DE102013217095A1

DE102013217095A1 - Multilaserprojektionsvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102013217095A1
Application number: DE102013217095.5A
Authority: DE
Inventors: Lutz Rauscher; Frank Fischer; Gael Pilard
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US20150062678A1; CN104423129A; US9229223B2; CN104423129B

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Multilaserprojektionsvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die Multilaserprojektionsvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von ersten Baugruppen (12, 12b, 12c), welche jeweils einen festen Verbund aus einer jeweiligen Laserdiode (LD1, LD2, LD3) und einer zugehörigen ersten Kollimatorlinse (1, 2, 3) bilden, eine zweite Baugruppe (7a; 7a‘; 7a‘‘; 7a‘‘‘), welche einen festen Verbund aus einem Strahlvereiniger (7) und einer jeweiligen zweiten, an einer Eintrittsoberfläche (E) des Strahlvereinigers (7) befestigten und zu einer jeweiligen Laserdiode (LD1, LD2, LD3) zugehörigen Kollimatorlinse (4, 5, 6) bildet, und eine Ablenkeinheit (8). Die Mehrzahl von ersten Baugruppen (12, 12b, 12c), die zweite Baugruppe (7a) und die Ablenkeinheit (8) sind in einem gemeinen Gehäuse (90) zueinander justiert montiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Multilaserprojektionsvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Stand der Technik
Multilaserprojektionsvorrichtungen, welche beispielsweise drei Laserdioden mit unterschiedlicher Wellenlänge (Rot, Grün, Blau) aufweisen, sind beispielsweise aus der DE 10 2007 042 720 A1 bekannt.
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik.
In 5 bezeichnet Bezugszeichen 9 eine Multilaserprojektionsvorrichtung die drei Laserdioden LD1, LD2, LD3 zum Erzeugen von Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge (rot, grün, blau) aufweist.
Die Laserdioden LD1, LD2, LD3 sind üblicherweise in TO-Gehäusen verbaut, können aber prinzipiell auch als blanke Chips verarbeitet werden. Die Richtung der von den Laserdioden LD1, LD2, LD3 gebildeten Lichtpfade sind gestrichelt eingezeichnet.
Das divergente aus den Laserdioden LD1, LD2, LD3 austretende Licht wird mittels einer jeweiligen diskreten ersten Kollimatorlinse 1, 2, 3 entlang einer ersten Kollimationsachse kollimiert und anschließend mittels einer jeweiligen zweiten diskreten Kollimatorlinse 4, 5, 6 in einer zur ersten Kollimationsachse senkrecht liegenden zweiten Kollimationsachse kollimiert.
Das derart kollimierte Licht der Laserdioden LD1, LD2, LD3 tritt dann durch eine Eintrittsoberfläche E in einen Strahlvereiniger 7, wo es exakt überlagert wird. Schließlich tritt das überlagerte Licht durch eine Austrittsoberfläche A vom Strahlvereiniger 7 aus in eine Ablenkeinheit (Scanner) 8 ein, welche den derart gebildeten Laserstrahl über eine (nicht dargestellte) Projektionsfläche bewegt.
Die Komponenten der Multilaserprojektionsvorrichtung 9 werden in einem gemeinsamen Gehäuse 90 montiert.
Zum Zusammenbau der in 5 dargestellten Multilaserprojektionsvorrichtung 9 werden zunächst die Komponenten LD1, LD2, LD3, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 einzeln zu einander justiert und fixiert. Dies erfolgt üblicherweise unter aktivem Betrieb der jeweiligen Laserdiode LD1, LD2, LD3, um das Kollimationsergebnis der Kollimatorlinsen 1, 2, 3, 4, 5, 6 direkt beobachten zu können. Die fertig justierte und fixierte Baugruppe 10 wird dann gegenüber der vormontierten Ablenkeinheit 8 justiert und im Gehäuse 90 fixiert.
Bei dieser Aufbautechnik werden also die optischen Komponenten der Multilaserprojektionsvorrichtung 9 in einem gemeinsamen Verbund der Baugruppe 10 einzeln justiert, was aufwendig ist.
6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Multilaserprojektionsvorrichtung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik.
In 6 ist die Multilaserprojektionsvorrichtung mit Bezugszeichen 9‘ bezeichnet. Bei der in 6 illustrierten Aufbautechnik werden die einzelnen Laserdioden LD1, LD2, LD3 mit ihrer jeweiligen ersten Kollimatorlinse 1, 2, 3 und ihrer jeweiligen zweiten Kollimatorlinse 4, 5, 6 aktiv justiert und in einer jeweiligen Baugruppe 11a, 11b, 11c vormontiert. Anschließend wird jede Baugruppe 11a, 11b, 11c gegenüber dem Strahlvereiniger 7 aktiv, d.h. unter Laseremissionsbetrieb, einjustiert und im Gehäuse 90 der Multilaserprojektionsvorrichtung 9‘ fixiert.
