. Zu Zwecken der Klarheit sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur die mittleren Ebenen des Abbildungslichtstrahls 112 und der Komponentenstrahlen 182, 184, 186, gezeigt. Es sollte jedoch offensichtlich sein, daß diese Strahlen konvergierende Strahlen des Typs sind, der in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 383,463 und dem U.S. -Patent Nr. 4,870,268 dargestellt ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, z.B. Fig. 5 und 6, bei dem die Farbabbildungsanordnung 100 ein optischer Scanner ist, werden die räumlich getrennten Farbkomponentenbilder 102, 104, 106 jeweils auf ein separates, lineares Photosensorarray 192, 194, 196 projiziert, das in einer koplanaren Beziehung in einer Einheitsphotosensoranordnung 190 vorgesehen ist. Die Photosensoranordnung 190 überträgt Datensignale, die den Farbkomponentenbildern entsprechen, beispielsweise durch Datenübertragungskabel 198 zu einer Datenverarbeitungs- und/oder Speicher-Vorrichtung 200. Eine optische Scannerstruktur des Typs, in den die Farbabbildungsanordnung 100 eingebaut werden kann, ist in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 383,463 beschrieben.
Das Prisma 114 weist eine erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte und eine fünfte Seitenfläche 116, 118, 120, 122, 124 auf, die sich mit rechten Winkeln zwischen gegenüberliegenden, identisch geformten, unregelmäßig fünfeckigen Endflächen 126, 128 erstrecken. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das angepaßt ist, um eine Abtastlinie 108 mit einer Länge von 216 mm abzubilden, weist die Abbildungslinsenanordnung 110 eine doppelte Gauss-Linse mit den folgenden Parametern auf: Objektabstand 357,1 mm; Fokuslänge 42,57 mm; Öffnung f/Nummer 5,3; transversale Vergrößerung -0,126091; Eintrittspupillenradius 4,000 mm; die erste Fläche 116 des Prismas 114 ist senkrecht zu dem optischen Weg des Abbildungslichtstrahls 112 positioniert und in einem Abstand von 391 mm von dem Objekt 108, gemessen entlang des Lichtwegs 112, angeordnet. Die Länge jeder Seitenfläche, gemessen zwischen den Endflächen, kann 27,2 mm betragen; die Höhe der ersten Fläche 116 kann 2,5 mm betragen; die Höhe der zweiten Fläche 118 kann 2,5 mm betragen; die Höhe der dritten Fläche 120 kann 2,0 mm betragen; die Höhe der vierten Fläche 122 kann 1,8 mm betragen; und die Höhe der fünften Fläche 124 kann 0,7 mm betragen. Die Winkel a, b, c, d und e können 90º, 112,5º, 112,5º, 112,5º bzw. 112,5º betragen. Die Höhe jeder Fläche, die hierin verwendet ist, bezieht sich auf die Abmessung der Fläche, die senkrecht zu ihrer Länge gemessen ist.
Eine Oberflächenbeschichtung 130, die angepaßt ist, um blaues Licht zu reflektieren, und andere Spektralbereiche des Lichts durchzulassen, ist auf der zweiten Seitenfläche 118 des Prismas aufgebracht. Die Beschichtung 130 kann aus einer dichroitischen Beschichtung, die blaues Licht reflektiert, mit einer Dicke von näherungsweise 0,002 mm bestehen. Die Oberfläche der dritten Seitenfläche 120 des Prismas ist mit einer Oberflächenbeschichtung 132 versehen, die angepaßt ist, um rotes Licht zu reflektieren und andere Spektralbereiche des Lichts durchzulassen. Die Oberflächenbeschichtung 132 kann eine dichroitische Beschichtung mit einer Dicke von 0,002 mm aufweisen.
Eine erste starre Platte 140, die eine Dicke von beispielsweise 2,1 mm, eine Länge von beispielsweise 25 mm und eine Breite von beispielsweise 2,5 mm aufweisen kann, ist in einer festen Beziehung zu dem Prisma 114 gegenüber der zweiten Seitenfläche 118 angebracht. Die erste starre Platte 140 weist eine planare Oberfläche 142 auf, die benachbart und parallel zu der Prismenfläche 118 positioniert ist. Die planare Oberfläche 142 weist eine Oberflächenbeschichtung 144 auf, die auf dieselbe aufgebracht und angepaßt ist, um rotes Licht und grünes Licht zu reflektieren, und die angepaßt ist, um andere Spektralbereiche des Lichts durchzulassen. Die Beschichtung 144 kann eine dichroitische Beschichtung mit einer Dicke von beispielsweise 0,002 mm sein. Die planare Oberfläche 142 ist durch eine Luftlücke 146 von der Prismenfläche 118 getrennt, welche eine Abmessung, gemessen senkrecht zu den zwei planaren Oberflächen, von beispielsweise 0,15 mm aufweist.
