光學器件的製造裝置及製造方法
2023-04-24 06:53:46 2
專利名稱：光學器件的製造裝置及製造方法
技術領域：
本發明涉及一種光學器件的製造裝置及製造方法，尤其涉及使用多個稜鏡的光學器件的製造裝置及製造方法。
背景技術：
拍攝並再現圖像的光學裝置中所使用的電荷耦合器件(CCDchargecoupled device)從1-CCD發展到3-CCD。針對所輸入的圖像只能表示明暗及形態的以往的1-CCD，為了再現色彩在CCD上使用了濾色片。雖然通過使用濾色片可以再現色彩，但由於一個象素只能包含對應於一個RGB中某一個顏色的信息，因而要明確表示圖像會有局限性。
最近，為了解決上述問題再現接近實物的圖像而使用稜鏡模塊，該稜鏡模塊包含三個用於進行RGB顏色分解的、進行特別塗層(coating)的稜鏡和三個CCD。此時，所輸入的圖像先被分解為RGB三個圖像，然後再合成為一個圖像，因此一個象素中可以輸入三個顏色信息。如此，通過使用3-CCD而可以再現清晰並具體的圖像。
為了使圖像分解為三個之後再被正確地合成為一個圖像，必須使通過三個稜鏡的光路徑長度(以下簡稱「光程長」)相等。若要使光程長一致，則需要使三個稜鏡排列整齊並向這些稜鏡貼附CCD，為此需要具備按六個自由度驅動各稜鏡及CCD的六個支持構件及用於投射檢測圖像的標準放映機(master projector)。由於這種設備價格都比較高，因而排列稜鏡模塊需要較多的費用，並且用於圖像對焦的稜鏡排列工作和用於正確地合成為一個圖像的CCD排列工作需要較多的精力和時間。並且，由於外部裝置所引起的信號失真難以正確地排列稜鏡。
並且，現有的用於排列稜鏡的有關波形分析的算法比較複雜，因此要使光程長一致需要付出較多的努力。
發明內容
本發明的目的在於提供一種易於使多個稜鏡的光程長一致的光學器件的製造裝置及其製造方法。
為了實現上述目的依據本發明所提供的具有多個稜鏡的光學器件的製造裝置，其特徵在於包含出射具有預定圖案的光的光源；將出射的光提取為預定波長範圍的光的波長選擇用濾光器；對通過所述波長選擇用濾光器提取的光進行聚光並照射到所述稜鏡的聚光透鏡；顯示從所述稜鏡反射的光的圖案的顯示部；支座，以用於調節所述稜鏡的位置，使顯示於所述顯示部的所述圖案的清晰度在預定的範圍之內。
並且，最好還包含設在所述光源及所述波長選擇用濾光器之間的平行光管，以用於使從光源出射的光形成平行光，防止擴散到四周。
並且，最好還包含將從所述稜鏡反射的光引導到所述顯示部的光引導部，以免在多個稜鏡的各出射面上形成顯示部。
並且，所述光引導部為分光器，所述光引導部可以設在所述波長選擇用濾光器及所述聚光透鏡之間。
並且，所述波長選擇用濾光器可以提取420～490nm範圍、520～600nm範圍及600～690nm範圍的光，各波長範圍最好對應於藍色、綠色及紅色光的最高透過率。
並且，所述支座可以包含用於支持所述稜鏡的夾持器和用於驅動所述夾持器的驅動部。
並且，所述聚光透鏡至所述稜鏡出射面之間的距離最好與所述聚光透鏡的焦距實質上相等，當不採用焦距時，使預定的基準距離相等而調節光程長。
為了實現上述目的依據本發明所提供的具有多個稜鏡的光學器件的製造方法，包含步驟(a)向所述稜鏡設置反射鏡；(b)對所述稜鏡進行臨時固定；(c)從具有預定圖案的原始光提取預定波長範圍的光，並照射到所述稜鏡上；(d)顯示從所述反射鏡反射的光的圖案；(e)調節所述稜鏡的位置，使顯示在所述顯示部的所述圖案的清晰度在預定的範圍之內；(f)當所顯示的所述圖案的清晰度在預定的範圍內時，固定所述多個稜鏡。
並且，最好在提取所述波長的步驟提取420～490nm範圍的光時移動藍色稜鏡，在提取所述波長的步驟提取520～600nm範圍的光時移動綠色稜鏡，在提取所述波長的步驟提取600～690nm範圍的光時移動紅色稜鏡。
並且，臨時固定所述稜鏡時利用紫外線固化樹脂來固定，固定所述稜鏡時可以向所述紫外線固化樹脂照射紫外線而固定。也可以採用非紫外線固化樹脂的熱固化樹脂，此時固定稜鏡時可以通過加熱而進行固定。
