光分离器制造技术

光分离器将多色光分离成较长波长的谱带和较短波长的谱带。所述光分离器被限定在两个相对的侧表面之间，所述相对的侧表面反射入射光，并且所述光分离器还具有用来接受所述多色光的输入侧和用来提供已分离的谱带的输出侧。第一光波导通道从输入侧到输出侧变窄，并位于第一二向色表面和第一外表面之间，所述第一二向色表面用于反射较长的波长并透射较短的波长，所述第一外表面反射入射光。第二光波导通道从输入侧到输出侧变窄，并位于第二二向色表面和第二外表面之间，所述第二二向色表面用于反射较短的波长并透射较长的波长，所述第二外表面反射入射光。光分离器的一部分是第一和第二光波导通道共有的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及用于光的光谱分离的装置，更具体地，涉及将光的光谱分 离与光能的空间均匀化组合起来的装置。
技术介绍
分色器(color separator)和复合器(recombiner)是光学领域中已知的，并具有 多种应用，尤其是用于显示或记录彩色图像。在该图像应用中，分色器接受多 色光输入，并按照波长将光进行分离，以提供用于调制的两种，三种或多种光 谱波段的光。然后使用光复合器将调制过的光的光谱波段进行组合，从而形成 全色图像(full color image)。二向色涂层为在很多应用中为进行分色提供了有用的机制，提供以下优 点，诸如最小的光损失，较好的光谱选择性。在棱镜表面上使用二向色涂层的 各种类型的分色器的例子包括以下例子Cobb等人的题目为Projection Apparatus Using Telecentric Optics(使用圆形 光学的投影仪)的美国专利No. 6,758,565描述了以V-棱镜的形式使用二向色分 离器，用来将白光分离成主要的红色、绿色和蓝色(RGB)成分；Sugawara的题目为Color Combining Optical Element, Color Separation Optical Element, and Projection Type Display Apparatus Using Them(色复合光学 元件，色分离光学元件以及使用它们的投影型显示器)的美国专利No. 6，671，101描述了由三个棱镜形成的色分离和复合光学器件，其中所述三个棱镜 之间具有二向色表面；Huang的题目为Color-Separating Prism Utilizing Reflective Filters and Total Internal Reflection(使用反射滤光器和全内反射的色分离棱镜)的美国专利No. 6，517,209描述了另一种使用联合棱镜的色分离装置，其中所述棱镜之间具有二 向色表面；Peterson等人的题目为Method and Apparatus for Combining Light Paths ofMultiple Colored Light Sources Through a Common Integration Tunnel(通过共同的集成隧道将多种彩色光源的光路组合起来的方法和装置)美国专利No. 6,956，701描述了用于将多个彩色光路组合在一起的集成装置，所述彩色光路用 于在投影系统中照明；Sonehara的题目为Dichroic Optical Elements for use in a Projection Type Display Apparatus(用于投影型显示装置的二向色光学元件)的美国专利 5，098,183描述了使用交叉二向色表面(crossed dichroic surface)的棱镜光学元件。 所述交叉二向色表面也成为X-立方(X-cube)，并用于各种类型的用来将白光分 离成RGB组分的成像装置中；Okuyama的题目为Cross Dichroic Prism(交叉二向色棱镜)的美国专利 No. 6,327，092描述了X-立方设计的一种变型，其中相对的外表面并不平行；DeLang等人的题目为Optical System for a Color Television Camera(用于彩 色电视摄像机的光学系统)的美国专利No. 3，202,039用于色分离的Philips棱镜， 该棱镜已经被用于多种投影仪设计，使用三种三棱镜和多种二向色表面；Huang的题目为Color Separation Prism Assembly Compensated for Contrast Enhancement and Implemented as Reflective Imager(补偿对比度增强和作为反射 成像器的色分离棱镜组件)的美国专利No. 6，704,144描述了用于引导多色光 通过各种二向色涂层以得到分离的RGB组分的三棱镜排列的另一种实施方式。利用这种常规的X-立方和Philips棱镜实施方式，多色光通过一个或多个二 向色表面，并因此被分离成不同的光谱组分。在大多数情况中，相同的组分或 构造类似的组分可在调制之前用于色分离，以及用于复合调制过的光，从而用 于最终的投影会其它成像。