CN101595737B

CN101595737B - 光电子装置

Info

Publication number: CN101595737B
Application number: CN2007800504393A
Authority: CN
Inventors: 亨尼·格瑞恩
Original assignee: PATRA Patent Treuhand Munich
Current assignee: Osram GmbH; PATRA Patent Treuhand Munich
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: TW200839414A; WO2008089712A1; DE112007003437B4; TWI385460B; US20100103497A1; KR20100014835A; CN101595737A; DE112007003437A5; US8279514B2; KR101414918B1; JP2010517275A

Abstract

一种光电子装置，用于将相干的第一电磁辐射的第一束(110)投影至表面(91)上，该光电子装置特别是具有第一辐射源(11)，其适于在工作中发出相干的第一电磁辐射的第一束(110)。此外，该光电子装置包括在第一电磁辐射的光路中的第一相位修改元件(21)，其使第一束(110)的部分区域(1102)中的第一电磁辐射的相位改变，以及包括在第一电磁辐射的光路中的辐射转向元件(4)，其使第一束(110)的辐射方向(P1，P2)改变。

Description

光电子装置

本发明涉及一种光电子装置。

在考虑通过相干的光所照明的表面或相干的光所投影到的表面时，在反射光的远场中可感知到所谓斑点图案形式的表现出不规则亮度的照明图案。斑点图案在此在照明表面的成像中例如会形成在眼睛的视网膜上，或由于该表面的表面结构上所反射的光的干涉效应而形成在解析位置的检测系统上。典型的表面结构通常由表面的粗糙度来给出。在眼睛位置或检测器位置或表面的照明区域连续地改变时，该连续变化的斑点图案大都以不期望的方式被感知为闪光。

本发明的特定的实施形式的至少一个任务是提供一种具有相干的辐射源的光电子装置，其可使斑点图案的印象减轻。

该任务通过一种根据本发明实施例的物件来完成。该物件的其他有利的实施形式和改进方案在从属权利要求中进行描述并且此外由以下的描述和附图中得知。

根据至少一个实施形式的光电子装置在此特别是包括：

-第一辐射源，其适于在工作中发出相干的第一电磁辐射的第一束，

-第一相位修改元件，其位于第一电磁辐射的光路中用于改变第一束的部分区域中的第一电磁辐射的相位，以及

-辐射转向元件，其位于第一电磁辐射的光路中以使第一束的辐射方向改变。

在此，特别是第一束的部分区域中的相位改变意味着第一束的第一部分区域中的相位相对于第二部分区域中的相位的改变。因此，特别是也可称为两个部分区域的相位的相位差改变。

相干的第一电磁辐射的第一束在此特别是可以为第一电磁辐射的辐射束或第一电磁辐射的光束。一束电磁辐射特别是可表示如下的电磁辐射：该电磁辐射优选可沿着任意的或特定的传播方向、光路或辐射方向而传播，并且在此特别优选的是可以横向于光路地在空间上受到限制。

此外，该光电子装置可以适于将第一束转向到表面上。此表面在此譬如可以是投影屏幕。

第一相位修改元件的作用可以是使第一电磁辐射的相位至少部分地、即在第一部分区域中或在多个部分区域中发生变化，使得可以产生“粗的”相位波前(Phasenfront)。这特别是意味着：第一电磁辐射在第一相位修改元件之后虽然还是相干的辐射，但不再具有平滑的相位波前。

由于可以被光电子装置照明的表面或者第一束被投影到其上的表面通常具有粗糙度，所以通常在借助具有平滑的相位波前的相干电磁辐射对该表面照明时，在观察者处产生斑点图案的印象。该斑点图案是一种干涉图像，其由相干电磁辐射在粗糙表面的各部分区域上的反射而造成。当一束具有平滑的相位波前的这种相干电磁辐射在表面上移动时，于是也产生斑点图案的印象，因为只要该表面的特定的部分区域位于该束中(即由该束覆盖)，则该电磁辐射的相位在该部分区域中保持相同。

借助根据本发明的光电子装置所产生的第一电磁辐射的粗的相位波前，可有利地使这种斑点图案的印象减轻或消失。这可以下述方式来实现：在第一光束在表面上进行最少量的移动时，在观察者处所产生的干涉图像持续地改变，因为在固定的部分区域中入射至该表面上的电磁辐射的相位由于“粗的”相位波前而持续地改变。通过折叠，即粗的相位波前与该表面的粗糙度的叠加，可持续地产生变化的干涉图像或斑点图案。通过在观察者处所产生的干涉图像的持续改变，由于眼睛的惰性而形成干涉图像或斑点图案的时间上平均的效应。眼睛的时间上的平均因此可有利地使斑点图案的印象减轻或甚至消失。