Eine zweite starre Platte 115, die einen identischen Aufbau wie die Platte 140 aufweisen kann, ist in einer festen Beziehung zu dem Prisma 114 gegenüber der dritten Prismenseitenfläche 120 positioniert. Die starre Platte 150 besitzt eine planare Oberfläche 152, die parallel und benachbart zu der Prismenseitenfläche 120 positioniert ist. Die Oberfläche 152 besitzt eine Oberflächenbeschichtung 154, die auf dieselbe aufgebracht und angepaßt ist, um blaues und grünes Licht zu reflektieren, und die angepaßt ist, um andere Spektralbereiche des Lichts, d.h. rotes Licht, durchzulassen. Die planare Oberfläche 152 ist von der dritten Prismenfläche 120 durch eine Luftlücke 156 getrennt, welche einen Lückenabstand aufweist, der ausgewählt sein kann, um eine gleiche Beabstandung zwischen Komponentenstrahlen zu liefern, z.B. 0,15 mm.
Ein Kompensator 160, der in der Darstellung von Fig. 6 einen Block aufweist, der durch eine Luftlücke 170 vom dem Prisma 114 getrennt ist, weist eine obere Oberfläche 162 auf, die senkrecht zu der Prismenfläche 122 positioniert ist, und weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten planaren, unteren Oberflächenabschnitt 164, 166, 168 auf, die ebenfalls senkrecht zu der Prismenfläche 122 positioniert sind. Die zweite Oberfläche 166 ist unter dem ersten und dem dritten unteren Oberflächenabschnitt 164, 168 positioniert. Der erste Oberflächenabschnitt 164 ist angepaßt, um den Lichtstrahl der roten Komponente 182 zu schneiden, der zweite untere Oberflächenabschnitt 166 ist angepaßt, um den Lichtstrahl 184 der grünen Komponente zu schneiden, und der untere Oberflächenabschnitt 168 ist angepaßt, um den Lichtstrahl 186 der blauen Komponente zu schneiden. Die unterschiedliche relative Höhe der Oberfläche 166 bezüglich der Oberflächen 164 und 168 ist angepaßt, um den relativ längeren Lichtweg des Grün-Komponentenstrahls 184 durch das Prisma 114, verglichen mit den relativ kürzeren Weglängen des Rot-Komponentenstrahls 182 und des Blau-Komponentenstrahls 186, die eine identische Weglänge aufweisen, zu kompensieren.
Alternativ kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist, der Weglängenkompensator 116 einen Parallelepiped-förmigen Block 161 aufweisen, der einstückig mit dem Prisma 114 gebildet sein oder separat gebildet und an demselben befestigt sein kann, wobei er eine untere Oberfläche 162 aufweist, die angepaßt ist, um nur den Grünkomponentenstrahl 184 zu schneiden, wobei der Rot- und der Blau-Komponentenstrahl das Prisma jeweils durch die vierte Prismenfläche 122 verlassen. Die Verwendung und der Aufbau eines Stufentyp-Kompensators, wie z.B. des Kompensators 160, sind in der U.S.-Patentanmeldung Serien-Nr. 498,865, eingereicht am 23. März 1990, von Michael John Steinle, mit dem Titel BEAM SPLITTER/COMBINER WITH PATH LENGTH COMPENSATOR, beschrieben. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Prisma und der Kompensator 160 jeweils einen Brechungsindex von 1,519 aufweisen; bei dem die Beabstandung zwischen den linearen Photosensorarrays 192 und 194 und zwischen den Arrays 194 und 196 jeweils 200 Mikrometer beträgt; und bei dem die Luftlücken 146, 156 jeweils 152 Mikrometer betragen, beträgt die Schrittdicke des Kompensators 160 näherungsweise 1090 Mikrometer, d.h. der Abstand zwischen den Oberflächen 164 und 166 und zwischen den Oberflächen 168 und 166 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6, oder alternativ der Abstand der Oberfläche 163 von der Prismenfläche 122 bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 beträgt näherungsweise 1090 Mikrometer.
Wie vorher erwähnt wurde, ist die optische Trennvorrichtung 101 angepaßt, um einen einfallenden Strahl 122 eines polychromatischen Abbildungslichts in parallele, räumlich getrennte Komponentenstrahlen 182, 184, 186, zu trennen. Der einfallende Strahl 112 fällt anfänglich auf eine senkrechte, unbeschichtete oder antireflektierend beschichtete Prismenfläche 116, wobei er dieselbe ohne eine signifikante Reflexion irgendeines spektralen Bands durchdringt. Der Abbildungsstrahl 112 fällt als nächstes auf die beschichtete Oberfläche 118, die blaues Licht reflektiert, um einen ersten getrennten Blaukomponentenstrahl 184 zu schaffen. Die verbleibenden spektralen Komponenten in dem Lichtstrahl 112 fallen als nächstes auf die Oberflächenbeschichtung 144, die die verbleibenden roten und grünen Spektralbänder in einem zusammengesetzten Komponentenstrahl 185 reflektiert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Schicht 142 eine Spiegeloberfläche auf, die alle Wellenlängen des Lichts reflektieren kann, die aber aufgrund der Tatsache, daß der Blau-Komponentenstrahl bereits aus dem auftreffenden Lichtstrahl entfernt wurde, nur das rote und das grüne Licht des auftreffenden Lichtstrahls reflektiert.
