棱镜分束器制造技术

本发明专利技术的实施方式涉及单棱镜分束器以及由一个或多个单棱镜分束器组合起来而形成的复合分束器。在一个实施方式中，这些分束器可以被配置成产生一个或多个分开的光束，这些光束出射时彼此之间的角度可以不是９０度。这些分束器实施方式的棱镜被配置成使得穿过棱镜的光遇到一个或多个相对于光路呈各种角度的中间平面。某些中间平面可以呈一定的角度，使得沿特定路径穿行的光在该棱镜内经历全内反射。一些其它中间平面呈一定的角度，使得沿特定路径穿行的光不经历全内反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及光学器件，尤其涉及棱镜分束器。
技术介绍
分束器是一种光学器件，用于将一束光分成两束或更多束不同的光。分束器具有 各种不同的且有用的应用。例如，分束器可以被用在照相机和投影仪中，并且可以被用于干 涉测量，这些仅是一些例子。图1A-1B示出了两类通常使用的分束器的示意图。图IA示出 了立方体分束器100的顶视图和立体图。立方体分束器100包括第一三角形棱镜102和第 二三角形棱镜104。棱镜102和104的斜边表面是平行的且是平整的，其上涂有一层部分 反射性材料106，比如银或铝。可以用粘合剂将这两个平整的表面固定到一起，该粘合剂的 折射率与棱镜102、104大致相同。可以调节层106的厚度，以允许光按期望的比例被透射 和被反射。如图1所示，入射光束108基本上垂直于平整的表面而进入立方体分束器100。 层106将入射光束108分成透射光束110以及反射光束112，透射光束110从立方体分束器 100中出射且方向与入射光束108 —致，反射光束112从立方体分束器100中出射且方向 与入射光束108大致垂直。图IB示出了平板分束器120的侧视图。平板分束器120包括 单个玻璃板122，玻璃板122的一个表面涂有一层部分反射性材料124。如图IB所示，玻璃 板122取向成与入射光束126呈45度。层124反射该入射光束126的第一部分，以产生与 入射光束126大致垂直的反射光束128。入射光束126的第二部分进入玻璃板122，玻璃板 122产生折射光束130，折射光束130在从玻璃板122中出射时再次发生折射从而给出透射 光束132，透射光束132大致平行于入射光束126。因为进入玻璃板的光束发生了折射，所 以透射光束132的路径移动到入射光束126的路径的下方，这被称为“光束偏移”。光束偏 移的大小正比于玻璃板122的厚度。尽管分束器100、120已成功地应用于许多不同的器件中，但是这两种常用的分束 器100、120具有许多缺点。例如，从分束器100、120中出射的反射光和透射光是呈直角，这 通常必然需要外部镜子对光进行重新引导。因此，期望有这样的分束器，能够配置成产生呈 各种角度的反射光和透射光。附图说明图IA示出了立方体分束器的顶视图和立体图。图IB示出了平板分束器的侧视图。图2示出了两种不同材料之间的界面的光学性质，每种材料具有不同的折射率。图3A示出了根据本专利技术的实施方式配置的第一分束器的立体图。图3B示出了根据本专利技术的实施方式配置的、图3A所示的第一分束器的侧视图。图3C示出了根据本专利技术的实施方式用于将入射光束分成两个出射光束的、图3A 所示的第一分束器的立体图。图4A示出了根据本专利技术的实施方式配置的第二分束器的立体图。4图4B示出了根据本专利技术的实施方式配置的、图4A所示的第二分束器的侧视图。图4C示出了根据本专利技术的实施方式用于将入射光束分成两个出射光束的、图4A 所示的第二分束器的立体图。图5示出了根据本专利技术的实施方式配置的第三分束器的立体图。图6示出了根据本专利技术的实施方式配置的、图5所示的第三分束器的侧视图。图7示出了根据本专利技术的实施方式配置的第四分束器的侧视图。图8示出了根据本专利技术的实施方式配置的第三分束器的侧视图。图9示出了根据本专利技术的实施方式配置的第四分束器的侧视图。图10A-10C示出了根据本专利技术的实施方式配置的三个示例性复合分束器。具体实施例方式本专利技术的实施方式涉及单棱镜分束器以及由一个或多个单棱镜分束器组合起来 而形成的复合分束器。这些分束器可以被配置成产生一个或多个分开的光束，这些光束从 棱镜中出射时彼此之间的角度不是90度。这些棱镜被配置成使得穿过棱镜的光遇到一个 或多个相对于光路呈各种角度的中间平面。