JP3241220U - Infrared illumination device using laser light source containing gallium and nitrogen - Google Patents

Infrared illumination device using laser light source containing gallium and nitrogen Download PDF

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Abstract

【課題】ガリウムと窒素とを含有するレーザ光源を用いた赤外照明装置を提供する。【解決手段】白色発光を生じさせるために、GaN含有紫色/青色ポンプレーザと波長変換素子とを含み、赤外線発光を生じさせるために赤外線発光レーザダイオードを含むレーザベースの白色光源を備える。赤外線発光は、生じる白色発光および散乱/反射赤外線発光が実質的に空間的に重なるように、青色レーザダイオードと略同一の蛍光体のスポットに入射する。白色光と赤外線発光が青色レーザダイオードおよび赤外線レーザダイオードから出射されてもよく、白色光が青色レーザダイオードから出射されてもよく、または赤外線発光が赤外線レーザダイオードから出射されてもよい。【選択図】図4AAn infrared illumination device using a laser light source containing gallium and nitrogen is provided. A laser-based white light source includes a GaN-containing violet/blue pump laser and a wavelength converting element to produce white emission, and an infrared emitting laser diode to produce infrared emission. The infrared emission is incident on approximately the same phosphor spot as the blue laser diode such that the resulting white emission and scattered/reflected infrared emission substantially overlap in space. White light and infrared emission may be emitted from a blue laser diode and an infrared laser diode, white light may be emitted from a blue laser diode, or infrared emission may be emitted from an infrared laser diode. [Selection drawing] Fig. 4A

Description

関連出願への相互参照Cross-references to related applications

本出願は、2021年9月20日に出願された米国出願第17/479,671号に基づき優先権を主張するものであり、その内容全体が、全ての目的のために参照により組み込まれる。 This application claims priority to U.S. Application No. 17/479,671, filed September 20, 2021, the entire contents of which are incorporated by reference for all purposes.

発光ダイオード(LED)は、ソリッドステート照明技術による高効率、長寿命、低コスト、無毒性という理由から選択されることが急激に増加している。LEDは、一般的にPIN接合ダイオードをベースとした、2-リード光源であって、作動すると電磁放射を発する。LEDからの発光は自然発生的なものであり、一般的にはランバートパターン(Lambertian Pattern)である。リードに適切な電圧を印加すると、デバイス内で電子と孔が再結合し、光子の形態でエネルギを放出する。この効果を電界発光と呼び、光の色は半導体のエネルギ帯のギャップによって決定される。 Light emitting diodes (LEDs) are rapidly becoming the choice of solid state lighting technology due to their high efficiency, long life, low cost, and non-toxicity. An LED is a two-lead light source, typically based on a PIN junction diode, that emits electromagnetic radiation when activated. Light emission from LEDs is spontaneous and generally Lambertian Pattern. When a suitable voltage is applied to the leads, electrons and holes recombine within the device, releasing energy in the form of photons. This effect is called electroluminescence, and the color of the light is determined by the energy band gap of the semiconductor.

GaNベースのLEDを、蛍光体などの波長変換材料と組み合わせることによって、ソリッドステート白色光源を実現することができる。GaNベースのLEDと蛍光材料を用いて白色光を得るこの技術は、白熱光源に比べて低消費電力、長寿命、物理的堅牢性の向上、小型化、高速切替など多くの利点をもたらし、現在、私たちの身の回りを明るく照らしている。LEDは現在、航空照明、自動車両用ヘッドランプ、広告、一般照明、交通信号、カメラのフラッシュなど、様々な用途で使用されている。LEDによって、新しい文字や動画用ディスプレイ、センサの開発が可能になり、その高い切替レートは、通信技術に非常に有用である。 By combining GaN-based LEDs with wavelength converting materials such as phosphors, solid-state white light sources can be achieved. This technology, which uses GaN-based LEDs and fluorescent materials to obtain white light, offers many advantages over incandescent light sources, such as lower power consumption, longer life, improved physical robustness, smaller size, and faster switching. , brightly illuminating our surroundings. LEDs are currently used in a variety of applications such as aviation lighting, automotive headlamps, advertising, general lighting, traffic lights, and camera flashes. LEDs enable the development of new character and video displays and sensors, and their high switching rates are very useful in communication technology.

有用とはいえ、LEDには、以下に開示される考案による克服が望まれる限界が依然として残っている。 Although useful, LEDs still have limitations that the inventions disclosed below are desired to overcome.

本考案のいくつかの実施の形態は、ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードベースの白色光源と統合された赤外線(IR)照明光源で構成されたシステムまたは装置を提供する。可視光スペクトルおよび赤外光スペクトルの両方の光を出射する能力によって、前記システムまたは装置は少なくともデュアルバンド発光光源となる。本考案は、単なる例として、一般照明、商用照明とディスプレイ、自動車両用照明と通信、防衛と安全保障、捜索および救助、工業での加工、インターネット通信、農業や園芸といった用途において、スポットライト、検出、撮像、投影表示、空間的に動的な照明装置および方法、LIDAR、LiFi、可視光通信装置および方法、および、これらの組み合わせを実行するための赤外線および可視光による照明機能を備えた統合型スマートレーザ照明装置および方法を提供する。本考案による統合型光源は、自動車両のヘッドライト、一般照明光源、セキュリティ用光源、サーチライト光源、防衛用光源に搭載され、ライファイ(LiFi)通信装置として、また植物の成長を最適化する目的で園芸用に、またその他多くの用途で利用される。 Some embodiments of the present invention provide a system or apparatus comprised of an infrared (IR) illumination source integrated with a gallium and nitrogen containing laser diode-based white light source. The ability to emit light in both the visible and infrared spectrum makes the system or device at least a dual-band emitting light source. By way of example only, the present invention may be used in applications such as general lighting, commercial lighting and displays, automotive lighting and communications, defense and security, search and rescue, industrial processing, Internet communications, agriculture and horticulture, spotlights, detection , imaging, projection display, spatially dynamic lighting apparatus and methods, LIDAR, LiFi, visible light communication apparatus and methods, and combinations thereof. A smart laser lighting device and method are provided. The integrated light source according to the present invention can be installed in motor vehicle headlights, general lighting sources, security light sources, searchlight light sources, defense light sources, as a LiFi communication device, and for the purpose of optimizing plant growth. used for horticulture and many other uses.

一実施の形態によれば、移動機器は、白色光システムと赤外線(IR)システムとを備える。前記白色光システムは、リッジ型導波路の端部にファセット領域を有する前記リッジ型導波路を有する、ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードを備え、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードは、前記ファセット領域の1つを介して指向性電磁放射を出力するように構成され、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードからの前記指向性電磁放射は、第1のピーク波長により特徴づけられており、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードからの前記指向性電磁放射の経路内に配置され、前記第1のピーク波長を有する前記指向性電磁放射を少なくとも部分的に、前記第1のピーク波長より長い少なくとも第2のピーク波長に変換し、少なくとも前記第2のピーク波長を有する白色発光を生じさせるように構成された第1の波長変換器と、少なくとも前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードと前記第1の波長変換器とを支持する少なくとも1つの共通支持部材とを備える。前記赤外線システムは、赤外線発光を出力するように構成された赤外線発光レーザダイオードであって、電磁放射スペクトルの赤外線領域における第3のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力するように構成された赤外線発光レーザダイオードを備える。 According to one embodiment, a mobile device comprises a white light system and an infrared (IR) system. The white light system comprises a gallium and nitrogen containing laser diode having a ridge waveguide with facet regions at the ends of the ridge waveguide, the gallium and nitrogen containing laser diode comprising: the directional electromagnetic radiation from the gallium and nitrogen containing laser diode configured to output directional electromagnetic radiation through one of the facet regions, wherein the directional electromagnetic radiation is characterized by a first peak wavelength; positioned in the path of said directional electromagnetic radiation from said gallium and nitrogen containing laser diode and radiating said directional electromagnetic radiation having said first peak wavelength at least partially to said first peak; a first wavelength converter configured to convert to at least a second peak wavelength longer than the wavelength and produce white light emission having at least said second peak wavelength; and at least said gallium and nitrogen containing laser. At least one common support member supporting the diode and the first wavelength converter. The infrared system is an infrared emitting laser diode configured to output infrared radiation, configured to output directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared region of the electromagnetic radiation spectrum. and an infrared emitting laser diode.

一実施の形態では、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードおよび/または赤外線発光レーザダイオードは、飛翔時間センサ用、LIDARセンサ用、または他のセンサ用途で用いるために構成されている。 In one embodiment, the gallium and nitrogen containing laser diode and/or infrared emitting laser diode is configured for use in time-of-flight sensors, LIDAR sensors, or other sensor applications.

別の実施の形態では、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードおよび/または前記赤外線発光レーザダイオードは、通信またはLiFiシステムでのデータ送信用に構成されている。 In another embodiment, the gallium and nitrogen containing laser diode and/or the infrared emitting laser diode is configured for communication or data transmission in a LiFi system.

さらに別の実施の形態では、前記赤外線システムは、暗視または赤外線照明用途に構成されており、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードとは独立して動作する。 In yet another embodiment, the infrared system is configured for night vision or infrared lighting applications and operates independently of the gallium and nitrogen containing laser diode.

別の実施の形態によれば、照明システムを有する移動機器は、光源を備え、前記光源は、第1のポンプ光デバイスとして構成されたレーザダイオードであって、光導波領域および1つ以上のファセット領域を有する光学キャビティを有し、前記ファセット領域の少なくとも1つを介して、前記レーザダイオードから第1のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力するように構成されたレーザダイオードと、経路に光学的に結合され、前記第1のポンプ光デバイスからの前記指向性電磁放射を受ける第1の波長変換器であって、前記第1のピーク波長を有する前記指向性電磁放射を少なくとも部分的に、前記第1のピーク波長より長い少なくとも第2のピーク波長に変換し、少なくとも前記第2のピーク波長を有する白色発光を生じさせるように構成された第1の波長変換器と、赤外線発光を提供するように構成された赤外線発光レーザダイオードであって、電磁スペクトルの赤外線部分における第3のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力するように構成された赤外線発光レーザダイオードと、ベース部材で構成されたパッケージ部材と、少なくとも前記レーザダイオードと前記第1の波長変換器とを支持する少なくとも1つの共通支持部材と、関心ターゲットを照らすために前記可視白色発光および前記赤外線発光を方向づけるビーム整形器と、を備える。 According to another embodiment, a mobile device with an illumination system comprises a light source, said light source being a laser diode configured as a first pump light device, comprising an optical waveguide region and one or more facets a laser diode having an optical cavity having a region and configured to output directional electromagnetic radiation characterized by a first peak wavelength from said laser diode through at least one of said facet regions; and receiving the directional electromagnetic radiation from the first pump optical device, the directional electromagnetic radiation having the first peak wavelength being at least partially a first wavelength converter configured to convert said first peak wavelength to at least a second peak wavelength longer than said first peak wavelength to produce white emission having at least said second peak wavelength; an infrared emitting laser diode configured to output directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared portion of the electromagnetic spectrum; and a base member; at least one common support member supporting at least said laser diode and said first wavelength converter; and beam shaping for directing said visible white emission and said infrared emission to illuminate a target of interest. Equipped with a vessel and

一実施の形態では、前記第1のポンプ光デバイスからの前記第1のピーク波長は、390nm~430nmの紫色波長領域であり、または前記レーザダイオードが、430nm~480nmの青色波長領域の前記第1のピーク波長で発光するように構成されたガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードである。 In one embodiment, said first peak wavelength from said first pump light device is in the violet wavelength region of 390 nm to 430 nm, or said laser diode comprises said first peak wavelength in the blue wavelength region of 430 nm to 480 nm. A gallium and nitrogen containing laser diode configured to emit at a peak wavelength of .