Der Blau-Komponentenstrahl 184, der an der Oberfläche 118 reflektiert wird, tritt als nächstes durch die rot-reflektierende Beschichtung 132 auf der dritten Prismenseitenfläche 120, wird von der blau- und grün-reflektierenden Schicht 152 auf der Plattenoberfläche 154 reflektiert und danach durch die Prismenfläche 120, die Prismenfläche 122 und die Kompensatoroberfläche 162 und 168 zurückgeleitet, bevor er auf das lineare Photosensorarray 196 auf der Bildebene PP trifft.
Der zusammengesetzte Komponentenstrahl 185, der von der Oberfläche 144 reflektiert wird, läuft durch die Prismenfläche 118 zurück und trifft als nächstes auf die Prismenfläche 120, an der ein Rot-Komponentenstrahl 182 durch die Oberflächenbeschichtung 132 reflektiert wird. Der Rot-Komponentenstrahl 182 läuft danach durch die Prismenfläche 122, die obere Oberfläche 162 des Kompensators 160 und einen unteren Oberflächenabschnitt 164 des Kompensators 160, bevor er auf das zugeordnete lineare Photosensorarray 192 auf der Bildebene PP trifft. Die grüne Komponente 194 des zusammengesetzten Komponentenstrahls 185 läuft durch die Prismenfläche 120 und wird durch die Plattenoberfläche 154 reflektiert, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Spiegeloberfläche ist, die nur blaues und grünes Licht reflektiert, da das gesamte rote Licht in dem auftreffenden Strahl vorher durch die Rotlicht-reflektierende Beschichtung 132 reflektiert wurde. Der Grün-Komponentenstrahl 184 wird nach der Reflexion an der Oberfläche 152 durch die Oberfläche 120 und die Oberflächenbeschichtung 156, durch die Oberfläche 122, durch die obere Oberfläche 162 des Weglängenkompensators und die untere mittlere Oberfläche 166 geleitet, und trifft schließlich auf das lineare Photosensorarray 194, das sich auf der Bildebene PP befindet.
Wie vorher erwähnt wurde, werden die Komponentenbilder 102, 104, 106 des Objekts 108, die auf den voneinander beabstandeten, linearen Photosensorarrays 192, 194, 196, geliefert werden, durch die Photosensorarrays in elektronische Daten durch die Photosensoranordnung 190 umgewandelt, wobei diese Daten durch geeignete Übertragungsvorrichtungen, wie z.B. Datenkabel 198, zu einer Datenverarbeitungsvorrichtung oder einer Speichervorrichtung 200, wie z.B. einem Mikroprozessor oder dergleichen, übertragen werden. Die Umwandlung eines Bildes eines Objekts in elektronische Daten durch ein Photosensorarray zur Speicherung oder zu Datenverarbeitungszwecken ist in der Technik gut bekannt.
Wie von Vincent, U.S. Patent Nr. 4,870,268 und Steinle, U.S. Patentanmeldung Serien-Nr. 498,865, offenbart ist, können die verschiedenen Betriebskomponenten einer optischen Abbildungsvorrichtung ebenfalls auf eine umgekehrte Art und Weise verwendet werden, um eine Strahlkombiniereranordnung zu schaffen, bei der Komponentenlichtstrahlen in einen einzigen Strahl von polychromatischem Licht kombiniert werden, in dem jeder der kombinierten Komponentenstrahlen koaxiale Achsen aufweist. Ein solcher Strahlkombinierer kann durch die Anordnung von Fig. 6 geschaffen werden, indem die linearen Photosensorarrays 192, 194, 196 durch lineare Lichtquellenarrays 193, 195, 197 ersetzt werden, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 5 gezeigt ist. Bei einem solchen System werden einzelne Komponentenstrahlen 182, 184, 186 durch die Anordnung 101 in einen polychromatischen Einheitslichtstrahl 112, der einen Fokus bei 108 aufweist, kombiniert. Die Strahlen 182 und 184 werden durch Reflexionen an den Oberflächen 120 bzw. 152 in einen zusammengesetzten Strahl 185 kombiniert. Der Strahl 186, der an den Oberflächen 152 bzw. 118 reflektiert wird, wird mit dem zusammengesetzten Strahl 185, der von der Oberfläche 142 reflektiert und an seinem Reflexionspunkt auf der Oberfläche 118 mit dem Strahl 186 kombiniert wird, kombiniert. Der Unterschied der Weglänge des Komponentenstrahls 184 von den Komponentenstrahlen 182 und 186 in der Anordnung 101 wird durch den Kompensator 160 kompensiert, derart, daß alle Komponentenstrahlteile des kombinierten Strahls 112 nicht nur koaxiale optische Achsen, sondern ferner den gleichen Fokus aufweisen.
