DE10106450A1 - Coupling device for light beams and lighting device for a modulator - Google Patents

Coupling device for light beams and lighting device for a modulator

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Abstract

The invention relates to a coupling device for coupling polarised or polarisable light beams (5, 6), comprising at least one polarisation rotational unit (3) which is arranged in one of two adjacent incident light beams (5, 6) on the coupling device and which rotates the polarisation direction of the light beam (5), preferably about 90 DEG . The inventive device also comprises a body (4) consisting of a double refracting material which is dimensioned and oriented in terms of its at least one optical axis in relation to incoming light beams (5, 6), in such a way that two interspaced adjacent incoming light beams (5, 6) converge in the body (4) according to various polarisation directions and emerge on their exit side essentially at the same position and in the same direction.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung für die Kopplung von Lichtstrahlen sowie eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Modulator.The present invention relates to a coupling device for the coupling of light rays as well as a Lighting device for a modulator.

Beleuchtungsvorrichtungen der vorgenannten Art dienen beispielsweise dazu, Modulatoren zu beleuchten, die in Laserdruckern oder dergleichen eingesetzt werden. Das aus dem Modulator austretende Licht kann beispielsweise mit geeigneten Linsen oder Spiegeln auf eine Druckwalze eines Laserdruckers abgebildet werden. Problematisch bei derartigen Beleuchtungsvorrichtungen ist in der Regel die Tatsache, dass Laserdiodenbarren mit periodisch angeordneten als Lichtquellen dienenden Emittern verwendet werden, wobei die Abstände der Emitter zueinander sehr klein sind. Aus diesem Grund muss auf kleinstem Raum beispielsweise mit Arrays aus Kollimatorlinsen die Slow-Axis-Divergenz des von den einzelnen Emittern ausgehenden Lichtes kollimiert werden. Es wäre daher wünschenswert, eine Kopplungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die jeweils zwei der von nebeneinander angeordneten Lichtquellen ausgehenden Lichtstrahlen miteinander koppeln kann bzw. in einen Lichtstrahl überführen kann.Serve lighting devices of the aforementioned type for example, to illuminate modulators that are in Laser printers or the like can be used. That from the Light emitted by the modulator can be used, for example suitable lenses or mirrors on a printing roller Laser printer are mapped. Problematic with such Lighting devices is usually the fact that Laser diode bars with periodically arranged as Light emitters are used, the The distances between the emitters are very small. For this For example, arrays must be used in the smallest of spaces Collimator lenses the slow-axis divergence of the collimating individual emitters of outgoing light. It would therefore be desirable to have a coupling device to create the type mentioned, each two of the juxtaposed light sources outgoing Can couple light beams with each other or into one Can transfer light beam.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung einer Kopplungsvorrichtung der eingangs genannten Art sowie die Schaffung einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die effektiver gestaltet ist.The problem underlying the present invention is the creation of a coupling device of the beginning mentioned type as well as the creation of a Lighting device of the type mentioned, the is designed more effectively.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 bzw. 4 erzielt.4 according to the invention achieved.

Bei der Kopplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 wird die Polarisation eines jeden zweiten von nebeneinander angeordneten Lichtstrahlen gedreht, insbesondere um 90°. Daran anschließend treten die sich hinsichtlich ihrer Polarisation unterscheidenden nebeneinander und beabstandet zueinander angeordneten Lichtstrahlen in einen Körper aus einem doppelbrechenden Material ein. In diesem laufen sie aufgrund der unterschiedlichen Brechungen für ordentlichen und außerordentlichen Strahl aufeinander zu und treten am Ende des Körpers idealerweise an der gleichen Stelle in die gleiche Richtung aus, so dass aus zwei ursprünglich nebeneinander angeordneten Strahlen ein Strahl geworden ist. Die aus dem Körper des doppelbrechenden Materials austretenden Lichtstrahlen haben somit einen doppelt so großen Abstand zueinander wie die doppelt so vielen in den Körper eintretenden Strahlen. Aufgrund dieser Tatsache kann eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 mit einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung ausgestattet werden, so dass das beispielsweise verwendete Kollimatorlinsenarray einen doppelt so großen Abstand zwischen den einzelnen Kollimatorlinsen aufweisen kann. Dies stellt fertigungstechnisch einen großen Vorteil dar.In the coupling device according to claim 1 Polarization of every second from side by side arranged light beams rotated, in particular by 90 °. Then they step up with regard to their Polarization distinguishing side by side and spaced apart light rays arranged in relation to each other into a body  a birefringent material. In this they run due to the different refractions for ordinary and extraordinary beam towards each other and occur on Ideally, end of the body in the same place in the same direction, so originally from two juxtaposed rays has become a ray. The body made of birefringent material emerging light rays therefore have twice as much large distance from each other like twice as many in the Rays entering the body. Because of this fact a lighting device according to claim 4 with a coupling device according to the invention are equipped, so the collimator lens array used, for example a distance twice as large between the individual Can have collimator lenses. This poses manufacturing technology is a great advantage.