別の実施の形態では、前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光レーザダイオードからの前記指向性電磁放射に光学的に結合され、前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光を反射および/または散乱させるように構成され、前記赤外線発光と前記可視白色発光は、同一の空間領域内で重なり合っている。 In another embodiment, said first wavelength converter is optically coupled to said directional electromagnetic radiation from said infrared emitting laser diode, said first wavelength converter reflecting and /or configured to scatter, wherein said infrared emission and said visible white emission overlap within the same spatial region.

別の実施の形態では、前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光レーザダイオードからの前記指向性電磁放射に光学的に結合され、前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光を透過および/または散乱させるように構成され、前記赤外線発光と前記可視白色発光は、同一の空間領域内で重なり合っている。 In another embodiment, said first wavelength converter is optically coupled to said directional electromagnetic radiation from said infrared emitting laser diode, said first wavelength converter transmitting and transmitting said infrared emission. /or configured to scatter, wherein said infrared emission and said visible white emission overlap within the same spatial region.

別の実施の形態では、前記第1の波長変換器は、蛍光材料からなり、前記蛍光材料は、Ceをドープしたセラミックイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)、またはCeをドープした単結晶YAG、または結合剤材料を含む粉末YAGを含み、前記蛍光材料は、光ワット当たり少なくとも50ルーメンの光変換効率を有する。 In another embodiment, said first wavelength converter comprises a fluorescent material, said fluorescent material being Ce-doped ceramic yttrium aluminum garnet (YAG) or Ce-doped single crystal YAG or a binder A powdered YAG containing material, wherein the fluorescent material has a light conversion efficiency of at least 50 lumens per light watt.

別の実施の形態では、前記赤外線発光レーザダイオードは、700nm~1100nmの波長範囲、1100nm~2500nmの波長範囲、または2500nm~15000nmの波長範囲の前記第3のピーク波長で発光するように構成される。 In another embodiment, said infrared emitting laser diode is configured to emit at said third peak wavelength in the wavelength range of 700 nm to 1100 nm, the wavelength range of 1100 nm to 2500 nm, or the wavelength range of 2500 nm to 15000 nm. .

別の実施の形態では、前記赤外線発光レーザダイオードは、GaAs、InP、InGaAs、InAs、InAlAs、AlGaAs、AlInGaP、InGaAsP、InGaAsSb、またはこれらの組み合わせからなる材料系に基づく。 In another embodiment, the infrared emitting laser diode is based on a material system consisting of GaAs, InP, InGaAs, InAs, InAlAs, AlGaAs, AlInGaP, InGaAsP, InGaAsSb, or combinations thereof.

別の実施の形態では、ビーム整形器は、遅軸コリメートレンズ、速軸コリメートレンズ、非球面レンズ、ボールレンズ、全内部反射(TIR)光学系、放物線型レンズ光学系、屈折光学系、および可視白色発光を方向付け、コリメートし、集束させて少なくとも角度分布を変更するように構成された微小電気機械システム(MEMS)ミラーから選択される1つ以上の光学素子の組み合わせを含む。 In another embodiment, the beam shaper includes slow-axis collimating lenses, fast-axis collimating lenses, aspheric lenses, ball lenses, total internal reflection (TIR) optics, parabolic lens optics, refractive optics, and visible It includes a combination of one or more optical elements selected from micro-electro-mechanical system (MEMS) mirrors configured to direct, collimate, and focus the white light emission to alter at least the angular distribution.

別の実施の形態では、前記少なくとも第2のピーク波長を有する前記可視白色発光が光ファイバ部材に結合、または前記第3のピーク波長を有する前記赤外線発光が光ファイバに結合、または前記第2のピーク波長を有する前記可視白色発光および前記第3のピーク波長を有する前記赤外線発光の両方が光ファイバ部材に結合し、前記光ファイバは、シングルモードファイバ(SMF)またはマルチモードファイバ(MMF)であり、前記光ファイバのコア直径は、約1um~10um、約10um~50um、約50um~150um、約150um~500um、約500um~1mm、約1mm~5mmまたは5mm超の範囲である。 In another embodiment, said visible white emission having said at least second peak wavelength is coupled to an optical fiber member, or said infrared emission having said third peak wavelength is coupled to an optical fiber, or said second peak wavelength is coupled to said optical fiber. Both the visible white emission having a peak wavelength and the infrared emission having a third peak wavelength are coupled into an optical fiber member, the optical fiber being single mode fiber (SMF) or multimode fiber (MMF). , the core diameter of said optical fiber ranges from about 1 um to 10 um, from about 10 um to 50 um, from about 50 um to 150 um, from about 150 um to 500 um, from about 500 um to 1 mm, from about 1 mm to 5 mm or greater than 5 mm.

さらに別の実施の形態によれば、照明システムは光源を備え、前記光源は、第1のポンプ光デバイスとして構成されたレーザダイオードであって、光導波領域および1つ以上のファセット領域を有する光学キャビティを有し、前記ファセット領域の少なくとも1つを介して、前記レーザダイオードから第1のピーク波長によって特徴付けられる第1の指向性電磁放射を出力するように構成されたレーザダイオードと、第1の経路に光学的に結合され、前記第1のポンプ光デバイスからの前記第1の指向性電磁放射を受ける第1の波長変換器であって、前記第1のピーク波長を有する前記第1の指向性電磁放射を少なくとも部分的に、前記第1のピーク波長より長い少なくとも第2のピーク波長に変換し、少なくとも前記第2のピーク波長を有する白色発光を生じさせるように構成された第1の波長変換器と、赤外線発光を提供するように構成された赤外線発光レーザダイオードであって、電磁スペクトルの赤外線部分における第3のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力する赤外線発光レーザダイオードと、ベース部材で構成されたパッケージ部材と、少なくとも前記レーザダイオードと前記第1の波長変換器とを支持する少なくとも1つの共通支持部材と、関心ターゲットを照らすために前記可視白色発光および前記赤外線発光を方向づけるビーム整形器と、を備える。 According to yet another embodiment, the illumination system comprises a light source, said light source being a laser diode configured as a first pump light device, an optical waveguide region having an optical waveguide region and one or more facet regions. a laser diode having a cavity and configured to output a first directed electromagnetic radiation characterized by a first peak wavelength from said laser diode through at least one of said facet regions; and receiving said first directional electromagnetic radiation from said first pump optical device, said first wavelength converter having said first peak wavelength a first wavelength configured to at least partially convert directional electromagnetic radiation to at least a second peak wavelength longer than said first peak wavelength to produce white light emission having at least said second peak wavelength; A wavelength converter and an infrared emitting laser diode configured to provide infrared emission, the infrared emitting laser diode outputting directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared portion of the electromagnetic spectrum. , a package member comprised of a base member; at least one common support member for supporting at least said laser diode and said first wavelength converter; and said visible white light emission and said infrared light emission for illuminating a target of interest. and a directing beam shaper.

一実施の形態では、前記照明システムは、携帯スポットライト、大型スポットライト、サーチライト、屋外照明、屋内照明、検出、撮像、投影表示、空間的に動的な照明装置、LIDAR、LiFi、可視白色光通信、一般照明、商用照明およびディスプレイ、自動車両用照明、自動車両用通信および/または検出、防衛と安全保障、捜索および救助、産業における加工、インターネット通信、または農業または園芸を含む1つ以上の用途で使用するように構成される。 In one embodiment, the lighting system includes portable spotlights, large spotlights, searchlights, outdoor lighting, indoor lighting, detection, imaging, projection displays, spatially dynamic lighting devices, LIDAR, LiFi, visible white One or more applications including optical communications, general lighting, commercial lighting and displays, automotive lighting, automotive communications and/or detection, defense and security, search and rescue, industrial processing, internet communications, or agriculture or horticulture configured for use with

単なる例示として、本考案は、白色照明、白色スポットライト、フラッシュライト、自動車両のヘッドライト、全地形対応車両用照明、バイク、サーフィン、ランニング、レース、ボートなどのレクリエーションスポーツで使用される光源、ドローン、航空機、ロボット、その他モバイルやロボットの用途で使用される光源、安全、防衛対策における用途、多色照明、フラットパネルの照明、医療用、計測用、ビーム投影および他のディスプレイ、高強度ランプ、分光法、娯楽、演劇、音楽、コンサート、不正検出用分析および/または認証、ツール、水処理、レーザ式目眩まし、照準設定、通信、LiFi、可視光通信(VLC)、センサ、検出、距離検出、光検出と測距(LIDAR)、変換、輸送、レベリング、硬化や他の化学的処理、加熱、切削および/または融除、他の光学デバイスに対するポンピング、他の光電子デバイスおよびこれに関する用途、および光源照明などの用途に応用することができる。本考案による統合型光源は、自動車両のヘッドライト、一般照明光源、セキュリティ用光源、サーチライト光源、防衛用光源に搭載され、ライファイ(LiFi)通信装置として、また植物の成長を最適化する目的で園芸用に、またその他多くの用途で利用される。ここに記載する実施の形態は、車、ドローン、無人輸送機、航空機、船舶、水中輸送機、オフロード輸送機、トラック、およびその他の多くの移動機器で使用できる。 By way of example only, the present invention may be used in white lights, white spotlights, flash lights, motor vehicle headlights, all terrain vehicle lighting, light sources used in recreational sports such as biking, surfing, running, racing, boating, etc. Light sources used in drones, aircraft, robotics and other mobile and robotic applications, safety and defense applications, polychromatic lighting, flat panel lighting, medical, instrumentation, beam projection and other displays, high intensity lamps , spectroscopy, entertainment, theater, music, concerts, analysis and/or authentication for fraud detection, tools, water treatment, laser blinding, sighting, communications, LiFi, visible light communication (VLC), sensors, detection, distance detection, light detection and ranging (LIDAR), transducing, transporting, leveling, curing and other chemical treatments, heating, cutting and/or ablating, pumping to other optical devices, other optoelectronic devices and applications therefor; And it can be applied to applications such as light source illumination. The integrated light source according to the present invention can be installed in motor vehicle headlights, general lighting sources, security light sources, searchlight light sources, defense light sources, as a LiFi communication device, and for the purpose of optimizing plant growth. used for horticulture and many other uses. Embodiments described herein can be used in cars, drones, unmanned vehicles, aircraft, ships, underwater vehicles, off-road vehicles, trucks, and many other mobile devices.