在一个优选的实施形式中，第一相位修改元件适于使第一束的一部分的相位相对于第一束的另一部分的相位而发生变化。为此，可以有利的是，第一相位修改元件具有第一区域和第二区域，它们分别设计用于和/或适于用来分别以不同的程度来修改第一电磁辐射的相位。第一相位修改元件特别适于在第一束的多个部分区域中分别使第一电磁辐射的相位改变。为此，第一相位修改元件可具有多个相位修改区域。通过这种方式，第一电磁辐射在辐射方向上在第一相位修改元件之后在与第一束的辐射方向成横向的方向中，特别是例如在与辐射方向成垂直的方向中，可在第一束的光束横截面的不同区域中具有不同的相位。在此可以有利的是，分别构建第一和第二区域，使第一电磁辐射的相位在整个第一区域中恒定地修改，且第一电磁辐射的相位在整个第二区域中恒定地修改但不同于第一区域中的修改，由此可在第一束的光束横截面上产生阶梯式的相位轮廓。第一电磁辐射由此可在与第一束的光束方向成横向的方向中具有相位跳跃或相位等级。在此可以是特别有利的是，可产生随机分布的阶梯式相位轮廓，因为这种相位轮廓可引起表面上的斑点图案的快速改变，这样可如上所述地通过观察者眼睛的平均效应而有利地抑制斑点图案的感知。

替选地或者附加地，可实施第一相位修改元件，使得分别构建第一区域和第二区域，使得第一电磁辐射的相位与第一辐射方向成横向(特别是垂直)地连续修改。通过这种方式，可产生连续的相位轮廓。特别是例如可产生周期性的、特别优选为正弦形式的相位轮廓。一种可产生连续的相位轮廓的相位修改元件在此可以是有利的，因为由此可以将衍射损耗最小化。

在另一实施形式中，相位修改元件圆盘形或板形地以横向于(特别是垂直于)第一光束的辐射方向的两个主延伸方向来实施，并且例如可以是多边形，特别是矩形或正方形，此外也可以是圆形、椭圆形或上述各种形状的组合。两个主延伸方向在此例如可互相垂直。在圆形或椭圆形的相位修改元件中，其中一个主延伸方向可以沿着半径而另一个主延伸方向沿着一个旋转角度来设定。第一相位修改元件的不同的相位修改区域的布置在此可沿着一个主延伸方向来实施，使得多个不同的相位修改区域可形成带状的图案。在圆形或椭圆形的相位修改元件的情况下，多个不同的相位修改区域也可形成扇形的、圆环或椭圆环形式的图案。替选地或者附加地，不同的相位修改区域的布置也可在第二主延伸方向中实施，使得例如可以以矩阵形式来布置多个相位修改区域。相位修改区域的尺寸(即例如带的宽度)在此优选可以大于第一电磁辐射的波长。相位轮廓在此可有利地具有与相位修改区域的布置相同的图案，即例如带状图案或矩阵形式的图案。

可以特别有利的是，相位轮廓的振幅(即由第一相位修改元件所造成的相位的变化)在第一和第二区域之间改变至少1.5π，即至少270°。在此，第一和第二区域不必互相邻接。特别是阶梯形式的相位轮廓可具有随机的相位分布。在此，第一相位修改元件可具有多个部分区域，其数目大于或等于5并且小于或等于15。此外，连续的周期性相位轮廓(例如，正弦形相位轮廓)可在照明区域中具有多个周期，周期的数目为大于或等于1并且小于或等于5。

如果第一束例如设计用于在表面上移动，则可以有利的是，相位修改元件设置在第一束中，使第一束的相位轮廓在第一束入射至此表面上时在此表面上平行于第一束的移动方向而改变。在相位修改区域布置成带状时，第一束在表面上的由此得到的相位轮廓具有带状区，这些带状区优选垂直于第一束的移动方向。例如，该束也可在两个移动方向上在表面上移动，其中该束在一个移动方向中比在另一移动方向中更快地移动。在此可以有利的是，前面所述的内容适用于该快速的移动方向。

在此，可有利地构建相位修改元件，使得第一电磁辐射的振幅和/或强度不改变或几乎不改变，使得该相位修改元件不会造成功率损耗或只会造成较小的功率损耗。特别地，在此第一相位修改元件可覆盖全部的第一束且在此优选为透明的。

第一相位修改元件在此可具有至少两个对第一电磁辐射而言光学路径长度并不相同的区域，其中不同的路径长度可由不同的厚度和/或不同的折射率造成。这特别是可以意味着：第一束在第一相位改变元件的至少两个区域中必须横越两个不同的光学路径长度，使第一束的经由第一区域而辐射的部分的第一电磁辐射的相位相对于第一束的经由第二区域而辐射的部分的相位发生变化。不同的厚度例如可通过相位修改元件的至少一个辐射入射面或辐射出射面的结构化来实现。不同的折射率例如可通过除了支承体材料之外添加或使用不同的材料来实现。例如，第一相位修改元件可具有透明的玻璃或透明的塑料，或由这些材料构成。在此，可以在部分区域中通过离子交换或离子植入来使折射率改变。此外，相位修改元件的材料的密度在不同的部分区域中可不相同。