Weiterhin wird durch die erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung die Lichtintensität in den einzelnen Strahlen erhöht, so dass der Modulator auch effektiver ausgeleuchtet werden kann. Generell lassen sich somit mit einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung die Leuchtdichten bzw. Helligkeiten eines optischen Systems erhöhen.Furthermore, the invention Coupling device the light intensity in each Rays increased so that the modulator is also more effective can be illuminated. In general, you can use a coupling device according to the invention Luminance or brightness of an optical system increase.

Weiterhin besteht bei einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung die Möglichkeit, zwei oder mehr der vorgenannten Kopplungsvorrichtungen hintereinander einzusetzen, um vier oder mehr Strahlen zu einem zusammenzufassen.There is also an inventive Lighting device the possibility of two or more of the aforementioned coupling devices one behind the other to use four or more beams into one summarize.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantages result from the subclaims.  

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenOther features and advantages of the present invention become clear from the description below preferred embodiments with reference to the enclosed illustrations. Show in it

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung; Figure 1 is a schematic side view of a coupling device according to the invention.

Fig. 2 eine um 90° gedrehte Seitenansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a side view of the coupling device according to FIG. 1 rotated by 90 °;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Kopplungsvorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2; Fig. 3 is a schematic side view of a lighting device according to the invention with a coupling device according to Fig 1 and Fig. 2.

Fig. 4 eine um 90° gedrehte Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Fig. 3. Fig. 4 shows a 90 ° rotated side view of the lighting device of FIG. 3.

Aus Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung ersichtlich, wobei mit dem Bezugszeichen 1 schematisch eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Lichtquellen bezeichnet ist. Diese Lichtquellen 1 können beispielsweise nebeneinander liegend angeordnete Emitter von Laserdiodenbarren oder dergleichen sein. Wesentlich für die Kopplungsvorrichtung ist jedoch nur, dass diese Lichtquellen polarisiertes oder polarisierbares Licht aussenden. Gegebenenfalls muss das aus den Lichtquellen 1 austretende Licht direkt hinter den Lichtquellen 1 polarisiert, vorzugsweise linear polarisiert, werden.Of FIG. 1 and FIG. 2 shows an embodiment of a coupling device according to the invention is shown, wherein a plurality of adjacent light sources is denoted schematically with the reference numeral 1. These light sources 1 can be, for example, emitters of laser diode bars or the like which are arranged next to one another. It is only essential for the coupling device that these light sources emit polarized or polarizable light. If necessary, the light emerging from the light sources 1 must be polarized directly behind the light sources 1 , preferably linearly polarized.

Hinter den Lichtquellen ist eine Kollimatorlinse 2 angeordnet, die beispielsweise bei einem Laserdiodenbarren die Kollimierung der Fast-Axis-Divergenz gewährleistet.A collimator lens 2 is arranged behind the light sources and ensures the collimation of the fast-axis divergence, for example in the case of a laser diode bar.

Jeweils in jedem zweiten der von den Lichtquellen 1 ausgehenden Lichtstrahlen 5, 6 sind Polarisationsdreheinheiten 3 angeordnet, die beispielsweise als Halbwellenlängenplättchen ausgeführt sein können. Polarization rotating units 3 are arranged in every second one of the light beams 5 , 6 emanating from the light sources 1 and can be designed, for example, as half-wave plates.

Erfindungswesentlich ist, dass durch die Polarisationsdreheinheit 3 die Polarisation des durch sie hindurchtretenden Lichtstrahls um 90° gedreht wird. Gegebenenfalls kann von der Polarisationsdreheinheit 3 ein Viertelwellenplättchen umfasst sein, das eventuell zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umwandeln kann.It is essential to the invention that the polarization rotating unit 3 rotates the polarization of the light beam passing through it by 90 °. If necessary, the polarization rotating unit 3 can include a quarter-wave plate, which can possibly convert circularly or elliptically polarized light into linearly polarized light.