以下の図面は、ここに開示する種々の実施の形態を説明する上での単なる例示を目的とするものであり、本考案の範囲を限定するものではない。 The following drawings are merely exemplary in describing the various embodiments disclosed herein and are not intended to limit the scope of the invention.

紫外線/青色ポンプレーザ、赤色/近赤外線発光レーザダイオード、可視光発光蛍光部材、および赤外線発光蛍光部材を含む赤外線照明光源に統合された、本考案の実施の形態によるレーザベースの白色光源に関する機能ブロック図である。Functional blocks for a laser-based white light source according to embodiments of the present invention integrated into an infrared illumination light source including UV/blue pump lasers, red/near infrared emitting laser diodes, visible light emitting fluorescent members, and infrared emitting fluorescent members. It is a diagram.

密閉型表面実装パッケージにおいて反射モードで動作する赤外線照明能力を有する、本考案の実施の形態によるレーザベースの白色光源の概略側面図である。1 is a schematic side view of a laser-based white light source according to an embodiment of the invention with infrared illumination capability operating in reflective mode in a hermetically sealed surface mount package; FIG.

紫外線/青色ポンプレーザと、可視波長変換素子と、赤外線発光レーザダイオードと、照明活性化用のセンサフィードバックを行うセンサ部材とを含む赤外線照明光源に統合された、本考案の実施の形態によるレーザベースの白色光源の機能ブロック図である。A laser base according to embodiments of the present invention integrated with an infrared illumination source comprising a UV/blue pump laser, a visible wavelength conversion element, an infrared emitting laser diode, and a sensor member providing sensor feedback for illumination activation. 1 is a functional block diagram of the white light source of FIG.

青色レーザダイオードと、赤外線レーザダイオードとを含む、本考案のいくつかの実施の形態によるレーザダイオードソースを示す簡略ブロック図である。1 is a simplified block diagram illustrating a laser diode source according to some embodiments of the invention, including a blue laser diode and an infrared laser diode; FIG.

本考案は、ガリウムと窒素(以下、GaN)を含有するレーザダイオード(以下、GaN含有レーザダイオード)に基づく白色光源に統合された赤外線照明光源を備えるシステムまたは装置を提供する。本考案は、単なる例として、一般照明、商用照明とディスプレイ、自動車両用照明と通信、防衛と安全保障、捜索および救助、工業での加工、インターネット通信、農業や園芸といった用途において、スポットライト、検出、撮像、投影表示、空間的に動的な照明装置および方法、LIDAR、LiFi、可視光通信装置および方法、および、これらの組み合わせを実行するための赤外線および可視光による照明機能を備えた統合型スマートレーザ照明装置および方法を提供する。本考案による統合型光源は、自動車両のヘッドライト、一般照明光源、セキュリティ用光源、サーチライト光源、防衛用光源に搭載され、ライファイ(LiFi)通信装置として、また植物の成長を最適化する目的で園芸用に、またその他多くの用途で利用される。 The present invention provides a system or apparatus comprising an infrared illumination source integrated with a white light source based on a laser diode containing gallium and nitrogen (hereinafter GaN) (hereinafter GaN-containing laser diode). By way of example only, the present invention may be used in applications such as general lighting, commercial lighting and displays, automotive lighting and communications, defense and security, search and rescue, industrial processing, Internet communications, agriculture and horticulture, spotlights, detection , imaging, projection display, spatially dynamic lighting apparatus and methods, LIDAR, LiFi, visible light communication apparatus and methods, and combinations thereof. A smart laser lighting device and method are provided. The integrated light source according to the present invention can be installed in motor vehicle headlights, general lighting sources, security light sources, searchlight light sources, defense light sources, as a LiFi communication device, and for the purpose of optimizing plant growth. used for horticulture and many other uses.

レーザベースの白色光源と赤外線光源で構成される本考案は、可視波長帯域での発光と赤外線波長帯域での発光が可能であり、一方の帯域で選択的に、あるいは両方の帯域で同時に動作するように構成されている。 Composed of a laser-based white light source and an infrared light source, the present invention is capable of emitting light in the visible and infrared wavelength bands, selectively operating in one band or simultaneously in both bands. is configured as

本考案は、可視光発光と赤外光発光の両方が可能となるように構成されている。可視光の必要性と有用性が明確である一方、可視光以外の照明波長帯域での照明が望まれることも少なくない。一例として、赤外線照明は暗視目的で使用される。暗視または赤外線検出装置は、防衛、警備、捜索および救助、レクリエーションなど、民間企業、地方自治体や政府部門で重要な役割を担っている。暗視技術は、無光量または環境光が低い環境下でも視界を確保できるため、狩猟、ゲーム、運転、位置確認、検知、個人保護など、様々な用途で消費者市場に広く展開されている。暗視や赤外線検出は、生物学的手段、技術的手段を問わず、十分なスペクトル範囲と十分な強度範囲との組み合わせによって可能となる。このような検出は、二次元撮像、または測距などの三次元距離測定、若しくはLIDARなどの三次元撮像にも対応することができる。 The present invention is configured to allow both visible light emission and infrared light emission. While the necessity and usefulness of visible light are clear, illumination in an illumination wavelength band other than visible light is often desired. As an example, infrared illumination is used for night vision purposes. Night vision or infrared detection devices play an important role in defense, security, search and rescue, recreation, and other commercial, municipal, and government sectors. Night vision technology is widely deployed in the consumer market for a variety of applications, such as hunting, gaming, driving, positioning, sensing, and personal protection, as it provides visibility in no-light or low-ambient-light environments. Night vision and infrared detection are enabled by a combination of sufficient spectral range and sufficient intensity range, whether by biological or technological means. Such detection may correspond to two-dimensional imaging, or three-dimensional range finding, such as ranging, or even three-dimensional imaging, such as LIDAR.

様々な実施の形態において、レーザデバイスおよび蛍光装置は、コパッケージされるか、または共通の支持部材上に、中間サブマウント部材を介してまたはこれを介さずに搭載され、蛍光材料は、透過モード、反射モードまたはサイドポンプモードで動作することによって白色発光レーザベースの光源として機能する。 In various embodiments, the laser device and the fluorescent device are copackaged or mounted on a common support member, with or without an intermediate submount member, and the fluorescent material is in transmission mode. , functions as a white-emitting laser-based light source by operating in reflection or side-pump mode.

蛍光材料は、透過モード、反射モード、または透過モードと反射モードの組み合わせ、またはその他のモードで動作させることができる。蛍光材料は、変換効率、耐熱損傷性、耐光損傷性、熱消光特性、励起光を拡散する多孔性、および熱伝導性によって特徴づけられる。一実施の形態では、蛍光材料は、100ルーメン/光ワット超、200ルーメン/光ワット超、または300ルーメン/光ワット超の変換効率を有し、Ceをドープした黄色発光YAG材料からなっており、多結晶セラミック材料または単結晶材料からなっていてもよい。 The fluorescent material can be operated in transmission mode, reflection mode, or a combination of transmission and reflection modes, or other modes. Fluorescent materials are characterized by conversion efficiency, thermal damage resistance, photodamage resistance, thermal quenching properties, porosity to diffuse excitation light, and thermal conductivity. In one embodiment, the fluorescent material has a conversion efficiency greater than 100 lumens/light Watt, greater than 200 lumens/light Watt, or greater than 300 lumens/light Watt and comprises a Ce-doped yellow-emitting YAG material. , polycrystalline ceramic material or monocrystalline material.

本考案のいくつかの実施の形態では、白色光などのレーザベースの可視光と赤外光とを発光するように構成された光源を提供することにより、可視光および赤外線照明を提供可能な照明光源が形成されている。光源は、光学キャビティで構成された、GaN含有レーザダイオードの励起源を備えている。光学キャビティは、光導波領域と、1つ以上のファセット領域とを備えている。光学キャビティは、GaN含有物質に第1の駆動電流を供給する電極で構成されている。第1の駆動電流は、GaN含有物質の光導波領域を伝播する電磁放射に光利得を与えるものである。電磁放射は、少なくとも1つ以上ファセット領域を介して、紫外線、青色、緑色、赤色の波長領域における第1のピーク波長で特徴づけられる指向性電磁放射として出力される。さらに、光源は、電磁石放射経路に光学的に結合され、励起源からの指向性電磁放射を受ける蛍光部材などの波長変換器を備えている。波長変換器は、第1のピーク波長を有する指向性電磁放射の少なくとも一部を、少なくとも、第1のピーク波長より長い第2のピーク波長に変換するように構成される。一実施の形態では、少なくとも第2のピーク波長と部分的に第1のピーク波長が、本考案によるレーザベースの可視光スペクトル成分を形成する白色スペクトルを含む出力を行う。一例として、第1のピーク波長は青色の波長であり、第2のピーク波長は黄色の波長である。必要に応じて、光源は、白色スペクトルを方向づけて、ターゲットや関心領域を照らすビーム整形器を備えている。 Some embodiments of the present invention provide illumination capable of providing visible and infrared illumination by providing a light source configured to emit laser-based visible and infrared light, such as white light. A light source is formed. The light source comprises a GaN-containing laser diode excitation source configured with an optical cavity. The optical cavity comprises an optical waveguide region and one or more facet regions. The optical cavity consists of electrodes that provide a first drive current to the GaN-containing material. The first drive current provides optical gain to electromagnetic radiation propagating in the optical waveguide region of the GaN-containing material. Electromagnetic radiation is output through at least one or more facet regions as directional electromagnetic radiation characterized by first peak wavelengths in the ultraviolet, blue, green, and red wavelength regions. Additionally, the light source includes a wavelength converter, such as a fluorescent member, optically coupled to the electromagnetic radiation path for receiving the directional electromagnetic radiation from the excitation source. The wavelength converter is configured to convert at least a portion of the directed electromagnetic radiation having a first peak wavelength to at least a second peak wavelength longer than the first peak wavelength. In one embodiment, at least the second peak wavelength and partially the first peak wavelength provide an output comprising a white spectrum forming a visible light spectral component of the laser-based according to the present invention. As an example, the first peak wavelength is a blue wavelength and the second peak wavelength is a yellow wavelength. Optionally, the light source includes a beam shaper that directs the white spectrum to illuminate a target or region of interest.

