DE102017131000A1 - Collimation device for a nanostack - Google Patents

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Abstract

Kollimationsvorrichtung (1) für einen Nanostack (7), umfassend ein Substrat (2) mit einer Eintrittsfläche (3) und einer Austrittsfläche (4) für von einem Nanostacks (7) ausgehende Laserstrahlung (9), eine kollimierende Linsenfläche (5), wobei die Eintrittsfläche (3) und/oder die Austrittsfläche (4) als kollimierende Linsenfläche (5) ausgebildet sind oder die kollimierende Linsenfläche (5) aufweisen, wobei die Eintrittsfläche (3) und/oder die Austrittfläche (4) mit einer Struktur, insbesondere einer periodischen Struktur, versehen sind, bei der mehrere Linsen (6) nebeneinander angeordnet sind.Collimation device (1) for a nanostack (7), comprising a substrate (2) having an entrance surface (3) and an exit surface (4) for laser radiation (9) emanating from a nanostack (7), a collimating lens surface (5) the entrance surface (3) and / or the exit surface (4) are designed as a collimating lens surface (5) or have the collimating lens surface (5), the entry surface (3) and / or the exit surface (4) having a structure, in particular one periodic structure, are provided, in which a plurality of lenses (6) are arranged side by side.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kollimationsvorrichtung für einen Nanostack, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Laservorrichtung mit einer derartigen Kollimationsvorrichtung sowie eine LIDAR-Vorrichtung mit einer derartigen Laservorrichtung.The present invention relates to a collimation device for a nanostack, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a laser device with such a collimating device and a LIDAR device with such a laser device.

Als Nanostacks werden Laserdioden bezeichnet, in denen mehrere Emitter in der Fast Axis im Abstand weniger µm angeordnet sind. Eine typische Anwendung der Nanostacks ist das LIDAR. Stand der Technik ist es, Nanostacks mittels einer normaler FAC-Linse oder einer runden Asphäre zu kollimieren. Das Licht jedes einzelnen Emitters im Stack zu kollimieren, ist aktuell technisch nicht machbar, weil dafür Linsen mit weniger als 10 µm Brennweite und Höhe notwendig wären. Der Nachteil des Stands der Technik besteht darin, dass in der Fernfeldverteilung nach der Kollimation der Aufbau der Quelle aus mehreren Emittern sichtbar wird und dazu führt, dass keine glatte Gaussverteilung vorliegt, sondern ein Profil mit mehreren Spitzen 20, 21, 22 (siehe dazu 7), wobei die Anzahl der Spitzen 20, 21, 22 der Anzahl der Emitter im Nanostack entspricht.Nanostacks are laser diodes in which several emitters are arranged in the fast axis at a distance of a few μm. A typical application of nanostack is LIDAR. The state of the art is to collapse nanostacks by means of a normal FAC lens or a round asphere. To collimate the light of every single emitter in the stack is currently not technically feasible because lenses with less than 10 μm focal length and height would be necessary. The disadvantage of the prior art is that in the far-field distribution after collimation, the structure of the source of several emitters is visible and leads to the fact that there is no smooth Gauss distribution, but a profile with multiple peaks 20 . 21 . 22 (see 7 ), where the number of peaks 20 . 21 . 22 the number of emitters in the nanostack corresponds.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung einer Kollimationsvorrichtung der eingangs genannten Art, die die Laserstrahlung eines Nanostacks, insbesondere mittels einer großen FAC-Linse, so kollimieren kann, dass eine Fernfeldverteilung ohne Mehrfachspitzen, insbesondere eine gaußförmige Fernfeldverteilung erzeugt wird. Weiterhin sollen eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art sowie eine LIDAR-Vorrichtung der eingangs genannten Art angegeben werden.The problem underlying the present invention is the provision of a collimation device of the type mentioned, which can collimate the laser radiation of a nanostack, in particular by means of a large FAC lens, so that a far field distribution without multiple peaks, in particular a Gaussian far field distribution is generated. Furthermore, a laser device of the type mentioned above and a LIDAR device of the type mentioned are to be specified.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Kollimationsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Laservorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 und durch eine LIDAR-Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 17 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.This is inventively achieved by a collimation of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1 and by a laser device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 12 and by a LIDAR device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 17 , The subclaims relate to preferred embodiments of the invention.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Eintrittsfläche und/oder die Austrittfläche mit einer Struktur, insbesondere einer periodischen Struktur, versehen sind, bei der mehrere Linsen nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann die Struktur beispielsweise als wellenförmige Struktur oder als Aneinanderreihung von konvexen Linsen oder als Aneinanderreihung von konkaven Linsen oder als Aneinanderreihung von abwechselnd konkaven und konvexen Linsen ausgebildet sein. Die Struktur verschmiert die divergente Laserstrahlung des Nanostacks ein wenig in der Fast-Axis-Richtung beziehungsweise in der Richtung, in der die Emitter nebeneinander angeordnet sind. Diese Art der Homogenisierung in der Fast-Axis-Richtung wirkt sich sehr positiv auf die Fernfeldverteilung aus, so dass insbesondere im Fernfeld eine glatte Gaussverteilung vorliegt.According to claim 1 it is provided that the entrance surface and / or the exit surface are provided with a structure, in particular a periodic structure, in which a plurality of lenses are arranged side by side. In this case, the structure may be formed, for example, as a wave-shaped structure or as a series of convex lenses or as a series of concave lenses or as a series of alternating concave and convex lenses. The structure blurs the divergent laser radiation of the nanostack somewhat in the near-axis direction or in the direction in which the emitters are arranged side by side. This type of homogenization in the near-axis direction has a very positive effect on the far-field distribution, so that there is a smooth Gaussian distribution, especially in the far field.