此外，第一相位修改元件可以实施为全息像板(holographische Bildplatte)。在此，相位修改区域、即例如第一区域和第二区域可具有全息的结构，这些结构适于将第一电磁辐射的相位分别修改为彼此不同。

相位修改元件特别是可以透射性地或者反射性地实施，这意味着：在第一电磁辐射穿过该相位修改元件时或在表面上反射时，相位修改元件可修改该第一电磁辐射的相位。

在另一实施形式中，通过第一相位修改元件对第一电磁辐射的相位的改变可随着时间而变化。这例如可借助下述方式来实现：第一相位修改元件可横向于第一束的辐射方向(即不平行于第一电磁辐射的光路)而移动。例如，在此可以是一种周期性的移动，特别优选的是在与第一电磁辐射的光路垂直的方向中移动。此外，在此可以涉及直线的移动或旋转。替选地或者附加地，在第一相位修改元件的至少一个区域中或多个区域中第一电磁辐射的相位修改可随着时间而变化。该移动在此例如可借助为此设计的和/或合适的马达或压电元件来引起。如果第一相位修改元件相对于第一束移动，则可产生斑点图案的持续改变，这样例如除了使斑点图案发生变化之外，譬如由于第一光束在粗的表面上的移动而进一步增强上面所描述的、变化的斑点图案通过观察者的眼睛的平均效应。

在一个实施形式中，由第一辐射源所发出的电磁辐射特别是具有在紫外至红外波长范围中的频谱的电磁辐射。此外，该频谱优选可以具有可见光的波长范围。该频谱特别是可包括至少一个成份，其波长介于大约400nm到大约800nm之间。特别优选的是，第一电磁辐射具有蓝、绿或红色波长，并且特别优选地包括单色的电磁辐射。

在一个实施形式中，相干的第一电磁辐射具有大的相干长度。这特别是可以意味着：第一电磁辐射具有数量级是由米至百米或更大的相干长度。

特别优选的是，第一电磁辐射是可良好准直的，使得相干的第一电磁辐射的第一束在准直之后具有小的发散性，于是第一束的光束横截面在远离第一辐射源的距离处只稍微扩大或甚至未扩大。第一电磁辐射的该距离在此可在数米的数量级中。

此外有利的是，第一辐射源适于发出强度高的第一电磁辐射。高的强度在此可通过第一电磁辐射的高的功率和小的射束横截面来给出。例如，该射束横截面可具有一微米至数微米范围中的直径或边长，优选为大约5微米。

在一个优选的实施形式中，第一辐射源包括激光器。在此，该激光器例如可具有激光二极管，该激光二极管在具有紧凑的构造尺寸的情况下可产生高射束质量的相干的第一电磁辐射。

该激光二极管在此可包括具有有源区的半导体层序列，其适于在工作时发出相干的第一电磁辐射的第一束。半导体层序列在此可以实施为外延层序列或具有外延层序列的发出辐射的半导体芯片(即实施为外延生长的半导体层序列)。在此，半导体层序列例如可以基于InGaAlN来实施。基于InGaAlN的半导体芯片和半导体层序列特别是指：以外延方式制造的半导体层序列通常具有由不同的单个的层构成的层序列，该层序列包含至少一个单个的层，该单个的层具有来自III-V化合物半导体材料系In_xAl_yGa_1-x-yN的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。具有至少一个基于InGaAlN的有源层的半导体层序列例如可优选发出如下电磁辐射：该电磁辐射带有在紫外至绿色波长范围中的一个或更多个频谱成份。

替选地或者附加地，半导体层序列或半导体芯片也可以基于InGaAlP，也就是说，半导体层序列可具有不同的单个的层，其中至少一个单个的层具有来自III-V化合物半导体材料系In_xAl_yGa_1-x-yP的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。具有至少一个基于InGaAlP的有源层的半导体芯片或者半导体层序列例如可以优选发射如下电磁辐射：其在绿色至红色波长范围中具有一个或更多个频谱成份。

替选地或者附加地，半导体层序列或半导体芯片也可具有其他的III-V-化合物半导体材料系，例如基于AlGaAs的材料，或具有II-VI-化合物半导体材料系。特别地，具有基于AlGaAs的材料的有源层可以适于发出如下电磁辐射：该电磁辐射在红色至红外波长范围中具有一个或更多个频谱成份。