Jeder der anderen Strahlteiler, die hierin beschrieben sind, kann auch als Strahlkombinierer verwendet werden, indem die jeweiligen Photosensorarrays, die jedem Komponentenstrahl des Strahlteilers zugeordnet sind, durch eine entsprechende Komponentenstrahl-Lichtquelle ersetzt werden. Jedes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hierin beschrieben ist, kann folglich alternativ als Strahlkombinierer betrachtet werden, selbst wenn getrennte Bezugszeichen für jede der Komponentenstrahl-Lichtquellen in den Figuren, mit Ausnahme von Fig. 5, nicht vorgesehen sind.
Fig. 7 zeigt eine Variation 103 der optischen Trennvorrichtung 101, die ein Prisma 114, eine erste starre Platte 140 und eine zweite starre Platte 150 aufweist, welche einen identischen Aufbau wie die, die in Fig. 6 dargestellt sind, aufweisen können. Jedoch ist bei der optischen Trennvorrichtung 103 die Prismenoberfläche 118 mit einer blau- und grün-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 131 beschichtet; die Oberfläche 142 ist mit einer rot-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 143 beschichtet; die Oberfläche 120 ist mit einer grün- und rot-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 133 beschichtet, und die Oberfläche 152 ist mit einer blau-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 153 beschichtet. Alternativ können die Oberflächenbeschichtungen 143 und 153 Spiegelbeschichtungen sein. Bei einer solchen Anordnung wird ein Blau- und Grün-Komponentenstrahl 187 an der Oberfläche 118 reflektiert; ein Grün-Komponentenstrahl wird an der Oberfläche 120 reflektiert; ein Blau-Komponentenstrahl wird an der Oberfläche 152 reflektiert; und ein Rot-Komponentenstrahl wird an den Oberflächen 142 und 120 reflektiert.
Ein Weglängenkompensator 210 zum Korrigieren des Unterschieds der Weglänge des Grün-Komponentenstrahls 184 kann durch eine erste transparente Platte 212 mit einer planaren Oberfläche 214, die an der Oberfläche 122 angebracht ist, und einer planaren unteren Oberfläche 216, die den Komponentenstrahl 186 schneidet, und ferner durch eine zweite transparente Platte 218 mit einer planaren oberen Oberfläche 222, die an der Oberfläche 122 angebracht ist, und einer planaren unteren Oberfläche 222, die auf der gleichen Höhe positioniert ist wie die Oberfläche 216, geschaffen werden.
Fig. 8 zeigt eine weitere optische Trennvorrichtung, die die optische Trennvorrichtung 101, die in der Farbabbildungsanordnung 100 von Fig. 6 gezeigt ist, ersetzen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 besitzt eine erste, relativ dicke, z.B. 2,1 mm, starre Platte 240, die eine planare vordere Oberfläche 242 aufweist, welche mit einer rot- und grün-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 244 beschichtet ist, eine erste dünne Platte 246 mit einer hinteren Oberfläche 248 und einer vorderen Oberfläche 250, die an der starren Platte 240 angebracht ist, wobei die Oberflächen 246 und 242 in einer anstoßenden Beziehung positioniert sind. Die vordere Oberfläche 250 der dünnen Platte ist mit einer blau-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 252 beschichtet. Die Oberflächen 242, 248 und 252 sind parallel.
Eine zweite, relativ dicke, starre Platte 260 ist mit einer planaren vorderen Oberfläche 262 auf derselben vorgesehen, welche mit einer blau- und grün-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 264 beschichtet ist. Eine zweite dünne Platte 266, die die gleiche Dicke wie die erste dünne Platte 246 aufweisen kann, ist an der zweiten starren Platte 260 angebracht. Die zweite dünne Platte weist eine hintere Oberfläche 268 auf, die an die Oberfläche 262 stößt, und weist eine vordere Oberfläche 270 auf, die mit einer rot-reflektierenden Oberflächenbeschichtung 272 beschichtet ist. Die Oberflächen 262, 268 und 270 sind in einer parallelen Beziehung positioniert. Ein transparenter Kompensatorblock 218 ist vorgesehen, wobei derselbe eine planare obere Oberfläche 282; eine erste planare untere Oberfläche 284, die angepaßt ist, um einen Rot-Komponentenstrahl zu schneiden, eine zweite planare untere Oberfläche 286, die angepaßt ist, um einen grünen Komponentenstrahl zu schneiden, und eine dritte planare untere Oberfläche 288, die angepaßt ist, um einen Blau-Komponentenstrahl zu schneiden, aufweist. Die optische Trennvorrichtung 105 arbeitet analog zu der Trennvorrichtung 101, um einen einfallenden polychromatischen Lichtstrahl 112 durch Reflexion an den verschiedenen Oberflächen derselben in Komponentenstrahlen 302, 304, 306 roter, grüner und blauer Farbe zu trennen, wobei ein zusammengesetzter Rot- und Grün-Komponentenstrahl 305 durch Reflexion an der planaren Oberfläche 242 geliefert wird, und nachfolgend an den Oberflächen 270 bzw. 262 in getrennte Rot- und Grün-Komponentenstrahlen 302, 304 getrennt wird, usw..