Weiterhin ist in dem Strahlengang des von den Lichtquellen 1 ausgehenden Lichtstrahls ein Körper 4 aus einem doppelbrechenden Material angeordnet. Aufgrund der Polarisationsdreheinheiten 3 weisen jeweils nebeneinander in den Körper 4 eintretende Lichtstrahlen 5, 6, die von benachbarten Lichtquellen 1 ausgehen, eine zueinander senkrechte Polarisation auf. Bei dem doppelbrechenden Material kann es sich beispielsweise um ein einachsig doppelbrechendes Material handeln, wobei beispielsweise die optische Achse zu der Eintrittsrichtung der Strahlen 5, 6 in der Einfallsebene einen Winkel von 45° einnimmt. Der Strahl 6 stellt für optisch einachsige Medien den bezüglich des doppelbrechenden Mediums ordentlichen Strahl dar, wohingegen der Strahl 5 den außerordentlichen Strahl darstellt. Letztlich sollte vorteilhafterweise die Ausrichtung der optischen Achse des doppelbrechenden Materials zu der Eintrittsrichtung der Strahlen 5, 6 so gewählt werden, dass der Winkel zwischen den Strahlen 5, 6 in dem Körper 4 maximal wird, so dass bei minimaler Dicke des Körpers 4 eine maximale Verschiebung des Strahls 5 gegenüber dem Strahl 6 in y- Richtung in Fig. 1 stattfinden kann.Furthermore, a body 4 made of a birefringent material is arranged in the beam path of the light beam emanating from the light sources 1 . Because of the polarization rotating units 3 , light rays 5 , 6 entering the body 4 side by side and emanating from adjacent light sources 1 have a polarization perpendicular to one another. The birefringent material can be, for example, a uniaxial birefringent material, the optical axis, for example, being at an angle of 45 ° to the direction of entry of the rays 5 , 6 in the plane of incidence. For optically uniaxial media, beam 6 represents the normal beam with respect to the birefringent medium, whereas beam 5 represents the extraordinary beam. Ultimately, the orientation of the optical axis of the birefringent material to the direction of entry of the rays 5 , 6 should advantageously be chosen such that the angle between the rays 5 , 6 in the body 4 becomes maximum, so that with a minimum thickness of the body 4, a maximum displacement of the beam 5 in relation to the beam 6 in the y direction in FIG. 1 can take place.

Erfindungsgemäß ist die Länge des Körpers 4 in Strahlrichtung derart gewählt, dass an der Strahlaustrittsfläche des Körpers 4 die beiden Strahlen 5, 6 überlappen, so dass sie gekoppelt oder miteinander verbunden in gleicher Richtung aus dem Körper 4 austreten. Dies kann durch geeignete Wahl des Materials und der Dicke des Körpers 4 erreicht werden. Außerdem kann der Winkel der optischen Achse zu den in den Körper 4 eintretenden Strahlen 5, 6 geeignet gewählt werden. According to the invention, the length of the body 4 in the beam direction is selected such that the two beams 5 , 6 overlap at the beam exit surface of the body 4 , so that they emerge from the body 4 in the same direction in a coupled or connected manner. This can be achieved by a suitable choice of the material and the thickness of the body 4 . In addition, the angle of the optical axis to the rays 5 , 6 entering the body 4 can be suitably chosen.

Neben optisch einachsigen Kristallen kommen natürlich auch optisch mehrachsige Kristalle für einen erfindungsgemäßen Körper 4 in Frage. Geeignete optische einachsige Materialien sind beispielsweise Calcit, TiO2 sowie YVO4.In addition to optically uniaxial crystals, optically multiaxial crystals are of course also suitable for a body 4 according to the invention. Suitable optical uniaxial materials are, for example, calcite, TiO 2 and YVO 4 .

Aus Fig. 3 und Fig. 4 ist der Einbau einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung in eine Beleuchtungsvorrichtung ersichtlich. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst die mit dem gleichen Bezugszeichen versehenen aus Fig. 1 und Fig. 2 bekannten Komponenten. Die aus dem Körper 4 austretenden Lichtstrahlen 5, 6 treffen auf ein Array von Kollimatorlinsen 7, das beispielsweise für den Fall, dass die Lichtquellen 1 einzelne Emitter eines Laserdiodenbarrens sind, eine Kollimation der Slow-Axis-Divergenz bewirkt. Daran anschließend ist in Strahlrichtung eine nur schematisch angedeutete Fokussierlinse 8 abgebildet, die das Licht auf einen Modulator 9 fokussiert. Der Modulator 9 kann beispielsweise als Beugungsmodulator, insbesondere als ein GLV-Modulator ausgebildet sein. Das von diesem Modulator 9 modulierte Licht kann mit geeigneten Linsen oder.Spiegeln auf die Druckwalze beispielsweise eines Laserdruckers fokussiert bzw. abgebildet werden.Of FIG. 3 and FIG. 4, the installation of a coupling device according to the invention in a lighting device can be seen. The lighting device includes with the same reference numerals provided in Fig. 1 and Fig. 2 known components. The light rays 5 , 6 emerging from the body 4 strike an array of collimator lenses 7 which, for example in the event that the light sources 1 are individual emitters of a laser diode bar, collimate the slow-axis divergence. A focusing lens 8 , which is only indicated schematically and which focuses the light onto a modulator 9 , is then shown in the beam direction. The modulator 9 can be designed, for example, as a diffraction modulator, in particular as a GLV modulator. The light modulated by this modulator 9 can be focused or imaged on the printing roller, for example of a laser printer, with suitable lenses or mirrors.