Bei den beiden mit Bezug auf 5 und 6 beschriebenen Aufbautechniken müssen also pro Laserdiode LD1, LD2, LD3 mehrere optische Komponenten aktiv justiert werden, wodurch ein Großteil des Herstellungsaufwandes der Multilaserprojektionsvorrichtung 9 bzw. 9‘ begründet wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 10.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Multilaserprojektionsvorrichtung und das entsprechende Herstellungsverfahren kann die Anzahl der Komponenten und der Justageschritte reduziert werden, wodurch sich deutliche Kostenvorteile ergeben.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, den Herstellungsvorgang in mehrere zweckmäßige Schritte zu teilen.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bzw. die entsprechende Multilaserprojektionsvorrichtung weisen den Vorteil auf, dass nicht alle Kollimatorlinsen aktiv justiert werden müssen, sondern lediglich die erste jeweilige Kollimatorlinse zur zugehörigen Laserdiode und dann der Verbund aus erster Kollimatorlinse und zugehöriger Laserdiode gegenüber dem Strahlvereiniger mit der darauf aufgebrachten jeweiligen zweiten Kollimatorlinse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Kollimatorlinsen einzeln an der Eintrittsoberfläche befestigt. Dies erhöht die Flexibilität.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Kollimatorlinsen direkt auf die Eintrittsoberfläche geklebt. Dies wirkt platzsparend.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Kollimatorlinsen als zusammenhängende dritte Baugruppe gebildet, welche an der Eintrittsoberfläche befestigt ist. Werden alle zweiten Kollimatorlinsen in einem einzigen Linsenfunktionsblock gebildet, können Sie gemeinsam mit dem Strahlvereiniger verbunden werden, was den Herstellungsaufwand weiter senkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die dritte Baugruppe direkt auf die Eintrittsoberfläche geklebt. Dies wirkt platzsparend.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Baugruppe aus Glas oder Kunststoff gebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die dritte Baugruppe plan-konkave und/oder plan-konvexe zweite Kollimatorlinsen auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind drei Laserdioden in den Farben Rot, Grün und Blau vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Kollimatorlinsen und die zweiten Kollimatorlinsen zueinander senkrecht stehende Kollimationsachsen auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine ausschnittsweise schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine ausschnittsweise schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine ausschnittsweise schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik; und
6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Multilaserprojektionsvorrichtung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problematik.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Schritt wird der Strahlvereiniger 7 der Multi-Led-Projektionsvorrichtung 9‘‘ mit der jeweiligen zweiten Kollimatorlinse 4, 5, 6 bzw. einem daraus gebildeten Linsenfunktionsblock in einem rein mechanischen Justage- und Montageschritt mittelbar oder unmittelbar verbunden, ohne das es eine aufwendige aktive Justage gibt. Dabei kann die Oberfläche E des Strahlvereinigers 7 als definierte mechanische Verbindungsfläche dienen.
Die Baugruppe 7a aus Strahlvereiniger 7 und zweiten Kollimationslinsen 4, 5, 6 wird dann im nächsten Schritt gegenüber der im gemeinsamen Gehäuse 90 vormontierten Ablenkeinheit 8 justiert und im gemeinsamen Gehäuse 90 fixiert. Dieser Montageschritt kann entweder aktiv mit einem Justagelaser oder auch passiv ausgeführt werden.
In einem weiteren Schritt werden dann Baugruppen 12a, 12b, 12c mit jeweils einer Laserdiode LD1, LD2, LD3 und einer jeweiligen ersten Kollimatorlinse 1, 2, 3 gebildet und aktiv justiert.
Schließlich werden die Baugruppen 12a, 12b, 12c aktiv gegen die Baugruppe 7a mit dem Strahlvereiniger 7 und den zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 justiert und im Gehäuse 90 der Multilaserprojektionsvorrichtung 9‘‘ fixiert.
2 ist eine ausschnittsweise schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der zuvor beschreibenen Ausführungsform gemäß 1 ist eine mechanische Verbindung an der Eintrittsoberfläche E des Strahlvereinigers 7 mit der jeweiligen einzelnen zweiten Kollimatorlinse 4, 5, 6 mittelbar, z.B. über einen jeweiligen Interposer, gebildet.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 sieht die Baugruppe 7a‘ mit dem Strahlvereiniger 7 und den zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 derart aus, dass die zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 direkt auf die Eintrittsoberfläche E des Strahlvereinigers 7 geklebt sind.
Auch bei diesem Ansatz kann die Oberfläche E des Strahlvereinigers 7 als definierte mechanische Verbindungsfläche dienen.