並且，可以進一步包含在所述稜鏡上形成CCD的步驟。
並且，所述多個稜鏡包含第一稜鏡、第二稜鏡以及第三稜鏡，所述第一稜鏡、第二稜鏡以及第三稜鏡最好依次重複所述(a)至(f)步驟進行固定。
第二個固定的所述第二稜鏡可以在與所述原始光的傳播方向相垂直的方向設置所述反射鏡。此時，最好將只在原始光的傳播方向具有自由度的第二稜鏡先於第三稜鏡進行固定，從而可以易於固定第三稜鏡。
因此，依據本發明所提供的光學器件的製造裝置及製造方法易於使多個稜鏡的光程長一致。
圖1為依據本發明一實施例所提供的光學器件製造裝置的控制框圖；圖2為用於說明依據本發明一實施例所提供的稜鏡光程長的稜鏡單元示意圖；圖3A及圖3B為說明本發明一實施例中對應於稜鏡移動動作的光的清晰度變化的示意圖；圖4為用於說明依據本發明一實施例所提供的光學器件的製造方法的控制流程圖；主要符號說明1為光學器件的製造裝置，10為光源，20為平行光管，30為波長選擇用濾光器，40為光引導部，50為聚光透鏡，60為支座，61、65為夾持器，63、67為驅動部，70為顯示部，80為光量調節部，100為稜鏡單元，110、120、130為稜鏡，111、121、131為反射鏡。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的實施例。
下面參照圖1至圖3說明本發明一實施例所提供的光學器件的製造裝置。
圖1為依據本發明的實施例所提供的光學器件製造裝置的示意圖，圖2為用於說明稜鏡光程長的稜鏡單元的示意圖，圖3A及圖3B為說明對應於稜鏡移動動作的光的清晰度變化的示意圖。
光學器件的製造裝置1包含光源10、平行光管20、波長選擇用濾光器30、光引導部40、聚光透鏡50、用於調節稜鏡位置的支座60、顯示所反射的光的顯示部70以及光量調節部80。如圖2所示，稜鏡單元100由具有RGB顏色分解特殊膜層(film)的三個稜鏡110、120、130構成，即由R稜鏡130、G稜鏡110及B稜鏡120構成，各稜鏡的出射面上設置用於反射入射光的反射鏡111、121、131。
光源10出射作為原始光的白色光。利用滷鎢燈等作為光源10使用。原始光最好包含預定的圖案，一般包含圓或格子形狀的圖案。
平行光管20使原始光呈平行狀，以防止原始光向四周分散。
波長選擇用濾光器30在由光源10出射的光中只提取具有特定波長範圍的光。波長選擇用濾光器30使用提取紅色光的濾光器、提取綠色光的濾光器以及提取藍色光的濾光器，還可以使用將所述三種濾光器排列在同一個圓周上的一個濾光器單元。
在本實施例中，按照不同的波長範圍對具有預定圖案的原始光進行分離，並觀察各圖案的清晰度(Sharpness)使光程長一致。當通過第一個濾光器的光被稜鏡反射而顯示在顯示部70時，在可以清晰地顯示光的位置排列第一個稜鏡，並以此為基準排列其它稜鏡。因此，當利用依據本發明所提供的光學器件的製造裝置時，只需準備用於提取各個不同的波長範圍的光的濾光器，就可以輕易地使光程長一致。
藍色光使用提取420～490nm範圍的光的波長選擇用濾光器30，綠色光使用提取520～600nm範圍的光的波長選擇用濾光器30，紅色光使用提取600～690nm範圍的光的波長選擇用濾光器30。
光引導部40設置在波長選擇用濾光器30與聚光透鏡50之間，並將從稜鏡單元100反射的光引導到顯示部70。本實施例中的光引導部40是分光器。通過波長選擇用濾光器30的光由分光器透過聚光透鏡50，並且從稜鏡單元100反射的光由形成在分光器的塗層而改變路徑，並最終被引導到顯示部70。為了顯示入射到稜鏡單元100的紅色光、綠色光以及藍色光而在各稜鏡的出射面設置顯示部70會增加費用，因此僅在反射光的反射路徑的途中設置一個顯示部70，並利用光引導部40根據顯示部70的位置改變所反射的光的路徑。