本考案の一実施の形態は、第3のピーク波長を有するレーザダイオードまたは発光ダイオードを含んでおり、デュアルバンド発光光源の赤外線発光成分を形成する。赤外線レーザダイオードは、赤外線レーザダイオードに第2の駆動電流を供給する電極で構成された光学キャビティを含んでいる。第2の駆動電流は、赤外線レーザダイオード材料の光導波領域を伝播する電磁放射に光利得を与えるものである。電磁放射は、少なくとも1つ以上ファセット領域を介して、赤外線領域における第3のピーク波長で特徴づけられる指向性電磁放射として出力される。ある構成では、指向性赤外線発光は、波長変換器部材が赤外線発光の光路内にあり、励起源からの指向性電磁放射を受けるように、波長変換器部材に光学的に結合される。第3のピーク波長を有する赤外線発光は、波長変換器部材に入射すると、少なくとも部分的に波長変換器部材で反射されて、第1および第2のピーク波長を有する白色発光の光路と同じ方向にリダイレクトされる。赤外線発光は、出力された赤外光を可視光とほぼ同一のターゲットまたは関心領域を照らすように方向づける光学ビーム整形器を介して、リダイレクトされる。本実施の形態では、第1および第2の駆動電流は、それぞれ独立して作動させることができ、装置が第1の駆動電流のみを作動させて可視光源を提供したり、第2の駆動電流を作動させて赤外線光源を提供したり、可視光源および赤外線光源の両方を同時に提供可能とすることができる。用途によっては、赤外線検出用に赤外線照明光源のみを用いることが望ましいこともある。物体を検知すると、可視光源が作動させてもよい。 One embodiment of the invention includes a laser diode or light emitting diode having a third peak wavelength to form the infrared emitting component of the dual band emitting light source. The infrared laser diode includes an optical cavity made up of electrodes that provide a second drive current to the infrared laser diode. The second drive current provides optical gain to electromagnetic radiation propagating in the optical waveguide region of the infrared laser diode material. Electromagnetic radiation is output through at least one or more facet regions as directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared range. In one configuration, the directional infrared emission is optically coupled to the wavelength converter member such that the wavelength converter member is in the optical path of the infrared emission and receives the directional electromagnetic radiation from the excitation source. The infrared emission having the third peak wavelength is incident upon the wavelength converter member and is at least partially reflected from the wavelength converter member in the same direction as the optical path of the white emission having the first and second peak wavelengths. be redirected. The infrared emission is redirected through an optical beam shaper that directs the output infrared light to illuminate approximately the same target or region of interest as the visible light. In this embodiment, the first and second drive currents can be independently actuated such that the device actuates only the first drive current to provide a visible light source or the second drive current can be activated to provide an infrared light source, or can provide both a visible light source and an infrared light source at the same time. In some applications, it may be desirable to use only an infrared illumination source for infrared detection. Sensing an object may activate a visible light source.

一実施の形態は、白色発光を生じさせるために、GaN含有紫色/青色ポンプレーザと波長変換素子とを含み、赤外線発光を生じさせるために赤外線発光レーザダイオードを含むレーザベースの白色光源を提供する。中心点波長が390nm~480nmのスペクトルで発光を行う紫色/青色レーザデバイスが設けられていてもよい。紫色/青色レーザデバイスからの光は、青色光の一部または全部をより波長の長い光に変換し、白色光スペクトルを生じさせる波長変換素子に入射する。いくつかの実施の形態では、GaN含有レーザダイオードは、480nm~540nmの範囲で動作する。いくつかの実施の形態では、白色光スペクトルを整形または集束させる1つ以上のビーム整形光学素子が設けられていてもよい。さらに、赤外線照明を生じさせるための赤外線発光レーザデバイスが含まれる。レーザダイオードからの指向性赤外線電磁放射は、波長変換素子に入射し、波長変換素子で反射されるか、または波長変換素子を透過して、白色発光と同一の光路を辿る。赤外線発光は、近赤外線照明用に、ガリウムとヒ素の材料系(例えば、GaAs)に基づく700nm~1100nmの範囲のピーク波長、または目に安全な波長の赤外線照明に、インジウムとリンとを含有する材料系(例えば、InP)に基づく1100nm~2500nmの範囲のピーク波長、または中間赤外線熱画像用の量子カスケードレーザ技術に基づく2500nm~15000nmの波長範囲を含むことができる。1つ以上のビーム整形光学素子は、遅軸コリメートレンズ、速軸コリメートレンズ、非球面レンズ、ボールレンズ、全内部反射(TIR)光学系、放物線型レンズ光学系、屈折光学系、またはこれらの組み合わせから必要に応じて選択すればよい。別の実施の形態では、1つ以上ビーム整形光学素子は、波長変換素子に入射するレーザ光より前に配置されてもよい。 One embodiment provides a laser-based white light source that includes a GaN-containing violet/blue pump laser and a wavelength converting element to produce white emission, and an infrared emitting laser diode to produce infrared emission. . A violet/blue laser device may be provided that emits in the spectrum with a centerpoint wavelength of 390 nm to 480 nm. Light from a violet/blue laser device impinges on a wavelength converting element that converts some or all of the blue light to longer wavelength light, producing a white light spectrum. In some embodiments, GaN-containing laser diodes operate in the range of 480nm to 540nm. In some embodiments, one or more beam shaping optics may be provided to shape or focus the white light spectrum. Further included is an infrared emitting laser device for producing infrared illumination. Directional infrared electromagnetic radiation from the laser diode is incident on the wavelength converting element and either reflected by or transmitted through the wavelength converting element, following the same optical path as the white light emission. The infrared emission contains indium and phosphorus for peak wavelengths in the range of 700 nm to 1100 nm based on gallium and arsenic material systems (e.g., GaAs) for near-infrared illumination, or eye-safe wavelengths for infrared illumination. Peak wavelengths in the range of 1100 nm to 2500 nm based on material systems (eg, InP) or wavelength ranges of 2500 nm to 15000 nm based on quantum cascade laser technology for mid-infrared thermal imaging can be included. The one or more beam-shaping optical elements are slow-axis collimating lenses, fast-axis collimating lenses, aspheric lenses, ball lenses, total internal reflection (TIR) optics, parabolic lens optics, refractive optics, or combinations thereof. can be selected from as needed. In another embodiment, one or more beam shaping optical elements may be positioned prior to the laser light entering the wavelength converting element.

いくつかの実施の形態では、赤外線発光は、生じる白色発光および散乱/反射赤外線発光が実質的に空間的に重なるように、青色レーザダイオードと略同一の蛍光体のスポットに入射する。図4A~図4Cには、光源の一例が示されており、白色光と赤外線発光が青色レーザダイオードおよび赤外線レーザダイオードから出射されてもよく(図4A)、白色光が青色レーザダイオードから出射されてもよく(図4B)、または赤外線発光が赤外線レーザダイオードから出射されてもよい(図4C)。 In some embodiments, the infrared emission is incident on substantially the same phosphor spot as the blue laser diode such that the resulting white emission and scattered/reflected infrared emission substantially overlap spatially. An example light source is shown in FIGS. 4A-4C, where white light and infrared emission may be emitted from a blue laser diode and an infrared laser diode (FIG. 4A), with white light emitted from a blue laser diode. (FIG. 4B), or the infrared emission may be emitted from an infrared laser diode (FIG. 4C).

いくつかの実施の形態では、光源からの可視光および/または赤外線発光は、光ファイバなどの光導波路に結合される。光ファイバは、ガラス製の光ファイバまたはプラスチック製の光ファイバとすることができる。光ファイバはシングルモードファイバ(SMF)またはマルチモードファイバ(MMF)を含む任意の長さであり、コア直径が、約1um~10um、約10um~50um、約50um~150um、約150um~500um、約500um~1mm、約1mm~5mmまたは5mm超の範囲である。光ファイバは、コリメート光学系部材に位置合わせされ、コリメートされた白色光および/または赤外線発光を受光することができる。 In some embodiments, visible and/or infrared emissions from a light source are coupled into an optical waveguide, such as an optical fiber. The optical fibers can be glass optical fibers or plastic optical fibers. The optical fiber can be of any length including single mode fiber (SMF) or multimode fiber (MMF), with a core diameter of about 1 um to 10 um, about 10 um to 50 um, about 50 um to 150 um, about 150 um to 500 um, about 500 um to 1 mm, about 1 mm to 5 mm or greater than 5 mm. An optical fiber can be aligned with the collimating optics to receive collimated white light and/or infrared emissions.

直接レーザダイオード赤外線照明光源を含む本実施の形態の別の構成では、赤外線照明が、反射および/または透過される波長変換素子と相互作用する代わりに、光学ビーム整形素子に直接光学的に結合される。 In another configuration of this embodiment that includes a direct laser diode infrared illumination source, the infrared illumination is optically coupled directly to the optical beam shaping element instead of interacting with the reflected and/or transmitted wavelength conversion element. be.

本考案による赤外線レーザは、700nm~2.5ミクロンの間の波長の発光を行うように構成することができる。赤外線レーザダイオードは、赤外線照明機能、またはLiFi/VLC通信機能、またはこれら両方の組み合わせを提供するのに使用することができる。例えば、近赤外暗視照明用、測距やLIDARセンサ用、および通信用に、GaAsに基づく700nm~1100nmの範囲の発光を行うレーザダイオードが含まれてもよい。別の例では、目に安全な波長の赤外線照明用、測距用、LIDARセンサ用、および通信用に、InPに基づく1100nm~2500nmの範囲で動作するレーザダイオードが含まれてもよい。さらに別の例では、中間赤外線熱画像用、センサ用、および、通信用に量子カスケードレーザ技術に基づく2500nm~15000nmの波長範囲で動作するレーザダイオードが含まれてもよい。例えば、GaInAs/AlInAs量子カスケードレーザは、室温で3μm~8μmの波長範囲で動作する。本考案による赤外線レーザダイオードデバイスは、InGaAsP材料系を用いてInP基板上に形成してもよく、InAlGaAsPを用いてGaAs基板上に形成してもよい。赤外線発光用に量子カスケードレーザを搭載してもよい。一実施の形態では、本考案によるエピタキシ転写技術によって、1つ以上の赤外線レーザデバイスを、可視紫色/青色GaNレーザダイオードソースと同一のキャリアウエハ上に形成してもよい。 Infrared lasers according to the present invention can be configured to emit light at wavelengths between 700 nm and 2.5 microns. Infrared laser diodes can be used to provide infrared illumination capabilities, or LiFi/VLC communication capabilities, or a combination of both. For example, GaAs-based laser diodes emitting in the range of 700 nm to 1100 nm may be included for near-infrared night vision illumination, ranging and LIDAR sensors, and communications. Another example may include InP-based laser diodes operating in the range of 1100 nm to 2500 nm for eye-safe wavelength infrared illumination, ranging, LIDAR sensors, and communications. Yet another example may include laser diodes operating in the wavelength range of 2500 nm to 15000 nm based on quantum cascade laser technology for mid-infrared thermal imaging, sensors, and communications. For example, GaInAs/AlInAs quantum cascade lasers operate in the wavelength range of 3 μm to 8 μm at room temperature. Infrared laser diode devices according to the present invention may be formed on InP substrates using the InGaAsP material system, and may be formed on GaAs substrates using InAlGaAsP. A quantum cascade laser may be mounted for infrared emission. In one embodiment, one or more infrared laser devices may be formed on the same carrier wafer as the visible violet/blue GaN laser diode sources by epitaxy transfer techniques according to the present invention.