在另一实施形式中，第一辐射源具有辐射出射面，工作时所产生的相干的第一电磁辐射可以经由此辐射出射面发出。特别是在包括半导体层序列或半导体芯片的激光二极管的情况下，半导体层序列或半导体芯片可具有该辐射出射面。例如，半导体层序列或半导体芯片可以是边发射式激光二极管。这特别是可以意味着：该辐射出射面由半导体层序列或半导体芯片的侧面形成。此外，该辐射出射面例如也可包括多个侧面。替选地，半导体层序列或半导体芯片也可以是垂直发射式激光二极管(VCSEL)，使该辐射出射面可由半导体层序列或半导体芯片的主表面形成。此外，第一辐射源可包括多个半导体层序列或半导体芯片，或包括具有多个有源区的一个半导体层序列或一个半导体芯片。通过这种方式，例如可能在第一有源区中产生电磁辐射，其在第二有源区中例如可通过光学泵浦而产生第一电磁辐射。此外，第一辐射源也可具有用来混合频率或特别是用来使频率加倍的元件。

在一个优选的实施形式中，第一辐射源并不具有准直光学系统。这特别是可以意味着：由第一辐射源所发出的第一电磁辐射是一种发散的光束，即并未被准直。由第一辐射源所发出的第一束特别是可以具有大于或等于5度并且小于或等于20度的发散角。特别地，第一束在由第一辐射源发出时可具有数平方微米的射束横截面。例如，第一射束横截面可具有基本上是矩形的形状，其边长在1微米至数微米的范围中，例如3至5微米。

在一个特别优选的实施形式中，第一相位修改元件在第一电磁辐射的光路中紧接着设置在第一辐射源之后。这特别是可以意味着：第一辐射源和第一相位修改元件之间未设置聚焦光学系统或准直光学系统。这可以意味着：第一束作为发散光束(即未准直的光束)入射至第一相位修改元件上。

在另一优选的实施形式中，所述装置此外包括第一光学元件，其中该第一光学元件在第一电磁辐射的光路中设置在第一相位修改元件之后。特别地，第一光学元件可以适于使第一束准直和/或聚焦，并且由此例如包括准直光学系统或聚焦光学系统。在此，第一束在穿过第一光学元件之后例如可具有更小的发散角或不具有发散角和/或具有更小的射束横截面。“更小的发散角”以及“更小的射束横截面”在此特别是意味着：在第一束的辐射方向中，在第一光学元件之后的该第一束的发散角或射束横截面小于第一光学元件之前的发散角或射束横截面。第一光学元件在此可设置于离第一辐射源为大于或等于0.5毫米且小于或等于5毫米、优选小于或等于2毫米的距离处。第一光学元件例如可以具有一个或更多的透镜或具有透镜系统，其适于使第一辐射源所发出的发散光束准直和/或聚焦。第一光学元件在此例如可具有变形地(anamorphotisch)成型的透镜以作为准直光学系统或准直光学系统的一部分。

如上所述，相位修改元件可以适于产生第一电磁辐射的“粗的”相位波前，其中第一束可以是发散的。通过在第一束的光路中在第一相位修改元件之后设置第一光学元件，例如可通过在共轭平面中、即在无穷或者在一个表面上将第一束准直而产生具有“粗的”相位波前的平面波。

通过在第一幅射源和第一光学元件之间设置第一相位修改元件，可以有利地实现一种紧凑且构造简单的装置，因为对在第一电磁辐射的光路中设置在该光学元件之后的相位修改元件而言，该光电子装置不需具有额外的位置。

在另一实施形式中，第一相位修改元件与第一辐射源隔开一个距离，该距离小于或等于第一光学元件至第一辐射源的距离的一半。特别优选地，相位修改元件至第一辐射源的距离可以大于或等于第一光学元件至第一辐射源的距离的10％且小于或等于该距离的20％。通过这种方式，可有利地使用紧凑的第一相位修改元件，该相位修改元件仍然足够大，以使可能的衍射效应可忽略或可被接受。

在另一优选的实施形式中，辐射转向元件适于使第一束转向到表面上。这意味着：为此可设置该辐射转向元件以使第一束转向到表面上。“转向到表面上”在此例如意味着：第一束在不同的时间点入射至表面的不同的部分区域上。于是，辐射转向元件可以设计成能够在一时间中或一时间间隔中实现和引起第一射束的射束方向连续地或者逐步地变化。在此，辐射转向元件可包括至少一个可转向的镜面。这种也称为”扫描镜面”的镜面且例如可在一维或二维中转向。例如，此镜面可围绕两个互相垂直的轴线而分别旋转一定的角度。此外，该镜面可沿着一个或多个空间方向、例如沿着两个不平行的空间方向而连续地或逐步地和/或周期地偏移。

此外，辐射转向元件可以适于和/或设计成让第一束周期性地扫过固定的立体角区域。特别地，该固定的立体角区域可以是具有正方形或矩形横截面的立体角区域。这特别是可以意味着：第一束可转向到该表面的四边形的区域、特别优选是正方形区域或矩形区域上。替选地或者附加地，该固定的立体角区域也可以具有圆形、椭圆形或其他形状的横截面，该立体角区域特别是可以为上述形状的组合。该立体角区域在此优选可以以行的形式在相邻的行中被扫过。