光引導部40用於改變光路徑，而且並不限定於分光器，還可以使用稜鏡或反射鏡等，並且根據顯示部70的位置移動光引導部40的位置。
聚光透鏡50用於對通過光引導部40的光進行匯聚並傳遞到稜鏡單元100。聚光透鏡50最好採用對分散到四周的光進行匯聚的凸透鏡。
聚光透鏡50具有固有焦距，稜鏡單元100最好位於聚光透鏡50的焦點處。即，從聚光透鏡50至稜鏡110、120、130出射面之間的距離最好與聚光透鏡50的焦距f實質上相等。據此，可以容易地排列稜鏡單元100，並由於將稜鏡單元100排列在聚光透鏡50的焦距f位置，因此可以提高聚光效率。
根據另一實施例，除了聚光透鏡50的焦距之外，還可以基於平行光管20到稜鏡110、120、130的出射面之間的距離而使光程長一致。使光程長一致的基準距離可以由用戶設定為多種形式，但在不改變光路徑的條件下距離越短越有利於使光程長一致，並可以減少誤差。
支座60用於調節稜鏡110、120、130的位置。如圖2所示，支座60包含用於支持稜鏡120的第一夾持器(gripper)61、用於支持稜鏡130的第二夾持器65、用於驅動第一夾持器61的第一驅動部63以及用於驅動第二夾持器65的第二驅動部67。依據本實施例所提供的光學器件的製造裝置1，以稜鏡110為基準來調節其它稜鏡120、130的位置。支座60可以進一步包含用於固定作為基準的稜鏡110的夾持器及驅動部。
各夾持器61、65用於支持稜鏡120、130，並起到連接驅動部63、67的作用以驅動稜鏡120、130。通常，夾持器61、65最好採用作為輔助器具的夾具(jig)，以簡單、正確地調節器具的加工位置。
驅動部63、67利用塗敷於稜鏡120、130接觸面的紫外線固化樹脂的粘性所引起的流動性，使稜鏡120、130按箭頭方向移動。驅動部63、67包含電機，並通過未圖示的控制部的控制而精確地進行移動。
如上所述，各稜鏡110、120、130的出射面具有用於對入射光進行反射的反射鏡111、121、131。接觸三個稜鏡110、120、130的稜鏡單元100具有一條邊約為10～15mm的六面體的體積。各稜鏡110、120、130處於臨時固定的狀態，並在各接觸面上塗敷透明的紫外線固化樹脂。紫外線固化樹脂在以後的完全固定稜鏡120、130的步驟中通過紫外線被固化。
顯示部70用於拍攝並顯示從稜鏡單元100反射的光。顯示部70可以包含將光信號變換為電信號的電荷耦合器件(CCDcharge coupled device)。用戶可以通過觀察顯示在顯示部70中的像的清晰度來排列稜鏡。
圖3A為表示根據稜鏡110、120、130的移動而顯示於顯示部70的像的清晰度之間的關係的曲線圖，圖3B為顯示在顯示部70的像的示意圖。如圖3A所示，用戶按照5μm的間隔移動稜鏡110、120、130的同時觀察清晰度。在清晰度最大的第二區域II顯示部70中顯示的像非常清晰，如圖3B所示。另外，在第二區域II的前後區域，即第一區域I及第三區域III中圖像變得模糊。
雖然附圖中沒有示出，但還包含將顯示在顯示部70的圖像進行分解並可以在預定的分解度範圍內判斷最大清晰度的控制部。為了在約±1μm的誤差範圍內判斷圖像的清晰度，本實施例所提供的控制部可以對稜鏡110、120、130進行高密度的排列。
光量調節部80用於調節從光引導部40入射到顯示部70的光量。如上所述，顯示部70可以由CCD(Charge Coupled Device)形成，但CCD所能容納的光量各有限制。因此，將入射到顯示部70的光的振幅，即強度調節為預定範圍之內。光量調節部80採用用於使出射的光量減少的光衰減器(opticalattenuator)或用於將光密度過濾(filtering)為所期望的值的光密度濾光片(neutral density filter)。
下面參照圖4說明依據本實施例所提供的光學器件的製造方法及光路徑。
首先，向稜鏡110、120、130的各出射面貼附反射鏡111、121、131 (S10)。反射鏡111、121、131使入射到稜鏡單元100的光沿著入射路徑而再被反射出去。