3 ist eine ausschnittsweise schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß 3 ist der Baugruppe aus Strahlvereiniger 7 und jeweiliger zweiter Kollimatorlinse 4, 5, 6 mit Bezugszeichen 7a‘‘ bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 zu einem einzigen Linsenfunktionsblock 14 zusammengefasst, welcher beispielsweise aus Glas oder Kunststoff gebildet werden kann. Hier ist eine plan-konkave Linsenform der zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 dargestellt. Die Baugruppe in Form des Linsenfunktionsblocks 14 lässt sich direkt auf die Eintrittsoberfläche E des Strahlvereinigers 7 kleben. Nach Montage der Baugruppe 7a‘‘ im Gehäuse 90 der Multilaserprojektionsvorrichtung 9‘‘ lassen sich die teilmontierten Lasermodule 12a, 12b, 12c im Gehäuse 90 justieren und fixieren. Der Freiheitsgrad ist ausreichend, um eine gute Strahlqualität zu erzielen.
4 ist eine ausschnittsweise schematische Querschnittsdarstellung einer Multilaserprojektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der vierten Ausführungsform gemäß 4 ist an Stelle der plan-konkaven Linsenform von 3 eine plan-konvexe Linsenform der zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 vorgesehen.
Auf bei dieser vierten Ausführungsform ist aus den zweiten Kollimatorlinsen 4, 5, 6 eine gemeinsame Baugruppe 14‘ gebildet, welche auf die Eintrittsoberfläche E des Strahlkombinierers 7 geklebt werden kann, um die Baugruppe 7a‘‘‘ zu bilden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Insbesondere sind die Formen der zweiten Kollimatorlinsen nur beispielhaft genannt und können prinzipiell beliebig gestaltet werden, solange sie ohne aktive Justage direkt mit dem Strahlvereiniger verbunden werden können. Auch die Anzahl der Laserdioden ist nicht auf die gezeigte Anzahl beschränkt. Schließlich ist es möglich, weitere passive oder aktive Komponenten im Strahlengang der Multilaserprojektionsvorrichtung vorzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007042720 A1 [0002]

Claims

Multilaserprojektionsvorrichtung (9‘‘) mit: einer Mehrzahl von ersten Baugruppen (12, 12b, 12c), welche jeweils einen festen Verbund aus einer jeweiligen Laserdiode (LD1, LD2, LD3) und einer zugehörigen ersten Kollimatorlinse (1, 2, 3) bilden; einer zweiten Baugruppe (7a; 7a‘; 7a‘‘; 7a‘‘‘), welche einen festen Verbund aus einem Strahlvereiniger (7) und einer jeweiligen zweiten, an einer Eintrittsoberfläche (E) des Strahlvereinigers (7) befestigten und zu einer jeweiligen Laserdiode (LD1, LD2, LD3) zugehörigen Kollimatorlinse (4, 5, 6) bildet; und einer Ablenkeinheit (8); wobei die Mehrzahl von ersten Baugruppen (12, 12b, 12c), die zweite Baugruppe (7a) und die Ablenkeinheit (8) in einem gemeinen Gehäuse (90) zueinander justiert montiert sind.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweiten Kollimatorlinsen (4, 5, 6) einzeln an der Eintrittsoberfläche (E) befestigt sind.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweiten Kollimatorlinsen (4, 5, 6) direkt auf die Eintrittsoberfläche (E) geklebt sind.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweiten Kollimatorlinsen (4, 5, 6) als zusammenhängende dritte Baugruppe (14; 14‘) gebildet sind, welche an der Eintrittsoberfläche (E) befestigt ist.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die dritte Baugruppe (14; 14‘) direkt auf die Eintrittsoberfläche (E) geklebt ist.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die dritte Baugruppe (14; 14‘) aus Glas oder Kunststoff gebildet ist.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die dritte Baugruppe (14; 14‘) plan-konkave und/oder plan-konvexe zweite Kollimatorlinsen (4, 5, 6) aufweist.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei drei Laserdioden (LD1, LD2, LD3) in den Farben Rot, Grün und Blau vorgesehen sind.
Multilaserprojektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Kollimatorlinsen (1, 2, 3) und die zweiten Kollimatorlinsen (4, 5, 6) zueinander senkrecht stehende Kollimationsachsen aufweisen.
Herstellungsverfahren für eine Multilaserprojektionsvorrichtung (9‘‘) mit den Schritten: Herstellen einer Mehrzahl von ersten Baugruppen (12, 12b, 12c), welche jeweils einen festen Verbund aus einer jeweiligen Laserdiode (LD1, LD2, LD3) und einer zugehörigen ersten Kollimatorlinse (1, 2, 3) bilden; Herstellen einer zweiten Baugruppe (7a; 7a‘; 7a‘‘; 7a‘‘‘), welche einen festen Verbund aus einem Strahlvereiniger (7) und einer jeweiligen zweiten, an einer Eintrittsoberfläche (E) des Strahlvereinigers (7) befestigten und zu einer jeweiligen Laserdiode (LD1, LD2, LD3) zugehörigen Kollimatorlinse (4, 5, 6) bildet; und Bereitstellen einer Ablenkeinheit (8); und Montieren der Mehrzahl von ersten Baugruppen (12, 12b, 12c), der zweiten Baugruppe (7a) und der Ablenkeinheit (8) in einem gemeinen Gehäuse (90) in zueinander justierter Weise.