レーザベースの照明用に使用可能な波長範囲を拡張することにより、赤外線ダウンコンバート蛍光体を用いて近赤外スペクトル(0.7um~1.4um)、中赤外スペクトル(1.4um~3.0um)、さらには、3.0um以上の深赤外スペクトルまでの発光を生じさせることが可能となる。用途における要求事項に応じて、純粋な赤外線発光、または可視光および赤外線発光の組み合わせとなり得る。可能な赤外線蛍光体としては、数多く存在するが、どの赤外線蛍光体が適切かは、照射される波長や可視光を赤外光に変換する際の蛍光体固有の特性に依存する。 By extending the wavelength range available for laser-based illumination, infrared down-converting phosphors can be used to cover the near-infrared spectrum (0.7um-1.4um), the mid-infrared spectrum (1.4um-3. 0 um), and even 3.0 um or more in the deep infrared spectrum. It can be pure infrared emission or a combination of visible and infrared emission, depending on the application requirements. There are many possible infrared phosphors, but which infrared phosphor is suitable depends on the wavelength of irradiation and the intrinsic properties of the phosphor when converting visible light into infrared light.

図1は、本考案の一実施の形態による、白色発光を生じさせるためのGaN含有紫色/青色ポンプレーザと波長変換素子と、赤外線発光を生じさせるための赤外線発光波長変換器部材とを含むレーザベースの白色光源の機能ブロック図である。図1に示されるように、中心点波長が390nm~480nmの間のスペクトルで発光する材料を含むGaNで形成された青色/紫色レーザデバイスが提供される。いくつかの実施の形態では、GaN含有レーザダイオードは、480nm~540nmの範囲で動作する。いくつかの実施の形態では、レーザダイオードは、約270nm~約390nmの波長を有する紫外領域で発光するIII-窒化物材料で構成されている。紫色/青色レーザデバイスからの光は、青色光の一部または全部をより波長の長い光に変換し、白色光スペクトルを生じさせる波長変換素子に入射する。GaN含有レーザデバイスに電力を供給するレーザドライバが提供される。青色レーザデバイスからの光は、青色光の一部または全部をより波長の長い光に変換し、白色光スペクトルを生じさせる波長変換素子に入射する。いくつかの実施の形態では、白色光スペクトルを整形または集束させる1つ以上のビーム整形光学素子が設けられていてもよい。さらに、650nm~2000nm以上の範囲にピーク発光波長を有する赤外線発光波長変換器部材が含まれる。赤外線波長変換器を励起し、赤外線照明発光を生じさせる第2のレーザデバイスが含まれる。赤外線発光レーザダイオードに電力を供給するレーザドライバが含まれている。いくつかの実施の形態では、赤外線照明発光を集光し方向付けるビーム整形素子が含まれる。一実施の形態では、赤外線照明と白色光照明の発光は、可視光の照明領域と赤外光の照明領域とがほぼ重なり合わさるように、少なくとも共通ビーム整形素子を共有している。 FIG. 1 shows a laser including a GaN-containing violet/blue pump laser and a wavelength conversion element for producing white emission and an infrared emitting wavelength converter member for producing infrared emission, according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a functional block diagram of the white light source of the base; As shown in FIG. 1, there is provided a blue/violet laser device formed of GaN containing material that emits in a spectrum with a centerpoint wavelength between 390 nm and 480 nm. In some embodiments, GaN-containing laser diodes operate in the range of 480nm to 540nm. In some embodiments, the laser diode is composed of III-nitride materials that emit in the ultraviolet region with wavelengths between about 270 nm and about 390 nm. Light from a violet/blue laser device impinges on a wavelength converting element that converts some or all of the blue light to longer wavelength light, producing a white light spectrum. A laser driver is provided for powering a GaN-containing laser device. Light from a blue laser device impinges on a wavelength converting element that converts some or all of the blue light to longer wavelength light and produces a white light spectrum. In some embodiments, one or more beam shaping optics may be provided to shape or focus the white light spectrum. Further included are infrared emitting wavelength converter members having peak emission wavelengths in the range of 650 nm to 2000 nm or more. A second laser device is included that excites the infrared wavelength converter to produce an infrared illumination emission. A laser driver is included to power the infrared emitting laser diode. Some embodiments include a beam shaping element that collects and directs infrared illumination emissions. In one embodiment, the infrared illumination and white light illumination emissions share at least a common beam shaping element such that the visible and infrared illumination areas substantially overlap.

具体的な実施の形態では、ポンプレーザによって照射される領域は部分的に重なっている。具体的な実施の形態では、ポンプレーザのサブセットは、波長変換素子の第1の面において完全に重なり合う領域を照らし、1つ以上の他のポンプレーザは、波長変換素子の第1の面において重なり合わない領域または、部分的に重なり合う領域を照らすように構成されている。 In a specific embodiment, the areas irradiated by the pump lasers partially overlap. In a specific embodiment, a subset of the pump lasers illuminate a fully overlapping region on the first face of the wavelength converting element and one or more other pump lasers overlap on the first face of the wavelength converting element. It is configured to illuminate non-matching or partially overlapping areas.

一実施の形態において、光ファイバは導波素子として使用され、ファイバの一端には1つ以上のレーザダイオードからの電磁放射がインカップリングしてファイバに入射し、ファイバの他端からは電磁放射がアウトカップリングしてファイバを出て、蛍光部材に入射する。光ファイバは、シリカなどのガラス材料、ポリマ材料、またはその他からなり、長さが100μm~約100m以上となり得る。 In one embodiment, an optical fiber is used as the waveguiding element with electromagnetic radiation from one or more laser diodes in-coupled into the fiber at one end and electromagnetic radiation from the other end of the fiber. outcouples out of the fiber and into the fluorescent member. Optical fibers can be made of glass materials such as silica, polymeric materials, or others, and can range in length from 100 μm to about 100 m or more.

別の実施の形態では、レーザデバイスは共通基板に波長変換素子とともにコパッケージされている。ポンプ光が波長変換素子に波長被覆部材の表面法線に非平行となる角度で入射するように、レーザデバイスまたは波長変換素子のいずれかを共通基板から分離する成形部材を設けてもよい。レーザ光が、パッケージの開口部に面していない波長変換素子の側面に入射する透過モードの構成も可能である。また、パッケージには、その他の光学素子、機械素子、電気素子などを搭載することができる。 In another embodiment, the laser device is copackaged with the wavelength converting element on a common substrate. A molding member may be provided separating either the laser device or the wavelength converting element from the common substrate such that the pump light is incident on the wavelength converting element at an angle that is non-parallel to the surface normal of the wavelength covering member. A transmission mode configuration is also possible in which the laser light is incident on the side surface of the wavelength conversion element that does not face the opening of the package. In addition, other optical elements, mechanical elements, electrical elements, and the like can be mounted on the package.

図2は、密閉型表面実装パッケージにおいて反射モードで動作する赤外線照明能力を有する、本考案の実施の形態によるレーザベースの白色光源の概略側面図である。図に示されるように、表面実装デバイスのパッケージは、支持部材として構成されたパッケージベース部材で構成されている。蛍光板は、支持部材の上に設けられ、1つ以上のレーザダイオード部材からの発光の光路に構成されている。1つ以上のレーザダイオード部材は、蛍光板が取り付けられる取付表面に非平行で、且つ高さのある取付表面に構成されている。これにより、レーザ励起ビームの蛍光板への入射角が変化する。蛍光板は、反射モードで構成されており、励起表面の頂部でレーザダイオード部材からの発光を受けて、当該頂部表面から可視光および赤外光を出射する。レーザベースの可視光/赤外発光源の周囲を密閉するための透明窓部材が含まれている。 FIG. 2 is a schematic side view of a laser-based white light source according to an embodiment of the invention with infrared illumination capability operating in reflective mode in a hermetically sealed surface mount package. As shown, the surface mount device package consists of a package base member configured as a support member. A fluorescent plate is provided on the support member and configured in the optical path of light emitted from one or more laser diode members. One or more laser diode members are configured on an elevated mounting surface that is non-parallel to the mounting surface on which the phosphor plate is mounted. This changes the angle of incidence of the laser excitation beam on the fluorescent screen. The phosphor plate is configured in a reflective mode, receiving light emission from the laser diode member at the top of the excitation surface and emitting visible and infrared light from the top surface. A transparent window member is included for sealing around the laser-based visible/infrared emitting source.

いくつかの実施の形態では、赤外線照明光源で構成されたレーザベースの白色光源は、赤外線センサまたは赤外線撮像システムで構成される。本考案の赤外線照明光源は、赤外線電磁放射をターゲットエリアまたは対象に向けるために使用され、赤外線センサまたは撮像システムは、照明領域内での対象物または物体の存在、動き、またはその他の特性を検出するように配置されていてもよい。赤外線センサによって、ある特性が検出されると、これに対する応答がトリガされる。一例として、可視光のレーザベース白色光がトリガされて作動し、ターゲット物質を可視白色光で照らす。本考案のいくつかの実施の形態には、ターゲットから放出される赤外線電磁放射を用いて当該物体の動きを追跡する、光波ホーミング誘導(Infrared Homing)としても知られる赤外線追跡が含まれる。人、車両、航空機など高温体からは強い赤外線が放射されている。 In some embodiments, a laser-based white light source configured with an infrared illumination source is configured with an infrared sensor or infrared imaging system. The infrared illumination source of the present invention is used to direct infrared electromagnetic radiation onto a target area or object, and an infrared sensor or imaging system detects the presence, movement, or other characteristics of objects or objects within the illumination area. may be arranged to An infrared sensor triggers a response when a characteristic is detected. As an example, a visible light laser-based white light is triggered to activate and illuminate the target material with visible white light. Some embodiments of the present invention include infrared tracking, also known as Infrared Homing, which uses infrared electromagnetic radiation emitted by a target to track the movement of the object. High-temperature objects such as people, vehicles, and aircraft emit strong infrared rays.

一実施の形態では、動的レーザベース光源またはマイクロディスプレイ素子を備える光投影装置によって、動的なビームステアリング、ビームパターニング、またはビーム画素化効果が提供される。微小電気機械システム(MEMS)の走査ミラー、または『フライングミラー』、デジタル光処理(DLP)チップ、デジタルミラーデバイス(DMD)、または液晶オンシリコン(LCOS)などのマイクロディスプレイを搭載し、出射される光の空間パターンおよび/または色を動的に変化させることができる。一実施の形態では、光を画素化して、特定の画素を作動させる一方で他の画素を作動させないことによって、白色光の空間パターンまたは画像を形成する。別の例では、動的光源は、光ビームのステアリングまたはポインティングを行うように構成されている。ステアリングやポインティングは、ダイヤル、スイッチ、ジョイスティック機構で構成されるユーザ入力によって、またはセンサを含むフィードバックループによって指示することで達成することができる。 In one embodiment, a light projection device comprising a dynamic laser-based light source or microdisplay element provides dynamic beam steering, beam patterning or beam pixelation effects. Micro-electro-mechanical system (MEMS) scanning mirrors or "flying mirrors", digital light processing (DLP) chips, digital mirror devices (DMD), or microdisplays such as liquid crystal on silicon (LCOS) are mounted and emitted The spatial pattern and/or color of light can be dynamically changed. In one embodiment, the light is pixelated to form a spatial pattern or image of white light by activating certain pixels while others are not. In another example, the dynamic light source is configured to steer or point the light beam. Steering and pointing can be accomplished by user input consisting of dials, switches, joystick mechanisms, or directed by feedback loops including sensors.