某些中间平面可以呈一定的角度，使得沿特定 路径穿行的光在这些中间平面处经历全内反射(“TIR”)。一些其它中间平面呈一定的角 度，使得沿特定路径穿行的光不经历TIR。结果，通过在不发生TIR的中间平面上选择性地 放置完全反射的或部分反射的镜子，就可以选择性地将穿过这些棱镜的一个或多个光束分 开并使其从棱镜中出射。全内反射图2示出了两种不同材料之间的界面的光学性质，每种材料具有不同的折射率。 点光源202在所有方向上发出光。由带方向的箭头所标识的光线被用于表示光束穿过空间 或光学系统时的方向。每个光线具有与第一材料206和第二材料208之间的界面204相 关联的入射角。入射角是光线与被称为“法线”的假想直线之间的角度，法线是垂直于界面 204的线并且法线与界面204的相交点就是光线入射到界面204上的那一点。垂直的直线 210-212表示与点光源202发出的三个光线相关联的法线。假定第一材料206的折射率nl 大于第二材料208的折射率n2。例如，第一材料206可以由玻璃或丙烯酸构成，第二材料 208可以是空气，界面204可以表示棱镜(比如下文所描述的棱镜)的平面。具有特定的 入射角θ。的光线214产生了沿着第一材料206的表面的折射光线216。该角度θ。被称 为“临界角”。入射角大于临界角Θ。的光线经历TIR。入射角小于临界角θ。的光线发生 折射，并且穿过第一材料206进入第二材料208，且折射角大于入射角。例如，光线218的入 射角Q1大于临界角θ。，从而产生了反射光线220，根据反射定律反射光线220以相同的角 度θ工离开界面204。另一方面，光线222的入射角θ 2小于临界角θ。，从而产生了折射光 线224，根据折射定律折射光线224从第一材料中出射时的折射角是θ3并且θ3> θ2。本专利技术的实施方式图3Α示出了根据本专利技术的实施方式配置的第一分束器300的立体图。分束器300 包括棱镜302和部分反射镜304。棱镜302被配置成具有第一平面306、第二平面308和中 间平面309-313。部分反射镜304被放置在平面312的至少一部分之上。图3Β示出了根 据本专利技术的实施方式配置的分束器300的侧视图。虚线314表示垂直于平面312且将棱镜302平分的对称面的侧视图。在理想情况下，第一和第二平面306、308可以平行于平面314， 平面309、310也可以被配置成相对于平面314呈相同的角度Φ。如图3Β所示，三个不同的光线321-323沿着进入棱镜302的一光束的多个部分的 路径前进，且大致垂直于第一平面306。平面309成一定的角度，使得光线321-323在平面 309处经历TIR，并且朝着平面312反射，其入射角小于与平面312相关联的临界角。光线 321-323在部分反射镜304处被分开，部分反射镜304让光的第一部分从棱镜302中出射并 且反射光的第二部分使其达到平面310，平面310呈一定的角度使得光线321-323经历TIR 并从棱镜302中出射，出射光线大致垂直于第二平面308。注意到，与上述光的第二部分相 关联的光线321-323从棱镜302中出射时基本上没有光束偏移，在这种特定的情况中，该光 相对于进入该棱镜的光的入射取向而言是反转的。图3C示出了根据本专利技术的实施方式使用分束器300将入射光束分开的立体图。上 述光束通过第一平面306进入棱镜302，并且被平面309反射至平面312。部分反射镜304 将光束分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分束器，包括：具有第一平面、第二平面和多个中间平面的棱镜，其中，所述棱镜被配置成使第一和第二平面大致平行，一个或多个中间平面成一定的角度以使在所述棱镜内传播的光束并未在一个或多个中间平面处经历全内反射，并且所述光束可以通过一个或多个中间平面从所述棱镜中出射；以及一个或多个部分反射镜，被放置在一个或多个中间平面的至少一部分之上，使得在所述棱镜内传播的光束被分成折射光束和反射光束，所述折射光束通过一个或多个部分反射镜从所述棱镜中出射，所述反射光束被反射回到所述棱镜中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：HP郭，MRT谭，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：US[]