借助上述的扫描镜面，则第一束可转向至一表面，譬如墙壁、荧光屏、银幕等等，并且由此使第一电磁辐射投影至该表面上。该表面的在不同的时刻被第一射束照明的部分区域特别是可解释成文字数字或图形的显示的像素，于是在通过行形式和列形式地扫描该表面的限定的面来对该表面进行连续的照明时，在同时使第一电磁辐射的强度改变的情况下可使信息显示在该表面上。该光电子装置因此可以是一种投影装置，其使用所谓的“飞点(flying spot)”方法来对信息进行投影。

在一个特别优选的实施形式中，该光电子装置形成投影仪、特别是激光器投影仪的至少一部分。此外，该光电子装置可以是这种投影仪。

在另一实施形式中，光电子装置此外包括第二辐射源，其适于在工作时发出相干的第二电磁辐射的第二束。

此外，该装置可包括第二相位修改元件，其设置在第二电磁辐射的光路中，且适于或设计用于在第二束的部分区域中使第二电磁辐射的相位改变。替选地，该装置可并不包括第二相位修改元件。这可以意味着，只有第一相位修改元件紧接着设置在第一辐射源之后。

此外，该装置可包括一种光学组合器以使第一束和第二束相叠加成组合的第一和第二射束。光学组合器在此譬如可以实施为二色性的镜面或二色性的棱镜，其适于使第一束反射而使第二束透过，或使第一束透过而使第二束反射。

第二辐射源特别是可具有在上面参照第一辐射源所描述的特征。同样，第二相位修改元件也可以具有如上面结合第一相位修改元件所描述的特征。

特别优选地，该组合的第一和第二束入射至辐射转向元件，使得只有一个包括第一和第二电磁辐射的束射到该表面上，但此束在其色觉中可以通过第一和第二电磁辐射分别的强度的变化来改变。

特别优选的是，第一电磁辐射和第二电磁辐射可互相不同。

在另一优选的实施形式中，该装置此外包括第三辐射源，其适于或设计用于在工作中发出相干的第三电磁辐射的第三束。

此外，该装置可在第三电磁辐射的光路中具有第三相位修改元件，以使第三束的部分区域中的第三电磁辐射的相位改变。替选地，该装置可以并不具有第三相位修改元件。这可以意味着第一辐射源之后只设置第一相位修改元件。替选地，这可以意味着第一辐射源之后只设置第一相位修改元件而第二辐射源之后设置第二相位修改元件。

此外，该装置可包括光学组合器，譬如二色性的镜面或二色性的棱镜，以使第一和/或第二束与第三束相叠加。

第三辐射源或第三相位修改元件可具有上面结合第一辐射源或第一相位修改元件所描述的特征。特别地，辐射转向元件可以在第一和/或第二和/或第三辐射的光路中设置在光学组合器之后。

特别优选的是，第一和第二和第三电磁辐射可互相不同。在此，第二相位修改元件和/或第二辐射源之后可设置第二光学元件，该第二光学元件包括如上面结合第一光学元件所描述的特征。此外，第三相位修改元件和/或第三辐射源之后可设置第三光学元件，其包括如上面结合第一光学元件所描述的特征。

第一、第二和第三电磁辐射可特别优选地包括红、绿和蓝色的波长，使转向至该表面上的、由第一、第二和第三束所叠加的束可造成混色的色觉。通过第一、第二和第三电磁辐射的强度上的相对变化，由此可造成变化的发光印象。该光电子装置由此例如可以实施为RGB投影机。

本发明的其他优点和有利的实施形式以及改进方案由以下结合图1至3所描述的实施形式中得出。

其中：

图1示出了根据一个实施例的具有第一辐射源的光电子装置的示意图，

图2和图3示出了根据另外的实施例的具有第一辐射源的光电子装置的示意图，

图4示出了根据另一实施例的具有第一、第二和第三辐射源的光电子装置的示意图，

图5A至5D示出了根据另外的实施例的相位修改元件的示意图，

图6A和6B示出了能够通过相位修改元件所产生的相位轮廓的图，以及

图7和图8示出了关于斑点图案对比度与带状的相位轮廓的相位修改区域的数目以及相位轮廓的最大振幅的关系的图。

在实施例和附图中，相同或作用相同的组成部分分别设有相同的参考标号。所示的元件和其相互之间的大小比例基本上不能视为合乎比例，更为确切地说，各元件例如层、部件、组件及其表面和区域为了能更好地显示和/或为了能更好地被理解而在厚度或在尺寸上可以被夸大地示出。