Fig. 9 zeigt eine optische Trennvorrichtung 107, die die optische Trennvorrichtung 101 der Farbabbildungsanordnung 100 von Fig. 6 ersetzen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Struktur der verschiedenen Oberflächen der zusammengesetzten Plattenstruktur von Fig. 8. Jedoch sind die vorgesehenen Oberflächenbeschichtungen konfiguriert, um Licht auf eine Art und Weise zu reflektieren, die der von Fig. 7 entspricht. Folglich ist die vordere Blockoberfläche 242 mit einer rot-reflektierenden Schicht 243 beschichtet; die planare vordere Oberfläche 250 ist mit einer blau- und grün-reflektierenden Beschichtung 251 beschichtet; die vordere Oberfläche 262 der zweiten starren Platte ist mit einer blau-reflektierenden Beschichtung 263 beschichtet; und die vordere Oberfläche 270 ist mit einer grün- und rot-reflektierenden Beschichtung 271 beschichtet.
Ein Kompensatorblock 310 mit einer planaren oberen Oberfläche 312; einer ersten planaren unteren Oberfläche 314, die angepaßt ist, um einen Rot-Komponentenstrahl zu schneiden; einer zweiten planaren unteren Oberfläche 316, die angepaßt ist, um einen Grün-Komponentenstrahl zu schneiden; und einer dritten planaren unteren Oberfläche 318, die angepaßt ist, um einen Blau-Komponentenstrahl zu schneiden, ist vorgesehen. Ein Rot-Komponentenstrahl wird von dem polychromatischen Lichtstrahl 112 getrennt und an Oberflächen 242 und 270 auf die Bildebene PP reflektiert. Ein Grün- und Blau-Komponentenstrahl 325 wird an der Oberfläche 250 von dem kombinierten Strahl 112 getrennt. Ein Grün-Komponentenstrahl 316 wird an der Oberfläche 270 von dem zusammengesetzten Komponentenstrahl 325 getrennt. Ein Blau-Komponentenstrahl 326 wird an der Oberfläche 262 reflektiert. Die drei Komponentenstrahlen 322, 324, 326 liefern fokussierte, räumlich getrennte Farbkomponentenbilder an der Bildebene PP.
Fig. 10 zeigt eine optische Trennvorrichtung, die angepaßt ist, um einen polychromatischen Abbildungslichtstrahl 112 in einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten, einen fünften, einen sechsten, einen siebten, einen achten und einen neunten Komponentenstrahl 391 bis 399 unterschiedlicher Spektralbereiche zu trennen, die in einer parallelen, voneinander beabstandeten Beziehung positioniert sind. Eine optische Trennvorrichtung 100 weist einen ersten zusammengesetzten Strahlteiler 340 auf, der eine erste Platte 342 einer ersten Plattendicke mit einer ersten planaren Oberfläche 344 mit einer Oberflächenbeschichtung 346 auf derselben auf, welche angepaßt ist, um Licht in einem ersten, einem zweiten und einem dritten Spektralbereich zu reflektieren. Die erste Platte 342 besitzt eine zweite planare Oberfläche 348 parallel zu der ersten planaren Oberfläche 344 mit einer Beschichtung 350, die auf dieselbe aufgebracht und angepaßt ist, um Licht in einem vierten, einem fünften und einem sechsten Spektralbereich zu reflektieren. Eine zweite Platte 352 ist vorgesehen, die die gleiche Dicke wie die erste Platte 342 aufweist und einen ersten planaren Oberflächenabschnitt 354, der an der Oberfläche 348 angebracht ist, aufweist. Die Platte 352 besitzt eine zweite planare Oberfläche 356 mit einer Oberflächenbeschichtung 358, die auf dieselbe aufgebracht ist, welche angepaßt ist, um Licht in einem siebten, einem achten und einem neunten Spektralbereich zu reflektieren.
Ein zweiter zusammengesetzter Strahlteiler 360 ist vorgesehen, der eine erste Platte 362 aufweist, die eine Dicke besitzt, die ein Viertel der Dicke der Platte 342 besitzt. Die Platte 362 besitzt eine erste planare Oberfläche 364, die mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist, welche angepaßt ist, um Licht in dem ersten, dem vierten und dem siebten Spektralbereich zu reflektieren. Die Platte 362 weist eine zweite planare Oberfläche 368 auf, welche eine Oberflächenbeschichtung 370 besitzt, die angepaßt ist, um Licht in dem zweiten, dem fünften und dem achten Spektralbereich zu reflektieren. Eine zweite Platte 372, die eine Dicke aufweist, die gleich der der Platte 360 ist, besitzt eine erste planare Oberfläche 74, die an der Oberfläche 368 angebracht ist, und eine zweite planare Oberfläche 376, die mit einer Oberflächenbeschichtung 378 versehen ist, die angepaßt ist, um Licht in dem dritten, dem sechsten und dem neunten Spektralbereich zu reflektieren.