二向色表面与棱镜的复合，例如X-立方和Philips棱镜所示范的那些，具有 许多优点。所述X-立方，即将四个独立的棱镜与具有相应的二向色涂层的各交 叉的内表面组合起来的排列方式，已被证明很难以便宜的价格制得。内表面的 微小未对准会导致的诸如彩色边纹(color fringing)的问题。机械耐受力 (mechanical tolerance)和适当的对准对于Philips棱镜和相关三棱镜器件的制造 也构成困难。此外，即使可以克服这些问题，X-立方和Philips棱镜解决方案需 要光路在正交方向上或在一些其它的相对于入射光轴成明显的角度的方向上 被分开。所得到的空间限制阻止了该器件用于例如任何类型的阵列。常规的色分离器件的另一个显著的缺点涉及二向色表面本身的特性。二向色涂层的光谱性能会被入射光角度强烈影响。随着入射角的变化，被透射和反 射的光的波长也会稍微移动。 一般而言，二向色表面被设计成当入射光在小的 角度范围内时工作最好，并且通常用于接近法向角的入射光。在许多类型的器件(包括成像装置)中，需要提供用于调制的均匀的光场。 为了得到均匀的光场， 一种策略是使用均匀化元件，该元件通过将角分布均匀 化来传播光能并形成光束，不会发生光损失。成像器件，诸如上述的用于彩色成像显示或记录的那些器件，通常使用诸如集成棒(integrating bar)、蝇眼透镜 阵列(fly's-eye lenslet array)、纤维光学面板或光导纤维束、漫射体或类似的光 学器件的元件作为均匀化元件。作为一个例子，Anikitchev等人的题目为 Methods and Systems for Low Loss Separation and Combination of Light(用于低损失的光分离和复合的方法和系统)美国专利6,919，990描述了使用集成棒来 重新分布照明光束以在显示系统中得到更均匀的照明能量分布。尽管成像应用通常需要光谱分离或光复合以形成彩色图像，但是也有其中 光谱分离和光能的均匀化都很有利的其它应用。这些应用是其中从光获得能 量，例如在传感装置和光生伏打能量装置(例如太阳能面板)中。各种光生伏打 材料对不同波长的光的响应不同。因此，对于太阳能装置，将日光分解成两个 或多个谱带是有益的，将各个谱带引导到适当的材料中，所述材料最优化地提 供在该谱带处的能量。当日光被分别分离成更长或更短波长的更高或更低谱带 时，可使用不同的光生伏打电池来提高来自日光的总的能量产出。第一种光生 伏打电池可最优化较低能量的光，即在较长波长处的光。然后第二种光生伏打 电池可最优化较高能量的光，即在较短波长处的光。尽管意识到能有效地对光进行光谱分离的装置和方法是有益的，但是常规 的解决方案与以低成本无损失地分离光、并提供分离元件以改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光分离器，该光分离器将多色光分离成在预定波长之上的较长波长谱带的光和在预定波长之下的较短波长谱带的光，所述光分离器被限定在两个相对的侧表面之间，所述相对的侧表面各自在一定的角度范围内反射入射光，并且所述光分离器还具有用来接受所述多色光的输入侧，和用来提供已分离的较长和较短波长谱带的光的输出侧，所述光分离器包括：（ａ）第一光波导通道，从输入侧到输出侧变窄，并被限定在（ｉ）和（ｉｉ）之间：（ｉ）第一二向色表面，用于反射比预定波长更长的波长并透射比预定波长更短的波长；和（ｉｉ）第一外表面，其在一定的角度范围内反射入射光；和（ｂ）第二光波导通道，从输入侧到输出侧变窄，并被限定在（ｉ）和（ｉｉ）之间：（ｉ）第二二向色表面，用于反射比预定波长更短的波长并透射比预定波长更长的波长；和（ｉｉ）第二外表面，其在一定的角度范围内反射入射光；还包括光分离器的共同部分，即第一和第二光波导通道的一部分，所述共同部分位于所述第一和第二二向色表面之间，从输出侧到输出侧变窄。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-11-30 11/292,4051.一种光分离器，该光分离器将多色光分离成在预定波长之上的较长波长谱带的光和在预定波长之下的较短波长谱带的光，所述光分离器被限定在两个相对的侧表面之间，所述相对的侧表面各自在一定的角度范围内反射入射光，并且所述光分离器还具有用来接受所述多色光的输入侧，和用来提供已分离的较长和较短波长谱带的光的输出侧，所述光分离器包括(a)第一光波导通道，从输入侧到输出侧变窄，并被限定在(i)和(ii)之间(i)第一二向色表面，用于反射比预定波长更长的波长并透射比预定波长更短的波长；和(ii)第一外表面，其在一定的角度范围内反射入射光；和(b)第二光波导通道，从输入侧到输出侧变窄，并被限定在(i)和(ii)之间(i)第二二向色表面，用于反射比预定波长更短的波长并透射比预定波长更长的波长；和(ii)第二外表面，其在一定的角度范围内反射入射光；还包括光分离器的共同部分，即第一和第二光波导通道的一部分，所述共同部分位于所述第一和第二二向色表面之间，从输出侧到输出侧变窄。2. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述第一外表面被涂覆有反射 性材料。3. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述第一外表面是棱镜的一个面。4. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述第一外表面通过全内反射 而反射入射光。5. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述第一或第二光波导通道中 的至少一个的输出侧的光是被偏振的。6. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述第一二向色表面形成在棱 镜的面上。7. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述第一二向色表面形成在透 明材料板上。8. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述光分离器由三个棱镜形成。9. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，它还包括光学聚光器，用于将所述多色光导入输入侧。10. 如权利要求9所述的光分离器，其特征在于，所述光学聚光器是透镜。11. 如权利要求9所述的光分离器，其特征在于，所述光学聚光器是锥形的光波导。12. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述较长波长谱带的光被导 向第一光生伏打电池，所述较短波长谱带的光被导向第二光生伏打电池。13. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述相对的侧表面彼此平行。14. 如权利要求l所述的光分离器，其特征在于，所述相对的侧表面相对于彼 此呈楔形。15. —种光分离器阵列，各光分离器将多色光分离成在预定波长之上的较 长波长谱带的光和在预定波长之下的较短波长谱带的光，其中各光分离器被限 定在两个相对的侧表面之间，所述相对的侧表面各自在一定的角度范围内反射 入射光，并且各光分离器还具有用来接受所述多色光的输入侧，和用来提供已 分离的较长和较短波长谱带的光的输出侧，各光分离器还包括(a) 第一光波导通道，从输入侧到输出侧变窄，并被限定在(i)和(ii)之间(i) 第一二向色表面，用于反射比预定波长更长的波长，并透射 比预定波长更短的波长；和(ii) 第一外表面，其在一定的角度范围内反射入射光；禾口(b) 第二光波导通道，从输入侧到输出侧变窄，并被限定在(i)和(ii)之间(i) 第二二向色表面，用于反射比预定波长更短的波长，并透射 比预定波长更长的波长；和(ii) 第二外表面，其在一定的角度范围内反射入射光； 还包括光分离器的共同部分，即第一和第二光波导通道的一部分，所述共同部分位于所述第一和第二二向色表面之间，从输出侧到输出侧变窄。16. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述第一外表面被涂覆有反射性材料。17. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述第一外表面是棱镜的一 个面。18. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述第一外表面通过全内反射而反射入射光。19. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述第一或第二光波导通道 中的至少一个的输出侧的光是被偏振的。20. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述第一二向色表面形成在 棱镜的面上。21. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述第一二向色表面形成在 透明材料板上。22. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，所述光分离器由三个棱镜形成。23. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，它还包括光学聚光器，用于 将所述多色光导入输入侧。24. 如权利要求23所述的光分离器，其特征在于，所述光学聚光器是透镜。25. 如权利要求23所述的光分离器，其特征在于，所述光学聚光器是锥形的光 波导。26. 如权利要求15所述的光分离器，其特征在于，对于阵列中...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM科布，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]