稜鏡110的入射面上最好塗上無反射塗層(coating)物質，以使入射到稜鏡單元100的光不產生反射現象。
然後，為了排列稜鏡110、120、130，將圖1中的構成要素排列到預定位置。
具有預定圖案的原始光，即具有圓形或切口(slit)狀圖案的原始光被波長選擇用濾光器30提取為綠色波長範圍520～600nm的光(S20)。被提取的光通過光引導部40並由聚光透鏡50聚光之後，入射到稜鏡單元100的入射面。
用戶在移動稜鏡110的同時(S30)，觀察顯示部70中的像的清晰度。判斷顯示在顯示部70的像的清晰度是否在預定的範圍內(S40)，如果判斷為超過預定的範圍，則再次移動稜鏡110。此時，稜鏡110按照約5μm的間距移動。
另外，如果判斷為光的清晰度在預定範圍之內，則固定稜鏡110(S50)。控制部在約±1μm的誤差範圍之內判斷清晰度。由於稜鏡110已被固定，因此聚光透鏡50至稜鏡110的出射面之間的距離成為使其它稜鏡120、130的光程長一致的基準。
然後，利用紫外線固化樹脂使稜鏡110與稜鏡120、稜鏡1 20與稜鏡130相互接觸並進行臨時固定(S60)。此時，設在稜鏡130的反射鏡與原始光的傳播方向垂直。即，對稜鏡130進行臨時固定，使稜鏡130的光路徑與原始光的傳播方向平行。由於紫外線固化樹脂暴露在紫外線中即被固化，因此用於完全固定稜鏡110、120、130。用於粘貼稜鏡等光學器件的粘合劑最好採用無顏色的透明的材料，既透明又具有粘性引起的流動性的紫外線固化樹脂適合作為粘合劑。塗敷紫外線固化樹脂的接觸面根據固化樹脂的粘性而維持粘貼力，以通過驅動部63、67移動稜鏡120、130。
為了提取紅色波長範圍600～690nm的光，替換波長選擇用濾光器30(S70)，並移動稜鏡130來進行調節(S80)。如果反射光的清晰度在預定的範圍之內，則固定稜鏡130(S90、S100)。固定稜鏡130的步驟中，向稜鏡單元100照射紫外線而固化紫外線固化樹脂。
由於形成在稜鏡130的反射鏡與原始光的傳播方向相垂直，因此通過稜鏡130進行反射的光的自由度只與入射方向平行。因此，與先固定稜鏡120之後再固定稜鏡130的方式相比，先固定稜鏡130的方式可以限制稜鏡130的自由度，因此可以容易地排列稜鏡110、120、130。
固定稜鏡130之後，替換波長選擇用濾光器30，以提取藍色波長範圍420～490nm的光(S110)，並通過移動稜鏡120進行調節(S120)。如果反射光的清晰度在預定的範圍之內，則固定稜鏡120(S130、S140)。
最後，通過在稜鏡單元100的各稜鏡110、120、130上形成CCD而完成稜鏡模塊的製造。形成CCD時判斷顯示在顯示部70中的圖像的合成與否而進行調節。
本發明在組裝稜鏡與CCD相結合的稜鏡模塊的過程中，不是通過一個步驟組裝該模塊，而是先利用白光來組裝稜鏡。由於同時組裝精密、較小的光學器件的過程需要耗費較多的精力和費用，因此為了對其進行改進，通過測定從稜鏡反射的像的清晰度在預定的誤差範圍之內使光程長一致。
本發明所述的相應於誤差範圍及光程長的數值，可以根據光源的種類及所要求的光程長而改變，因而並不限定本發明的權利要求範圍。
以上雖然描述了本發明的幾種實施方式，但本發明所屬技術領域的具有通常知識的技術人員應該知道，在不脫離本發明的原則或思想的情況下，可以對本實施方式進行改變。本發明的保護範圍由所附權利要求書和其等同物來決定。
權利要求
1.一種具有多個稜鏡的光學器件的製造裝置，其特徵在於包含出射具有預定圖案的光的光源；將出射的光提取為預定波長範圍的光的波長選擇用濾光器；對通過所述波長選擇用濾光器提取的光進行聚光並照射到所述稜鏡的聚光透鏡；顯示從所述稜鏡反射的光的圖案的顯示部；支座，以用於調節所述稜鏡的位置，使顯示於所述顯示部的所述圖案的清晰度在預定的範圍之內。