Im Betrieb wird der einfallende polychromatische Lichtstrahl 112 durch den ersten zusammengesetzten Strahlteiler 314 in einen ersten zusammengesetzten Strahl 362, der Licht in dem ersten, dem zweiten und dem dritten Spektralbereich aufweist; einen zweiten zusammengesetzten Strahl 384, der Licht in dem vierten, dem fünften und dem sechsten Spektralbereich aufweist, und einen dritten zusammengesetzten Strahl 386, der Licht in dem siebten, dem achten und dem neunten Spektralbereich aufweist, getrennt. Der zweite Strahlteiler teilt den ersten, den zweiten und den dritten zusammengesetzten Strahl 382, 384, 386 in einen ersten, einen zweiten und einen dritten Komponentenstrahl 391, 392, 393; einen vierten, einen fünften und einen sechsten Komponentenstrahl 394, 395, 396; bzw. einen siebten, einen achten und einen neunten Komponentenstrahl 397, 398, 399. Die Komponentenstrahlen 391 bis 399 können durch einen geeigneten Weglängenkompensator 400 geleitet werden (nur schematisch gezeigt), der die Variationen der Weglängen der verschiedenen Komponentenstrahlen kompensiert, derart, daß jeder der Komponentenstrahlen auf die Bildebene PP fokussiert ist.
Unzählige andere Variationen der Erfindung können vorgesehen sein, indem z.B. mehr als zwei Sätze parallel reflektierender Schichten vorgesehen werden, und indem eine unterschiedliche Anzahl von Licht-reflektierenden Beschichtungen auf verschiedenen der unterschiedlichen Licht-reflektierenden Schichten vorgesehen werden, um eine gewünschte Komponententrennung zu erreichen. Z.B. kann eine Anordnung geschaffen werden, bei der drei separate Platten, von denen jede zwei parallele planare Oberflächen auf derselben aufweist, in einem 3-Ebenen-Array vorgesehen werden. Die erste Platte besitzt reflektierende Beschichtungen für einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Spektralbereich auf ihrer vorderen Oberfläche und reflektierende Beschichtungen für einen fünften, einen sechsten, einen siebten und einen achten Spektralbereich auf ihrer zweiten Oberfläche. Die zweite Platte, die Licht empfängt, das von der ersten Platte reflektiert wird, weist eine Beschichtung auf, die den ersten, den zweiten, den fünften und den sechsten Spektralbereich auf ihrer vorderen Oberfläche und den dritten, den vierten, den siebten und den achten Spektralbereich auf ihrer hinteren Oberfläche reflektiert. Die dritte Platte, die Licht empfängt, das von der zweiten Platte reflektiert wird, besitzt auf ihrer vorderen Oberfläche eine Beschichtung, die Licht in dem ersten, dem dritten, dem fünften und dem siebten Spektralbereich reflektiert, und besitzt auf ihrer hinteren Oberfläche eine Beschichtung, die Licht in dem zweiten, dem vierten, dem sechsten und dem achten Spektralbereich reflektiert. Unter Verwendung einer derartigen Anordnung kann ein Komponentenstrahl in acht getrennte, parallele Komponentenstrahlen geteilt werden.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt ist, ergibt einen signifikanten Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, aufgrund der Tatsache, daß alle Oberflächen desselben, die mit den verschiedenen Licht-reflektierenden Beschichtungen beschichtet sind, Oberflächen von relativ dicken, starren Bauteilen sind, die sehr genau verarbeitet werden können, um planare Oberflächen zu liefern, die während des Zusammenbaus keiner Deformation, usw., unterworfen sind, und die in einer exakten Beziehung zu anderen beschichteten Oberflächen gehalten werden können. Eine derartige Anordnung ermöglicht, daß optische Scanner, die für eine genaue Farbreproduktion eine Trennung von Licht in drei Komponentenstrahlen erfordern, ohne die Verwendung irgendwelcher dünnen Platten geschaffen werden, und beseitigt folglich Qualitätsprobleme, die mit dem Erhalten von Oberflächen dünner Platten in einen nicht deformierten, planaren Zustand verknüpft sind.
Obwohl ein darstellendes und gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert hierin beschrieben wurde, sollte es offensichtlich sein, daß das erfindungsgemäße Konzept anderweitig verschiedenartig ausgeführt und verwendet werden kann, und daß die beigefügten Ansprüche dazu bestimmt sind, ausgelegt zu werden, um derartige Variationen einzuschließen, sofern sie nicht durch den Stand der Technik begrenzt sind.
Kreuzbezüge: US-SN 383463, entspricht der Europäischen Patentanmeldung Nr. 90306846.5. Eine Kopie der US-SN 498865 ist dieser Anmeldung beigefügt (Veröffentlichungsnummer US-A-4926041)