可視光波長帯域と赤外線波長帯域での発光が可能なデュアルバンド光源を含む本考案の具体的な実施の形態では、光源からの1つ以上の発光帯域は、照明帯域を交互に作動させる動的な照明光源を作り出すセンサを備えたフィードバックループによって作動する。このようなセンサは、赤外線カメラまたは焦点面アレイを含む赤外線撮像ユニット、マイクロフォン、ジオフォン、ハイドロフォン、水素センサ、COセンサ、または電子鼻センサなどの化学センサ、流量センサ、水量計、ガスメーター、ガイガーカウンタ、高度計、対気速度センサ、速度センサ、光学視差式距離計、圧電センサ、ジャイロスコープ、慣性センサ、加速度計、MEMSセンサ、ホール効果センサ、金属検出器、電圧検出器、光電センサ、光検出器、フォトレジスタ、圧力センサ、歪ゲージ、サーミスタ、熱電対、高温計、温度計、モーション検出器、受動的赤外線センサ、ドプラーセンサ、バイオセンサー、キャパシタンスセンサ、ビデオセンサ、トランスデューサ、画像センサ、赤外線センサ、レーダ、ソナー(SONAR)、LIDARなどが挙げられるがこれらに限定されない。 In particular embodiments of the invention that include dual-band light sources capable of emitting in visible and infrared wavelength bands, one or more emission bands from the light source are dynamically activated by alternating illumination bands. It works by a feedback loop with a sensor that creates a bright illumination source. Such sensors include infrared imaging units including infrared cameras or focal plane arrays, chemical sensors such as microphones, geophones, hydrophones, hydrogen sensors, CO2 sensors, or electronic nose sensors, flow sensors, water meters, gas meters, Geiger Counters, altimeters, airspeed sensors, speed sensors, optical parallax rangefinders, piezoelectric sensors, gyroscopes, inertial sensors, accelerometers, MEMS sensors, hall effect sensors, metal detectors, voltage detectors, photoelectric sensors, light detection detectors, photoresistors, pressure sensors, strain gauges, thermistors, thermocouples, pyrometers, thermometers, motion detectors, passive infrared sensors, Doppler sensors, biosensors, capacitance sensors, video sensors, transducers, image sensors, infrared sensors , RADAR, SONAR, LIDAR, and the like.

一例として、動きや物体を検知する赤外線センサによるフィードバックループを含む動的な照明機能がある。動的光源は、動きが検出された物体または位置に関して、動きの空間位置を感知し、出力ビームをその位置にステアリングすることにより、当該物体または位置に可視光照明を当てるように構成されている。別の例では、加速度計などのように、センサを有するフィードバックループを含む動的光学機能が含まれる。加速度計は、レーザ光源装置がどこへ向かって移動しているかを予測し、当該装置のユーザが光源を動かして所望する位置へ向ける前に、出力ビームをその位置にステアリングする。勿論、これらは、センサを含むフィードバックループを有する動的光源の例に過ぎず、本考案の概念には、動的光源とセンサとの組み合わせを含む多くの実施態様が存在し得る。 One example is a dynamic lighting feature that includes a feedback loop with infrared sensors that detect motion and objects. A dynamic light source is configured to sense the spatial location of the motion and illuminate the object or location with visible light by steering the output beam to that location with respect to the object or location for which motion is detected. . Another example includes dynamic optical features that include feedback loops with sensors, such as accelerometers. The accelerometer predicts where the laser light source device is moving and steers the output beam to that position before the user of the device moves the light source to point it at the desired position. Of course, these are only examples of dynamic light sources with feedback loops involving sensors, and there can be many implementations of the inventive concept involving combinations of dynamic light sources and sensors.

図3は、本考案の一実施の形態による、白色発光を生じさせるためのGaN含有紫色/青色ポンプレーザと波長変換素子と、赤外線発光を生じさせるための赤外線発光レーザダイオードとを含み、フィードバックループを形成するセンサとともに構成されるレーザベースの白色光源の機能ブロック図である。本図は単なる一例であり、実用新案登録請求の範囲を不当に限定するものではない。図3に示されるように、390nm~480nmを中心点波長とするスペクトルで発光する青色/紫色レーザデバイスが提供される。青色レーザデバイスからの光は、青色光の一部または全部をより波長の長い光に変換し、白色光スペクトルを生じさせる波長変換素子に入射する。GaN含有レーザデバイスに電力を供給して可視発光波長部材を励起するレーザドライバが提供される。さらに、赤外線照明を生じさせるための赤外線発光レーザデバイスが含まれる。レーザダイオードからの指向性赤外線電磁放射は、波長変換素子に入射し、波長変換素子で反射されるか、または波長変換素子を透過して、白色発光と同一の光路を辿る。赤外線発光レーザダイオードに電力を供給し、制御された量の電流を、赤外線レーザダイオードを作動させるのに充分な高電圧で供給する第2のレーザドライバが含まれている。 FIG. 3 shows a feedback loop comprising a GaN-containing violet/blue pump laser and wavelength conversion element for producing white light emission and an infrared emitting laser diode for producing infrared light emission, according to one embodiment of the present invention. 1 is a functional block diagram of a laser-based white light source configured with a sensor forming a . This diagram is merely an example and should not unduly limit the scope of utility model claims. As shown in FIG. 3, a blue/violet laser device is provided that emits in a spectrum centered between 390 nm and 480 nm. Light from a blue laser device impinges on a wavelength converting element that converts some or all of the blue light to longer wavelength light and produces a white light spectrum. A laser driver is provided for powering a GaN-containing laser device to excite a visible emitting wavelength member. Further included is an infrared emitting laser device for producing infrared illumination. Directional infrared electromagnetic radiation from the laser diode is incident on the wavelength converting element and either reflected by or transmitted through the wavelength converting element, following the same optical path as the white light emission. A second laser driver is included that powers the infrared emitting laser diode and provides a controlled amount of current at a voltage sufficiently high to operate the infrared laser diode.

本考案による、図3の赤外線発光照明光源は、第1のレーザドライバ、および/または、第2のレーザドライバに入力を提供するように構成されたセンサを備えている。一例として、第1のレーザドライバは、赤外線照明光源を用いて動きまたは物体を検出する赤外線センサで構成されている。赤外線照明光源を用いて検出がトリガされると、第1のレーザドライバは、第1のレーザダイオードを作動させて白色光を生じさせ、物体またはターゲットを可視光で照らす。動物や人間に気づかれないように、赤外線照明によって密かに物体を検出できれば、様々な場面で役に立つ。 In accordance with the present invention, the infrared emitting illumination source of FIG. 3 includes sensors configured to provide inputs to the first laser driver and/or the second laser driver. As an example, the first laser driver consists of an infrared sensor that detects motion or objects using an infrared illumination source. When detection is triggered using the infrared illumination source, the first laser driver activates the first laser diode to produce white light and illuminate the object or target with visible light. It would be useful in many situations to be able to covertly detect objects with infrared illumination without being noticed by animals or humans.

本考案の一実施の形態では、GaN含有レーザダイオードおよび/または含まれる赤外線発光レーザダイオードを用いた空間感知システムは、レーザベースの可視光源および赤外線照明光源で構成される。一例として、空間感知能力は、飛翔時間の計算による深度検出器として構成することができる。 In one embodiment of the present invention, a spatial sensing system using GaN-containing laser diodes and/or included infrared emitting laser diodes consists of a laser-based visible light source and an infrared illumination source. As an example, the spatial sensing capability can be configured as a depth detector with time-of-flight calculations.

いくつかの実施の形態において、本考案は、自動車の外部または内部環境の照明用に自動車両で使用される白色光および/または赤外線光源を提供する。具体的な用途としては、駐車灯、ヘッドライト、フォグランプ、方向指示灯、スポットライトなどが挙げられる。 In some embodiments, the present invention provides white light and/or infrared light sources for use in motor vehicles for lighting the exterior or interior environment of the vehicle. Specific applications include parking lights, headlights, fog lights, directional lights, and spotlights.

一実施の形態では、装置はラジコンや自律型無人航空機に取り付けられる。無人航空機は、ドローン、すなわち、パイロットなどが搭乗するように構成されていない小型ヘリコプタ、クアッドコプタなどのマルチロータまたはシングルロータの垂直離着陸機、飛行機などの小型の乗り物であり得る。無人航空機は、無線操縦や自動操縦システムが組み込まれた実物大の航空機であってもよい。無人航空機は、大型飛行船、飛行船、ヘリウム気球、水素気球など、浮力によって揚力が得られる機体であってもよい。 In one embodiment, the device is attached to a radio-controlled or autonomous unmanned aerial vehicle. Unmanned aerial vehicles may be drones, i.e., small helicopters not configured to carry a pilot or the like, multi-rotor or single-rotor VTOLs such as quadcopters, and small vehicles such as airplanes. An unmanned aerial vehicle may be a full-scale aircraft with integrated radio or autopilot systems. The unmanned aerial vehicle may be a body that can obtain lift by buoyancy, such as a large airship, airship, helium balloon, and hydrogen balloon.

いくつかの実施の形態で、本装置は拡張現実の用途で使用される。このような用途の1つに、拡張現実用メガネやヘッドセットと相互作用し、ユーザの環境に関するより多くの情報を提供できる動的な光源を提供可能な光源がある。例えば、可視光通信(LiFi)を介して拡張現実用ヘッドセットとの通信を可能にするほか、光スポットの高速スキャンや、光パターンを屋内の物体に投影可能な装置もある。この動的に調整された光パターンや光スポットは非常に高速で調整されるため、人の目で各スポットを認識することはできない。拡張現実用ヘッドセットには、光パターンが物体に投影された際に、当該光パターンを画像化し、屋内の物体の形状や位置に関する情報を推測するカメラが備えられている。そして、拡張現実システムは、システムディスプレイから屋内の物体とより一体化可能にデザインされた画像を提供することにより、ユーザにより没入感のある体験を提供することができる。 In some embodiments, the device is used in augmented reality applications. One such application is a light source that can interact with augmented reality glasses or headsets to provide dynamic light sources that can provide more information about the user's environment. For example, in addition to enabling communication with augmented reality headsets via visible light communication (LiFi), there are also devices capable of rapidly scanning light spots and projecting light patterns onto indoor objects. This dynamically adjusted light pattern or light spot is adjusted so fast that the human eye cannot perceive each spot. Augmented reality headsets are equipped with cameras that image light patterns as they are projected onto objects and infer information about the shape and position of indoor objects. Augmented reality systems can then provide a more immersive experience to users by providing images designed to be more integrable with indoor objects from the system display.