图1示出了具有第一辐射源11的光电子装置1的一个实施例。第一辐射源11适于在工作中发出相干的第一电磁辐射的第一束110。相干的第一电磁辐射在此具有平滑的相位波前111，其中第一电磁辐射的光路沿着以P1来表示的方向而延伸。所示的实施例中的辐射源11优选是激光器，其可发出一种具有大的相干长度的第一束第一电磁辐射。

在第一电磁辐射的第一光束110的光路中，该辐射源11之后设置有第一相位修改元件21，其在第一光束110的光束横截面中具有第一和第二相位修改区域211、212，这些相位修改区域对第一电磁辐射而言分别具有不同的光学路径长度。在所示的实施例中，特别是第一相位修改元件21的第一区域211所具有的光学路径长度小于第二区域212的光学路径长度。通过这种方式，第一束110在横穿第一相位修改元件21之后具有一种相位波前112，其具有两个部分区域1101和1102，其中在部分区域1102中的相位相对于在部分区域1101中的相位而偏移，并且特别是第一部分区域1101中的相位紧追着第二部分区域1102中的相位。通过第一相位修改元件21，由此可实现一种具有阶梯式轮廓的粗的相位波前112。替选地或者附加地，第一相位修改元件21可以具有全息结构，其可替选地或者附加地在部分区域1101和1102的相位之间造成相位差。

装置1特别是在第一辐射源11和第一相位修改元件21之间不具有其他元件，特别是不具有其他的光学元件，使得在光路中第一相位修改元件21紧接着设置在第一辐射源11之后。

在沿着第一电磁辐射的方向P1的光路中，在第一相位修改元件21之后设置有辐射转向元件4，其使沿着方向P1的射束方向改变成沿着方向P2的射束方向。该辐射转向元件4特别适于使方向P2改变。

图2示出了光电子装置2的另一实施例，其具有实施为激光二极管的第一辐射源11。激光二极管在此可以具有本说明书的发明内容部分中所述的至少一个实施形式的特征。激光二极管特别是具有半导体芯片，并且实施为边发射式或者垂直发射式半导体芯片。激光二极管在工作中发出具有平滑的相位波前111的、相干的第一电磁辐射的第一束110，其具有沿着方向P1的光路。在此，辐射源11并不包括准直光学系统或聚焦光学系统，而是发出发散的、相干的第一电磁辐射的第一束110，其具有譬如是矩形的射束横截面，此射束横截面开始时具有大约3微米和5微米的边长且具有弯曲的平滑的相位波前。第一束110在此典型地具有大约5度至大约20度的发散角1100。这些值在此应当纯粹理解为示例性的，并且与所使用的第一辐射源1的类型有关。

发散的第一束110横穿具有多个相位修改区域的相位修改元件21，使得第一束在透过第一相位修改元件21之后具有相干的第一电磁辐射，其带有弯曲的粗的相位波前112。

在第一束110的光路中，大约与该辐射源11间隔1mm至2mm而在第一相位修改元件21之后设置有第一光学元件31，该第一光学元件设计成变形透镜用于准直以及射束成形。通过这种方式，第一束110在横穿第一光学元件31之后具有基本上圆形的射束横截面和平坦的、粗的相位波前113。第一束110特别是通过第一光学元件21来准直且具有小的发散性。

通过实施为可移动的、例如可旋转的扫描镜面的该辐射转向元件4，辐射方向可改变成以P2来表示的方向。在此，扫描镜面4可以围绕垂直于图面的轴线而旋转，如通过双箭头41所表明的那样。此外，扫描镜面4也可围绕与其垂直的轴线来移动(例如旋转)，但出于清楚的原因并未示出。通过这种方式，该方向P2可在由该扫描镜面4的角度所设定的立体角范围中连续地改变。

借助该扫描镜面4，第一束110可转向至例如优选平坦的装置9(譬如墙壁、荧光屏、银幕等等)的表面91上，由此它们在部分区域90中由光电子装置2来照明，或第一束110在这些部分区域90中可投影至表面上。这些部分区域90特别是可解释成文字数字或图形的显示器的像素，使得在通过表面91的限定的面积的行和列形式的扫描以使该表面91连续地受到照射时(如通过双箭头41所示)，在同时使第一电磁辐射的强度改变的情况下可以将信息显示在表面91上。因此，依据所示的实施例，光电子装置2是投影装置。

譬如由方向P3向该表面观看的观察者可以感知这样显示的信息。在任何时刻，此观察者可感知方向P3的反方向中由表面91所反射的第一电磁辐射的干涉图像，其是由表面91的粗糙度和第一束110的粗的相位波前113所给出的。该观察者可感知的干涉图像或斑点图案由第一束110在该表面91的拓扑粗糙度结构上的散射和衍射所造成。由于在第一束110在该表面91上譬如沿着方向941移动时，粗的相位波前113的位置持续地相对于该拓扑粗糙度结构而改变，所以在观察者处该干涉图像并且由此该斑点图案印象也发生变化。由于观察者的眼睛的惰性，则该观察者仅仅感知到时间上平均的斑点图案，这意味着由于该干涉图像的统计性质，该斑点图案印象被明显地减弱或甚至已不能被查觉。