2.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於還包含設在所述光源及所述波長選擇用濾光器之間的平行光管。
3.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於還包含將從所述稜鏡反射的光引導到所述顯示部的光引導部。
4.根據權利要求3所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於所述光引導部為分光器，所述光引導部設在所述波長選擇用濾光器及所述聚光透鏡之間。
5.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於所述波長選擇用濾光器提取420～490nm範圍的光。
6.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於所述波長選擇用濾光器提取520～600nm範圍的光。
7.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於所述波長選擇用濾光器提取600～690nm範圍的光。
8.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於所述支座包含用於支持所述稜鏡的夾持器和用於驅動所述夾持器的驅動部。
9.根據權利要求1所述的光學器件的製造裝置，其特徵在於所述聚光透鏡的焦距實質上與所述聚光透鏡至所述稜鏡出射面之間的距離相等。
10.一種具有多個稜鏡的光學器件的製造方法，其特徵在於包含步驟(a)向所述稜鏡設置反射鏡；(b)對所述稜鏡進行臨時固定；(c)從具有預定圖案的原始光提取預定波長範圍的光，並照射到所述稜鏡上；(d)顯示從所述反射鏡反射的光的圖案；(e)調節所述稜鏡的位置，使顯示在所述顯示部的所述圖案的清晰度在預定的範圍之內；(f)當所顯示的所述圖案的清晰度在預定的範圍內時，固定所述多個稜鏡。
11.根據權利要求10所述的光學器件的製造方法，其特徵在於在所述(c)步驟提取420～490nm範圍的光時在所述(e)步驟移動藍色稜鏡。
12.根據權利要求10所述的光學器件的製造方法，其特徵在於在所述(c)步驟提取520～600nm範圍的光時在所述(e)步驟移動綠色稜鏡。
13.根據權利要求10所述的光學器件的製造方法，其特徵在於在所述(c)步驟提取600～690nm範圍的光時在所述(e)步驟移動紅色稜鏡。
14.根據權利要求10所述的光學器件的製造方法，其特徵在於利用紫外線固化樹脂臨時固定所述稜鏡，固定所述稜鏡時向所述紫外線固化樹脂照射紫外線進行固定。
15.根據權利要求10所述的光學器件的製造方法，其特徵在於還包含在所述稜鏡上形成CCD的步驟。
16.根據權利要求10所述的光學器件的製造方法，其特徵在於所述多個稜鏡包含第一稜鏡、第二稜鏡以及第三稜鏡，所述第一稜鏡、第二稜鏡以及第三稜鏡通過依次重複所述(a)至(f)步驟進行固定。
17.根據權利要求16所述的光學器件的製造方法，其特徵在於所述第二稜鏡在與所述原始光的傳播方向相垂直的方向設置所述反射鏡。
全文摘要
本發明提供一種可以容易地使多個稜鏡的光程長一致的光學器件的製造裝置及製造方法。依據本發明所提供的具有多個稜鏡的光學器件的製造裝置，包含出射具有預定圖案的光的光源；將出射的光提取為預定波長範圍的光的波長選擇用濾光器；對通過所述波長選擇用濾光器提取的光進行聚光的聚光透鏡；顯示從所述稜鏡反射的光的圖案的顯示部；支座，以用於調節所述稜鏡的位置，使顯示於所述顯示部的所述圖案的清晰度在預定的範圍之內。
文檔編號G03B21/00GK1963593SQ20061013717
公開日2007年5月16日 申請日期2006年10月23日 優先權日2005年11月9日
發明者李泰潤, 閔炫軫, 趙成訓, 普特波夫·維拉帝莫, 鄭在賢, 李峻泳, 李錫原, 金重鉉 申請人:三星電子株式會社