一実施の形態では、動的な白色光源を用いて、自動車用の動的ヘッドライトを提供することができる。投影する光の形状、強度、色点は、車内の各種センサからの入力に応じて変更される。 In one embodiment, a dynamic white light source can be used to provide dynamic headlights for automobiles. The shape, intensity, and color point of the projected light are changed according to inputs from various sensors in the vehicle.

必要に応じて、GaN含有材料は、GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaNの1つ以上を含んでいる。 Optionally, the GaN-containing material includes one or more of GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, InAlN, InAlGaN.

ビーム整形光学素子は、必要に応じて、遅軸コリメートレンズ、速軸コリメートレンズ、非球面レンズ、ボールレンズ、全内部反射(TIR)光学系、放物線型レンズ光学系、屈折光学系、および 変更された角度分布を有する出力光ビームを方向付け、コリメートし、集束させるように構成された微小電気機械システム(MEMS)ミラーから選択される1つのまたはそれ以上の光学素子の組み合わせを含んでいる。 Beam-shaping optics include slow-axis collimating lenses, fast-axis collimating lenses, aspheric lenses, ball lenses, total internal reflection (TIR) optics, parabolic lens optics, refractive optics, and modified as needed. It includes a combination of one or more optical elements selected from micro-electro-mechanical system (MEMS) mirrors configured to direct, collimate, and focus an output light beam having a uniform angular distribution.

必要に応じて、ビームステアリング光学素子には、微小電気機械システム(MEMS)ミラー、デジタル光処理(DLP)チップ、デジタルミラーデバイス(DMD)、および液晶オンシリコン(LCOS)チップの1つが選択される。

Optionally, one of micro-electro-mechanical system (MEMS) mirrors, digital light processing (DLP) chips, digital mirror devices (DMD), and liquid crystal on silicon (LCOS) chips are selected for the beam steering optics. .

Claims (31)