Claims (9)

1. Kopplungsvorrichtung für die Kopplung von polarisierten oder polarisierbaren Lichtstrahlen (5, 6), umfassend mindestens eine Polarisationsdreheinheit (3), die in jeweils einem von zwei nebeneinander auf die Kopplungsvorrichtung auftreffenden Lichtstrahlen (5, 6) angeordnet ist und die Polarisationsrichtung des Lichtstrahls (5), vorzugsweise um 90°, dreht, sowie einen Körper (4) aus einem doppelbrechenden Material, der derart dimensioniert und hinsichtlich seiner mindestens einen optischen Achse derart gegenüber den in ihn eintretenden Lichtstrahlen (5, 6) orientiert ist, dass zwei nebeneinander und beabstandet voneinander in ihn eintretende Lichtstrahlen (5, 6) mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in dem Körper (4) so zusammen laufen, dass sie auf seiner Austrittsseite im wesentlichen an der gleichen Position in die gleiche Richtung austreten.1. Coupling device for coupling polarized or polarizable light beams ( 5 , 6 ), comprising at least one polarization rotating unit ( 3 ), which is arranged in one of two light beams ( 5 , 6 ) incident on the coupling device next to one another and the polarization direction of the light beam ( 5 ), preferably by 90 °, and a body ( 4 ) made of a birefringent material, which is dimensioned and oriented with respect to its at least one optical axis in relation to the light rays ( 5 , 6 ) entering it such that two next to one another and at a distance from each other, light rays ( 5 , 6 ) entering it with different directions of polarization converge in the body ( 4 ) in such a way that they exit at the same position in the same direction on their exit side. 2. Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (5, 6) von nebeneinander angeordneten Lichtquellen (1) ausgehen.2. Coupling device according to claim 1, characterized in that the light beams ( 5 , 6 ) emanate from light sources ( 1 ) arranged next to one another. 3. Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (4) aus einem optisch einachsigen Material, insbesondere aus Calcit, TiO2 oder YVO4 besteht.3. Coupling device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the body ( 4 ) consists of an optically uniaxial material, in particular of calcite, TiO 2 or YVO 4 . 4. Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsdreheinheit (3) die Polarisationsrichtung eines durch sie hindurchtretenden Strahls um 90° dreht, wobei die Polarisationsdreheinheit (3) insbesondere als Halbwellenlängenplättchen ausgeführt ist.4. Coupling device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the polarization rotation unit ( 3 ) rotates the polarization direction of a beam passing through it by 90 °, the polarization rotation unit ( 3 ) being designed in particular as a half-wave plate. 5. Beleuchtungsvorrichtung für die Beleuchtung eines Modulators (9) mit Licht von nebeneinander angeordneten Lichtquellen (1) umfassend eine Kopplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4.5. Illumination device for illuminating a modulator ( 9 ) with light from light sources ( 1 ) arranged next to one another, comprising a coupling device according to one of claims 1 to 4. 6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strahlrichtung hinter dem Körper (4) ein Array (7) aus Kollimatorlinsen angeordnet ist, die insbesondere bei Verwendung eines Laserdiodenbarrens als Lichtquellen (1) die Kollimierung der Slow-Axis- Divergenz gewährleistet.6. Lighting device according to claim 5, characterized in that an array ( 7 ) of collimator lenses is arranged in the beam direction behind the body ( 4 ), which ensures the collimation of the slow-axis divergence, in particular when using a laser diode bar as light sources ( 1 ). 7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beispielsweise als Laserdiodenbarren ausgeführten Lichtquellen (1) und der Polarisationsdreheinheit (3) eine als Zylinderlinse ausgeführte Kollimatorlinse (2) angeordnet ist, die beispielsweise die Fast-Axis- Divergenz kollimieren kann.7. Lighting device according to one of claims 5 or 6, characterized in that a collimator lens ( 2 ), which is designed, for example, as the fast-axis divergence, is arranged between the light sources ( 1 ) and the polarization rotating unit ( 3 ), for example as a laser diode bar can collimate. 8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Array (7) aus Kollimatorlinsen geeignete Fokussierungsmittel (8) für die Fokussierung auf den Modulator (9) angeordnet sind.8. Lighting device according to one of claims 6 or 7, characterized in that suitable focusing means ( 8 ) for focusing on the modulator ( 9 ) are arranged behind the array ( 7 ) of collimator lenses. 9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Modulator austretende Licht mit geeigneten Linsen oder Spiegeln auf eine Druckwalze abgebildet oder fokussiert wird.9. Lighting device according to one of claims 5 to 8, characterized in that from the modulator emerging light with suitable lenses or mirrors a printing roller is imaged or focused.
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