为了强化该效应，相位修改元件21例如可附加地在与沿着方向P1的射束方向不平行的方向中移动，使得粗的相位波前113在时间上可变地修改。

在图3中在示意性透视图中示出了光电子装置3的另一实施例。在此，光电子装置3具有像先前的光电子装置2的实施例中所述的特征，因此以下只对另外的特征来说明。第一束具有高斯射束轮廓且通过光学元件31(在所示的实施例中是准直透镜)来准直。光学元件31在此与第一辐射源11相隔距离1103。

借助可在两个互相正交的方向41和42中移动的镜面4，则第一束110可转向至表面91且在该表面91上在两个方向941和942中以行和列的形式移动。在此，沿着方向941的移动较沿着方向942的移动更快，由此可使光束110在相邻的行中扫描该表面91。特别地，该移动可以在方向942中逐步进行。

此外，光电子装置3包括相位修改元件21，其与辐射源21相隔距离1102，该距离1102小于距离1103的20％。相位修改元件21具有多个修改相位的、带状设置的区域，其中显示出纯粹作为举例用的第一区域211和第二区域212。相位修改元件21在此适于产生第一电磁辐射的带状和阶梯形式的相位轮廓，并且在第一光束110中定向，使得具有相同相位的带9211、9212垂直于快速的移动方向941。通过这种方式，可以有利地有利于结合图2所描述的、在时间上平均的斑点图案的效应。为了强化此效应，该相位修改元件21可附加地在与带状的区域211、212相垂直的方向中来回移动。

图4示出了光电子装置4的一个实施例，该装置能够根据先前的实施例而将全彩的信息投影到表面91上。为此，光电子装置3具有第一辐射源11、第二辐射源12和第三辐射源13，它们例如分别发出(第一)红色，(第二)绿色和(第三)蓝色的单色的相干的电磁辐射。相应的波长与相应的辐射源的关联在此纯粹是示例性的。就像先前的实施例一样，辐射源11、12、13之后分别设置第一、第二和第三相位修改元件21、22、23以及第一、第二和第三光学元件31、32、33。

由第一辐射源11所发出的第一束110和由第二辐射源12所发出的第二束120经由光学组合器而叠加成一束152，其具有第一和第二电磁辐射，并且由此包括第一束110和第二束120。光学组合器51在此实施为二色性的镜面，其可透过第一电磁辐射且使第二电磁辐射反射。束152此外借助另一光学组合器52与由第三辐射源13所发出的第三束130叠加成束153，该束因此包含第一、第二和第三电磁辐射。光学组合器52在此同样是二色性的镜面，其可透过第一和第二电磁辐射而使第三电磁辐射反射。替选地，光学组合器51和52可以实现为单件式的部件。

包括第一、第二和第三束110、120、130的束153如先前的实施例一样借助辐射转向元件4(譬如扫描镜面)而转向至表面91上。通过扫描镜面位置和第一、第二和第三电磁辐射的相对强度的周期性改变，由此可使在表面上实现全色的信息投影。

在图5A和5B中示出了矩形的相位修改元件21的实施例，其示出多个相位修改区域的带状的或矩阵形式的设置。在此，为了清楚的缘故，只标明了第一区域211和第二区域212。在图5C和5D中所示的实施例的相位修改元件21具有圆形的形式。在图5C中在此示出了相位修改区域的扇形的布置，而在图5D中则示出了一种对应的矩阵形式的布置。替代能够产生阶梯式相位轮廓的离散的相位修改区域，各区域也可连续地互相过渡，使得能够产生连续的相位轮廓。矩形和圆形在图5A至5D中只是纯粹示例性地示出。

图6A示例性地示出了图形601，其中示出了随机分布的阶梯状的相位轮廓。x轴在此表示射束横截面上的阶梯分布，而y轴表示相移，即通过相位修改元件21的多个(20个)相位修改区域所造成的相对的相位修改。最大的相移幅度(“幅度”)、即最大的相移差在此大于270°。理论上的观察和计算显示出：利用可以产生根据图6A的相位轮廓的相位修改元件21，几乎可使斑点对比度下降5倍。

图6B在图形602中示出了一种连续的正弦形式的相位轮廓，其具有大约1.8个周期且振幅大约是2π。理论上的观察和计算显示出，通过这种方式几乎可使斑点对比度下降3倍，这例如可借助电磁辐射的光束中的相对应的相位修改元件21的移动而进一步提高。