Claims

1. Eine optische Trennvorrichtung (z.B. 101, Fig. 6) zum Teilen eines Strahls (112) eines einfallenden polychromatischen Lichts in eine Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen (182, 184, 186) mit parallelen optischen Achsen (RR, GG, BB) mit folgenden Merkmalen:

einer ersten Einrichtung mit parallelen Schichten zum spektralen und räumlichen Trennen des einfallenden Strahls (112) in eine erste Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185), die eine erste Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten (130, 144) aufweist, welche eine Schicht (144) einschließen, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich und einem zweiten Spektralbereich zu reflektieren;

einer zweiten Einrichtung mit parallelen Schichten zum weiteren spektralen und räumlichen Trennen der ersten Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185) in eine zweite Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (182, 184, 186), die eine zweite Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten (132, 154) aufweist, welche eine Schicht (132) einschließen, die angepaßt ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich zu reflektieren und Licht in dem zweiten Spektralbereich durchzulassen;

wobei der zweite Spektralbereich den ersten Spektralbereich nicht einschließt.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:

einer ersten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (144), die in einer ersten Ebene (142) angeordnet ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich und dem zweiten Spektralbereich zu reflektieren;

einer zweiten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (130), die in einer zweiten Ebene (118) parallel zu der ersten Ebene (142) angeordnet und von derselben um einen ersten Lückenabstand (146) beabstandet ist, um Licht in dem dritten Spektralbereich zu reflektieren;

einer dritten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (154), die in einer dritten Ebene (152) angeordnet ist, welche bezüglich der ersten und der zweiten Ebene (142, 118) schräg ausgerichtet ist, um Licht in dem zweiten und dem dritten Spektralbereich zu reflektieren;

einer vierten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (132), die in einer vierten Ebene (120) angeordnet ist, welche parallel zu der dritten Ebene (152) ausgerichtet ist und von derselben um einen zweiten Lückenabstand (156) beabstandet ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich zu reflektieren.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der zwei der ersten (144), der zweiten (130), der dritten (154) und der vierten (132) spektral selektiven, reflektierenden Schichten auf zwei unterschiedlichen Flächen (118, 120) eines Prismas (114) vorgesehen sind.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die erste (251) und die zweite (243) Schicht auf gegenüberliegenden Oberflächen einer ersten Platte (246) vorgesehen sind, und bei der die dritte (271) und die vierte (263) Schicht auf gegenüberliegenden Oberflächen einer zweiten Platte (266) vorgesehen sind.

5. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die optische Trennvorrichtung (101) einen Teil einer Farbabbildungsanordnung (100) aufweist, und bei der der einfallende Lichtstrahl (112) einen Abbildungslichtstrahl aufweist, der durch eine Abbildungslinsenanordnung (110) fokussiert und durch die optische Vorrichtung (101) getrennt wird, um voneinander beabstandete Farbkomponentenbilder (102, 104, 106) eines Objekts (108) auf einer Mehrzahl von linearen Photosensorarrays (192, 194, 196), die sich auf einer Einheitsbildebene (PP) befinden, zu liefern;

die ferner eine Weglängenkompensatoreinrichtung (116) für eine Brechungskompensation der Unterschiede der optischen Weglängen der Komponentenstrahlen (182, 184, 186) durch die Einrichtungen mit parallelen Schichten aufweist, wodurch jedes Farbkomponentenbild (102, 104, 106) ordnungsgemäß auf ein zugeordnetes Photosensorarray (192, 194, 196) fokussiert ist.