白色光システムであって、
リッジ型導波路の端部にファセット領域を有する前記リッジ型導波路を有する、ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードを備え、
前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードは、前記ファセット領域の1つを介して指向性電磁放射を出力するように構成され、
前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードからの前記指向性電磁放射は、第1のピーク波長により特徴づけられており、
前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードからの前記指向性電磁放射の経路内に配置され、前記第1のピーク波長を有する前記指向性電磁放射を少なくとも部分的に、前記第1のピーク波長より長い少なくとも第2のピーク波長に変換し、少なくとも前記第2のピーク波長を有する白色発光を生じさせるように構成された第1の波長変換器と、を備える白色光システムと、
赤外線(IR)システムであって、
赤外線発光を出力するように構成された赤外線発光レーザダイオードであって、電磁放射スペクトルの赤外線領域における第3のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力するように構成された赤外線発光レーザダイオードを備える赤外線システムと、を備える、ことを特徴とする移動機器。
A white light system,
a gallium and nitrogen containing laser diode having a ridge waveguide with facet regions at the ends of the ridge waveguide;
said gallium and nitrogen containing laser diode configured to output directed electromagnetic radiation through one of said facet regions;
said directed electromagnetic radiation from said gallium and nitrogen containing laser diode is characterized by a first peak wavelength;
disposed in the path of said directed electromagnetic radiation from said gallium and nitrogen containing laser diode and said directed electromagnetic radiation having said first peak wavelength is at least partially directed at said first peak wavelength; a white light system comprising: a first wavelength converter configured to convert to a long at least second peak wavelength and produce white light emission having at least said second peak wavelength;
An infrared (IR) system,
An infrared emitting laser diode configured to output infrared radiation, the infrared emitting laser diode configured to output directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared region of the electromagnetic radiation spectrum. A mobile device comprising: an infrared system comprising:
前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードおよび/または赤外線発光レーザダイオードは、飛翔時間センサ用、LIDARセンサ用、または他のセンサ用途で用いるために構成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の移動機器。 2. The gallium and nitrogen containing laser diode and/or infrared emitting laser diode is configured for use in time-of-flight sensors, LIDAR sensors, or other sensor applications. mobile equipment as described in . 前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードおよび/または前記赤外線発光レーザダイオードは、通信またはLiFiシステムでのデータ送信用に構成されている、ことを特徴とする、請求項1に記載の移動機器。 Mobile equipment according to claim 1, characterized in that the gallium and nitrogen containing laser diode and/or the infrared emitting laser diode is configured for communication or data transmission in a LiFi system. 前記赤外線システムは、暗視または赤外線照明用途に構成されており、前記ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードとは独立して動作する、ことを特徴とする請求項1に記載の移動機器。 3. The mobile device of claim 1, wherein the infrared system is configured for night vision or infrared lighting applications and operates independently of the gallium and nitrogen containing laser diode. 前記移動機器は、車、ドローン、無人輸送機、航空機、船舶、水中輸送機、オフロード輸送機、トラックのうちの1つである、ことを特徴とする請求項1に記載の移動機器。 The mobile device of claim 1, wherein the mobile device is one of a car, a drone, an unmanned vehicle, an aircraft, a ship, an underwater vehicle, an off-road vehicle, and a truck. 照明システムを有する移動機器であって、
光源を備え、前記光源は、
第1のポンプ光デバイスとして構成されたレーザダイオードであって、光導波領域および1つ以上のファセット領域を有する光学キャビティを有し、前記ファセット領域の少なくとも1つを介して、前記レーザダイオードから第1のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力するように構成されたレーザダイオードと、
経路に光学的に結合され、前記第1のポンプ光デバイスからの前記指向性電磁放射を受ける第1の波長変換器であって、前記第1のピーク波長を有する前記指向性電磁放射を少なくとも部分的に、前記第1のピーク波長より長い少なくとも第2のピーク波長に変換し、少なくとも前記第2のピーク波長を有する可視白色発光を生じさせるように構成された第1の波長変換器と、
赤外線発光を提供するように構成された赤外線発光レーザダイオードであって、電磁スペクトルの赤外線部分における第3のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力するように構成された赤外線発光レーザダイオードと、を備えることを特徴とする移動機器。
A mobile device having a lighting system,
a light source, said light source comprising:
A laser diode configured as a first pump light device, having an optical cavity having an optical waveguiding region and one or more facet regions, wherein at least one of the facet regions provides a first pumping light from the laser diode through at least one of the facet regions. a laser diode configured to output directed electromagnetic radiation characterized by a peak wavelength of 1;
a first wavelength converter optically coupled to the path for receiving the directional electromagnetic radiation from the first pump light device, the directional electromagnetic radiation having the first peak wavelength being at least partially Specifically, a first wavelength converter configured to convert said first peak wavelength to at least a second peak wavelength longer than said first peak wavelength to produce visible white light emission having at least said second peak wavelength;
an infrared emitting laser diode configured to provide infrared emission, the infrared emitting laser diode configured to output directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared portion of the electromagnetic spectrum; A mobile device comprising:
前記第1のポンプ光デバイスからの前記第1のピーク波長は、390nm~430nmの紫色波長領域であり、または前記レーザダイオードが、430nm~480nmの青色波長領域の前記第1のピーク波長で発光するように構成されたガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードである、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 The first peak wavelength from the first pump light device is in the violet wavelength region of 390 nm to 430 nm, or the laser diode emits at the first peak wavelength in the blue wavelength region of 430 nm to 480 nm. 7. The mobile device of claim 6, wherein the mobile device is a gallium and nitrogen containing laser diode configured to: 前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光レーザダイオードからの前記指向性電磁放射に光学的に結合され、前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光を反射および/または散乱させるように構成され、前記赤外線発光と前記可視白色発光は、同一の空間領域内で重なり合っている、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 The first wavelength converter is optically coupled to the directional electromagnetic radiation from the infrared emitting laser diode, the first wavelength converter configured to reflect and/or scatter the infrared emission. 7. The mobile device of claim 6, wherein the infrared emission and the visible white emission overlap within the same spatial region. 前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光レーザダイオードからの前記赤外線発光を透過および/または散乱させるように構成され、前記赤外線発光と前記可視白色発光は、同一の空間領域内で重なり合っている、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 The first wavelength converter is configured to transmit and/or scatter the infrared emission from the infrared emitting laser diode, the infrared emission and the visible white emission overlapping within the same spatial region. 7. The mobile device of claim 6, wherein . 前記第1の波長変換器は、蛍光材料からなり、前記蛍光材料は、Ceをドープしたセラミックイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)、またはCeをドープした単結晶YAG、または結合剤材料を含む粉末YAGを含み、前記蛍光材料は、光ワット当たり少なくとも50ルーメンの光変換効率を有する、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 The first wavelength converter is made of a fluorescent material, the fluorescent material including Ce-doped ceramic yttrium aluminum garnet (YAG), or Ce-doped single crystal YAG, or powdered YAG with a binder material. 7. The mobile device of claim 6, wherein the fluorescent material has a light conversion efficiency of at least 50 lumens per light watt. 前記赤外線発光レーザダイオードは、700nm~1100nmの波長範囲、1100nm~2500nmの波長範囲、または2500nm~15000nmの波長範囲の前記第3のピーク波長で発光するように構成される、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 The infrared emitting laser diode is configured to emit light at the third peak wavelength in the wavelength range of 700 nm to 1100 nm, the wavelength range of 1100 nm to 2500 nm, or the wavelength range of 2500 nm to 15000 nm. Item 7. The mobile device according to Item 6. 前記赤外線発光レーザダイオードは、GaAs、InP、InGaAs、InAs、InAlAs、AlGaAs、AlInGaP、InGaAsP、InGaAsSb、またはこれらの組み合わせからなる材料系に基づく、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 7. The mobile device of claim 6, wherein the infrared emitting laser diode is based on a material system of GaAs, InP, InGaAs, InAs, InAlAs, AlGaAs, AlInGaP, InGaAsP, InGaAsSb, or combinations thereof. 遅軸コリメートレンズ、速軸コリメートレンズ、非球面レンズ、ボールレンズ、全内部反射(TIR)光学系、放物線型レンズ光学系、屈折光学系、および可視白色発光を方向付け、コリメートし、集束させて少なくとも角度分布を変更するように構成された微小電気機械システム(MEMS)ミラーから選択される1つ以上の光学素子の組み合わせを含むビーム整形器をさらに備える、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 slow-axis collimating lenses, fast-axis collimating lenses, aspheric lenses, ball lenses, total internal reflection (TIR) optics, parabolic lens optics, refractive optics, and to direct, collimate, and focus visible white emission. 7. The method of claim 6, further comprising a beam shaper including a combination of one or more optical elements selected from micro-electro-mechanical system (MEMS) mirrors configured to modify at least the angular distribution. mobile equipment. 前記少なくとも第2のピーク波長を有する前記可視白色発光が、光ファイバ部材に結合、または前記第3のピーク波長を有する前記赤外線発光が光ファイバに結合、または前記第2のピーク波長を有する前記可視白色発光および前記第3のピーク波長を有する前記赤外線発光の両方が光ファイバ部材に結合し、前記光ファイバは、シングルモードファイバ(SMF)またはマルチモードファイバ(MMF)であり、前記光ファイバのコア直径は、約1um~10um、約10um~50um、約50um~150um、約150um~500um、約500um~1mm、約1mm~5mmまたは5mm超の範囲である、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 the visible white emission having the at least second peak wavelength is coupled into an optical fiber member, or the infrared emission having the third peak wavelength is coupled into an optical fiber, or the visible emission having the second peak wavelength Both the white light emission and the infrared light emission having the third peak wavelength are coupled into an optical fiber member, the optical fiber being a single mode fiber (SMF) or a multimode fiber (MMF), the core of the optical fiber 7. The method of claim 6, wherein the diameter ranges from about 1 um to 10 um, about 10 um to 50 um, about 50 um to 150 um, about 150 um to 500 um, about 500 um to 1 mm, about 1 mm to 5 mm or greater than 5 mm. mobile equipment. 外部照明システムまたは内部照明システムの少なくとも1つが、請求項6に記載の移動機器を備えることを特徴とする自動車。 Motor vehicle, characterized in that at least one of the external lighting system or the internal lighting system is equipped with mobile equipment according to claim 6. 前記赤外線発光レーザダイオードは、暗視または赤外線照明用途に構成されており、前記レーザダイオードとは独立して動作する、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 7. The mobile device of claim 6, wherein the infrared emitting laser diode is configured for night vision or infrared illumination applications and operates independently of the laser diode. 前記レーザダイオードおよび/または赤外線発光レーザダイオードは、飛翔時間センサ用、LIDARセンサ用、または他のセンサ用途で用いるために構成されている、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 7. The mobile device of claim 6, wherein the laser diode and/or infrared emitting laser diode is configured for use in time-of-flight sensors, LIDAR sensors, or other sensor applications. 前記レーザダイオードおよび/または前記赤外線発光レーザダイオードは、通信またはLiFiシステムでのデータ送信用に構成されている、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 7. Mobile equipment according to claim 6, characterized in that the laser diode and/or the infrared emitting laser diode is configured for communication or data transmission in a LiFi system. 前記移動機器は、車、ドローン、無人輸送機、航空機、船舶、水中輸送機、オフロード輸送機、トラックのうちの1つである、ことを特徴とする請求項6に記載の移動機器。 7. The mobile device of claim 6, wherein the mobile device is one of a car, a drone, an unmanned vehicle, an aircraft, a ship, an underwater vehicle, an off-road vehicle, and a truck. 光源を備え、前記光源は、
第1のポンプ光デバイスとして構成されたレーザダイオードであって、光導波領域および1つ以上のファセット領域を有する光学キャビティを有し、前記ファセット領域の少なくとも1つを介して、前記レーザダイオードから第1のピーク波長によって特徴付けられる第1の指向性電磁放射を出力するように構成された、レーザダイオードと、
第1の経路に光学的に結合され、前記第1のポンプ光デバイスからの前記第1の指向性電磁放射を受ける第1の波長変換器であって、前記第1のピーク波長を有する前記第1の指向性電磁放射を少なくとも部分的に、前記第1のピーク波長より長い少なくとも第2のピーク波長に変換し、少なくとも前記第2のピーク波長を有する可視白色発光を生じさせるように構成された第1の波長変換器と、
赤外線発光を提供するように構成された赤外線発光レーザダイオードであって、電磁スペクトルの赤外線部分における第3のピーク波長によって特徴付けられる指向性電磁放射を出力する赤外線発光レーザダイオードと、
ベース部材で構成されたパッケージ部材と、
少なくとも前記レーザダイオードと前記第1の波長変換器とを支持する少なくとも1つの共通支持部材と、
関心ターゲットを照らすために前記可視白色発光および前記赤外線発光を方向づけるビーム整形器と、を備える、ことを特徴とする照明システム。
a light source, said light source comprising:
A laser diode configured as a first pump light device, having an optical cavity having an optical waveguiding region and one or more facet regions, wherein at least one of the facet regions provides a first pumping light from the laser diode through at least one of the facet regions. a laser diode configured to output a first directed electromagnetic radiation characterized by one peak wavelength;
a first wavelength converter optically coupled to the first path for receiving the first directional electromagnetic radiation from the first pump optical device, the first wavelength converter having the first peak wavelength; configured to at least partially convert one directed electromagnetic radiation to at least a second peak wavelength longer than said first peak wavelength to produce visible white light emission having at least said second peak wavelength a first wavelength converter;
an infrared emitting laser diode configured to provide infrared emission, the infrared emitting laser diode outputting directional electromagnetic radiation characterized by a third peak wavelength in the infrared portion of the electromagnetic spectrum;
a package member composed of a base member;
at least one common support member supporting at least the laser diode and the first wavelength converter;
and a beam shaper that directs the visible white emission and the infrared emission to illuminate a target of interest.
前記レーザダイオードからの前記第1のピーク波長は、390nm~430nmの紫色波長領域であり、または前記レーザダイオードが、ガリウムと窒素とを含有するレーザダイオードであり、前記第1のピーク波長が、430nm~480nmの緑色波長領域である、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 The first peak wavelength from the laser diode is a violet wavelength region of 390 nm to 430 nm, or the laser diode is a laser diode containing gallium and nitrogen, and the first peak wavelength is 430 nm. 21. Illumination system according to claim 20, characterized in that it is in the green wavelength region of ~480 nm. 前記第1の波長変換器は、前記赤外線発光レーザダイオードからの前記赤外線発光を反射および/または散乱させるように構成され、前記赤外線発光と前記可視白色発光は、同一の空間領域内で重なり合っている、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 The first wavelength converter is configured to reflect and/or scatter the infrared emission from the infrared emitting laser diode, the infrared emission and the visible white emission overlapping within the same spatial region. 21. A lighting system according to claim 20, characterized in that . 前記少なくとも第2のピーク波長を有する前記可視白色発光が、光ファイバ部材に結合、または少なくとも前記第3のピーク波長を有する前記赤外線発光が前記光ファイバ部材に結合する、または前記第2のピーク波長を有する前記可視白色発光および少なくとも前記第3のピーク波長を有する前記赤外線発光の両方が、前記光ファイバ部材に結合し、前記光ファイバは、シングルモードファイバ(SMF)またはマルチモードファイバ(MMF)であり、前記光ファイバのコア直径は、約1um~10um、約10um~50um、約50um~150um、約150um~500um、約500um~1mm、約1mm~5mmまたは5mm超の範囲の少なくとも1つである、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 said visible white emission having said at least said second peak wavelength is coupled into a fiber optic member, or said infrared emission having at least said third peak wavelength is coupled into said fiber optic member, or said second peak wavelength and said infrared emission having at least said third peak wavelength are both coupled into said optical fiber member, said optical fiber being single mode fiber (SMF) or multimode fiber (MMF) wherein the core diameter of the optical fiber is at least one of the ranges of about 1 um to 10 um, about 10 um to 50 um, about 50 um to 150 um, about 150 um to 500 um, about 500 um to 1 mm, about 1 mm to 5 mm, or greater than 5 mm. 21. A lighting system according to claim 20, characterized in that . 携帯スポットライト、大型スポットライト、サーチライト、屋外照明、屋内照明、検出、撮像、投影表示、空間的に動的な照明装置、LIDAR、LiFi、可視白色光通信、一般照明、商用照明およびディスプレイ、自動車両用照明、自動車両用通信および/または検出、防衛と安全保障、捜索および救助、産業における加工、インターネット通信、または農業または園芸を含む1つ以上の用途で使用するように構成される、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 Portable Spotlights, Large Spotlights, Searchlights, Outdoor Lighting, Indoor Lighting, Detection, Imaging, Projection Display, Spatially Dynamic Lighting Devices, LIDAR, LiFi, Visible White Light Communications, General Lighting, Commercial Lighting and Displays, configured for use in one or more applications including automotive lighting, automotive communication and/or detection, defense and security, search and rescue, industrial processing, internet communications, or agriculture or horticulture 21. A lighting system according to claim 20. 前記赤外線発光レーザダイオードは、暗視または赤外線照明用途に構成されており、前記レーザダイオードとは独立して動作する、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 21. The lighting system of Claim 20, wherein the infrared emitting laser diode is configured for night vision or infrared lighting applications and operates independently of the laser diode. 前記レーザダイオードおよび/または赤外線発光レーザダイオードは、飛翔時間センサ用、LIDARセンサ用、または他のセンサ用途で用いるために構成されている、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 21. The lighting system of claim 20, wherein the laser diode and/or infrared emitting laser diode is configured for use in time-of-flight sensors, LIDAR sensors or other sensor applications. 前記レーザダイオードおよび/または前記赤外線発光レーザダイオードは、通信またはLiFiシステムでのデータ送信用に構成されている、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 21. The lighting system of claim 20, wherein said laser diode and/or said infrared emitting laser diode is configured for communication or data transmission in a LiFi system. 請求項20に記載の照明システムを用いる移動機器であって、前記移動機器は、車、ドローン、無人輸送機、航空機、船舶、水中輸送機、オフロード輸送機、トラックのうちの1つである、ことを特徴とする移動機器。 21. A mobile device using the lighting system of claim 20, said mobile device being one of a car, a drone, an unmanned vehicle, an aircraft, a watercraft, an underwater vehicle, an off-road vehicle, a truck. , a mobile device. 前記第1の波長変換器は、蛍光材料からなり、前記蛍光材料は、Ceをドープしたセラミックイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)、またはCeをドープした単結晶YAG、または結合剤材料を含む粉末YAGを含み、前記蛍光材料は、光ワット当たり少なくとも50ルーメンの光変換効率を有する、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 The first wavelength converter is made of a fluorescent material, the fluorescent material including Ce-doped ceramic yttrium aluminum garnet (YAG), or Ce-doped single crystal YAG, or powdered YAG with a binder material. 21. The lighting system of claim 20, wherein said fluorescent material has a light conversion efficiency of at least 50 lumens per light watt. 前記赤外線発光レーザダイオードは、700nm~1100nmの波長範囲、1100nm~2500nmの波長範囲、または2500nm~15000nmの波長範囲の前記第3のピーク波長で発光するように構成される、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。 The infrared emitting laser diode is configured to emit light at the third peak wavelength in the wavelength range of 700 nm to 1100 nm, the wavelength range of 1100 nm to 2500 nm, or the wavelength range of 2500 nm to 15000 nm. Item 21. The lighting system according to Item 20. 前記赤外線発光レーザダイオードは、GaAs、InP、InGaAs、InAs、InAlAs、AlGaAs、AlInGaP、InGaAsP、InGaAsSb、またはこれらの組み合わせからなる材料系に基づく、ことを特徴とする請求項20に記載の照明システム。

21. The illumination system of claim 20, wherein the infrared emitting laser diode is based on a material system consisting of GaAs, InP, InGaAs, InAs, InAlAs, AlGaAs, AlInGaP, InGaAsP, InGaAsSb, or combinations thereof.

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