图7在图形701中示出了借助相位修改元件21引起的斑点对比度下降与最大相移幅度的关系。在此，最大相移幅度绘制在x轴上(以rad为单位)而由此所得到的斑点对比度下降(SCR)绘制在y轴上。其中表明，最大相移幅度至少为1.5π时是有利的。

图8在图形801中针对大于1.5π的最大相移幅度示出了在y轴上的斑点对比度下降相对于x轴上所示的相位修改元件的相位修改区域的数目的关系，其中该相位修改元件可产生譬如像图6A所示的随机分布的阶梯状的相位轮廓。

根据上述的实施形式和实施例，可实现一种具有紧凑的、节省位置且成本低廉的构造以及在极大地减少斑点图案印象或者使之完全不能被感知的方面的良好显示特性的投影装置。本发明在此并不由于借助实施例的描述而受限于此。更确切地说，本发明包含任意新的特征和各特征的任意组合，特别是包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身没有明确地在权利要求或者实施例中明确地说明。

Claims

1.一种用于将相干的第一电磁辐射的第一束(110)投影到表面(91)上的光电子装置，包括：

第一辐射源(11)，其适于在工作中发出相干的第一电磁辐射的第一束(110)，

第一相位修改元件(21)，其位于第一电磁辐射的光路中，用于改变第一束(110)的部分区域(1102)中的第一电磁辐射的相位，以及

辐射转向元件(4)，其位于第一电磁辐射的光路中以使第一束(110)的辐射方向(P1，P2)改变，

其中第一相位修改元件(21)至少具有第一区域(211)和第二区域(212)，它们设计为分别不同程度地修改第一电磁辐射的相位，并且

其中第一和第二区域(211，212)分别构建为使得第一电磁辐射的相位与第一射束方向成横向地连续修改。

2.根据权利要求1所述的光电子装置，其中第一辐射源(11)包括激光器。

3.根据权利要求2所述的光电子装置，其中激光器具有激光二极管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中由第一辐射源(11)发射的第一束(110)是发散的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中由第一辐射源(11)发射的第一束(110)具有大于或等于5度并且小于或等于20度的发散角(1100)。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中第一相位修改元件(21)在第一电磁辐射的光路中紧接着设置在第一辐射源(110)之后。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中该装置还包括第一光学元件(31)，并且第一光学元件(31)在第一电磁辐射的光路中设置在第一相位修改元件(21)之后。

8.根据权利要求7所述的光电子装置，其中第一光学元件(31)适于将第一束(110)准直和/或聚焦。

9.根据权利要求7所述的光电子装置，其中第一光学元件(31)具有距第一辐射源(110)大于或等于0.5mm且小于或等于5mm的距离(1103)。

10.根据权利要求7所述的光电子装置，其中第一相位修改元件(21)与第一辐射源(110)隔开一个距离(1102)，该距离小于第一光学元件(31)至第一辐射源(110)的距离(1103)的一半。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中第一和第二区域(211，212)分别构建为使得第一电磁辐射的相位在整个第一区域(211)中恒定地修改，且第一电磁辐射的相位在整个第二区域(212)中恒定地修改。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中第一和第二区域(211，212)至少部分地具有对于第一电磁辐射彼此不同的光学路径长度。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中第一和第二区域(211，212)具有至少部分地彼此不同的全息结构。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中通过第一相位修改元件(21)对第一电磁辐射的相位的改变能够随时间变化。

15.根据权利要求14所述的光电子装置，其中第一相位修改元件(21)能够横向于第一电磁辐射的光路而移动。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中辐射转向元件(4)适于使第一束(110)转向到表面(91)。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中辐射转向元件(4)包括至少一个能够转向的镜面。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子装置，其中辐射转向元件(4)适于让第一束(110)周期性地扫过固定的立体角范围。

19.一种根据权利要求1至3中的任一项所述的光电子装置，用于附加地将相干的第二电磁辐射的第二束(120)投影到表面(91)上，其中该装置此外包括：

第二辐射源(12)，其适于在工作时发出相干的第二电磁辐射的第二束(120)，以及

光学组合器(51)，用于将第一束(110)与第二束(120)叠加。

20.根据权利要求19所述的光电子装置，其中第二相位修改元件(22)设置在第二电磁辐射的光路中，用于改变第二束(120)的部分区域中的第二电磁辐射的相位。

21.根据权利要求19所述的光电子装置，用于附加地将相干的第三电磁辐射的第三束投影到表面(91)上，该装置具有：

第三辐射源(13)，其适于在工作时发出相干的第三电磁辐射的第三束(130)，以及

光学组合器(52)，用于将第一束(110)和/或第二束(120)与第三束(130)叠加。

22.根据权利要求21所述的光电子装置，其中第三相位修改元件(23)设置在第三电磁辐射的光路中，用于改变第三束(130)的部分区域中的第三电磁辐射的相位。