6. Ein Verfahren zum Teilen eines Strahls eines einfallenden polychromatischen Lichts (112) in eine Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen (182, 184, 186), die parallele optische Achsen (RR, GG, BB) aufweisen, mit folgenden Schritten:

spektrales und räumliches Trennen des einfallenden Strahls (112) in eine erste Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185) durch die Verwendung einer ersten Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten, die eine erste, spektral selektive, reflektierende Schicht (144) einschließen, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich und einem zweiten Spektralbereich zu reflektieren;

weiteres spektrales und räumliches Trennen der ersten Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (182, 185) durch die Verwendung einer zweiten Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten, die eine spektral selektive, reflektierende Schicht (132) einschließen, die schräg zu der ersten Schicht positioniert und angepaßt ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich zu reflektieren und Licht in dem zweiten Spektralbereich durchzulassen;

wobei der zweiten Spektralbereich den ersten Spektralbereich nicht einschließt.

7. Eine optische Kombinierervorrichtung (z.B. 101, Fig. 5 und 6) zum Kombinieren einer Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen (182, 184, 186) mit parallelen optischen Achsen (RR, GG, BB) in einen einzelnen kombinierten Strahl (112) mit einer optischen Einheitsachse (WW) mit folgenden Merkmalen:

einer ersten Einrichtung mit parallelen Schichten zum spektralen und räumlichen Kombinieren einer ersten Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (182, 184, 186) in eine zweite Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185), die eine erste Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten aufweist, welche eine Schicht (132) einschließen, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich zu reflektieren und Licht in einem zweiten Spektralbereich durchzulassen;

einer zweiten Einrichtung mit parallelen Schichten zum spektralen und räumlichen Kombinieren der zweiten Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185) in den kombinierten Strahl (112), die eine zweite Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten aufweist, welche eine Schicht (144) einschließen, die angepaßt ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich und dem zweiten Spektralbereich zu reflektieren; wobei der zweite Spektralbereich den ersten Spektralbereich nicht einschließt.

8. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 mit folgenden Merkmalen:

einer ersten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (132), die in einer ersten Ebene (120) angeordnet ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich zu reflektieren und um Licht in dem zweiten Spektralbereich und in einem dritten Spektralbereich durchzulassen;

einer zweiten spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (154), die in einer zweiten Ebene (152) angeordnet ist, welche parallel zu der ersten Ebene und von derselben um einen ersten Lückenabstand (156) beabstandet ist, um Licht in dem zweiten und dem dritten Spektralbereich zu reflektieren;

einer dritten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (130), die in einer dritten Ebene (118) angeordnet ist, welche bezüglich der ersten und der zweiten Ebene schräg ausgerichtet ist, um Licht in dem ersten und dem zweiten Spektralbereich durchzulassen und Licht in dem dritten Spektralbereich zu reflektieren;

einer vierten, spektral selektiven, reflektierenden Schichteinrichtung (144), die in einer vierten Ebene (142) angeordnet ist, welche parallel zu der dritten Ebene ausgerichtet ist und von derselben um einen vorbestimmten Lückenabstand (146) beabstandet ist, um Licht in dem ersten und dem zweiten Spektralbereich zu reflektieren.

9. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der zwei der ersten (132), der zweiten (154), der dritten (130) und der vierten (144) spektral selektiven, reflektierenden Schichten auf zwei unterschiedlichen Flächen eines Prismas (140) vorgesehen sind.

10. Ein Verfahren zum Kombinieren einer Mehrzahl von räumlich und spektral getrennten Komponentenstrahlen (182, 184, 186), die parallele optische Achsen (RR, GG, BB) aufweisen, in einen einzelnen kombinierten Strahl (112) mit einer optischen Einheitsachse (WW) mit folgenden Schritten:

spektrales und räumliches Kombinieren einer ersten Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (182, 184, 186) in eine kleinere zweite Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185) durch die Verwendung einer ersten Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten, die eine spektral selektive, reflektierende Schicht einschließen, die angepaßt ist, um Licht in einem ersten Spektralbereich zu reflektieren und Licht in einem zweiten Spektralbereich durchzulassen;

spektrales und räumliches Kombinieren der zweiten Mehrzahl von parallelen Komponentenstrahlen (184, 185) in den einzelnen kombinierten Strahl (112) durch die Verwendung einer zweiten Mehrzahl von parallelen, spektral selektiven, reflektierenden Schichten, die eine spektral selektive, reflektierende Schicht (144) einschließen, welche schräg zu der ersten Schicht positioniert und angepaßt ist, um Licht in dem ersten Spektralbereich und dem zweiten Spektralbereich zu reflektieren;

wobei der zweite Spektralbereich den ersten Spektralbereich nicht einschließt.