Es kann vorgesehen sein, dass die Struktur auf der Eintrittsfläche und die kollimierende Linsenfläche auf der Austrittsfläche angeordnet sind oder dass die Struktur auf der Austrittsfläche und die kollimierende Linsenfläche auf der Eintrittsfläche angeordnet sind. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Struktur und die kollimierende Linsenfläche auf der Eintrittsfläche angeordnet sind oder dass die Struktur und die kollimierende Linsenfläche auf der Austrittsfläche angeordnet sind.It can be provided that the structure on the entrance surface and the collimating lens surface are arranged on the exit surface or that the structure on the exit surface and the collimating lens surface are arranged on the entrance surface. Alternatively, it can also be provided that the structure and the collimating lens surface are arranged on the entry surface or that the structure and the collimating lens surface are arranged on the exit surface.

Es besteht die Möglichkeit, dass der Mittenabstand der Linsen der Struktur zwischen 0,1 mm und 10,0 mm, insbesondere zwischen 0,4 mm und 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 1,2 mm, beispielsweise etwa 1,0 mm groß ist.There is the possibility that the center distance of the lenses of the structure between 0.1 mm and 10.0 mm, in particular between 0.4 mm and 2.5 mm, preferably between 0.8 mm and 1.2 mm, for example about 1 , 0 mm is large.

Es kann vorgesehen sein, dass die Brennweite der Linsen der Struktur zwischen 200 mm und 15.000 mm, insbesondere zwischen 800 mm und 4.000 mm, vorzugsweise zwischen 1.200 mm und 2.500 mm, beispielsweise zwischen 1.600 mm und 1.800 mm groß ist.It can be provided that the focal length of the lenses of the structure is between 200 mm and 15,000 mm, in particular between 800 mm and 4,000 mm, preferably between 1,200 mm and 2,500 mm, for example between 1,600 mm and 1,800 mm.

Es besteht die Möglichkeit, dass das Verhältnis von Mittenabstand zu Brennweite der Linsen zwischen 0,05 mrad und 2,5 mrad, insbesondere zwischen 0,2 mrad und 1,5 mrad, vorzugsweise zwischen 0,5 mrad und 0,7 mrad, beispielsweise 0,58 mrad groß ist.It is possible that the ratio of center distance to focal length of the lenses between 0.05 mrad and 2.5 mrad, in particular between 0.2 mrad and 1.5 mrad, preferably between 0.5 mrad and 0.7 mrad, for example 0.58 mrad is large.

Es kann vorgesehen sein, dass die Tiefe der Struktur zwischen 10 nm und 1000 nm, insbesondere zwischen 40 nm und 300 nm, vorzugsweise zwischen 70 nm und 140 nm, beispielsweise etwa 90 nm groß ist.It can be provided that the depth of the structure is between 10 nm and 1000 nm, in particular between 40 nm and 300 nm, preferably between 70 nm and 140 nm, for example about 90 nm.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Höhe der Eintrittsfläche und/oder der Austrittsfläche, insbesondere in der Richtung, in der Emitter des Nanostacks nebeneinander angeordnet sind, zwischen 3 mm und 300 mm, insbesondere zwischen 10 mm und 120 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm und 60 mm, beispielsweise etwa 30 mm groß ist.There is the possibility that the height of the entrance surface and / or the exit surface, in particular in the direction in which emitters of the nanostack are arranged side by side, is between 3 mm and 300 mm, in particular between 10 mm and 120 mm, preferably between 20 mm and 60 mm, for example, about 30 mm in size.

Es kann vorgesehen sein, dass die Brennweite der kollimierenden Linsenfläche zwischen 0,1 mm und 100 mm, insbesondere zwischen 1,0 mm und 60 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 40 mm, beispielsweise etwa 30 mm groß ist.It can be provided that the focal length of the collimating lens surface is between 0.1 mm and 100 mm, in particular between 1.0 mm and 60 mm, preferably between 10 mm and 40 mm, for example about 30 mm.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Brennweite der Linsen der Struktur größer als die Brennweite der kollimierenden Linsenfläche ist, insbesondere mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als zehnmal so groß, beispielsweise mehr als fünfzigmal so groß ist. Dadurch ist der Einfluss der Linsen auf die Kollimierung der Laserstrahlung vergleichsweise klein, so dass lediglich eine leichte Verschmierung erreicht wird, die zu einer Vermeidung von Spitzen führt. There is the possibility that the focal length of the lenses of the structure is greater than the focal length of the collimating lens surface, in particular more than twice as large, preferably more than ten times as large, for example more than fifty times as large. As a result, the influence of the lenses on the collimation of the laser radiation is comparatively small, so that only a slight smearing is achieved, which leads to a prevention of peaks.

Gemäß Anspruch 12 ist vorgesehen, dass die Kollimationsvorrichtung eine erfindungsgemäße Kollimationsvorrichtung ist.According to claim 12, it is provided that the collimation device is a collimation device according to the invention.

Es kann vorgesehen sein, dass die Höhe der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks in der Richtung, in der die Emitter des Nanostacks nebeneinander angeordnet sind, zwischen 2 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 8 µm und 25 µm, beispielsweise etwa 10 µm groß ist.It can be provided that the height of the light exit surface of the nanostack in the direction in which the emitters of the nanostack are arranged side by side, between 2 .mu.m and 100 .mu.m, in particular between 5 .mu.m and 50 .mu.m, preferably between 8 .mu.m and 25 .mu.m, for example is about 10 microns in size.

Es besteht die Möglichkeit, dass das Verhältnis von Höhe der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks zu Brennweite der kollimierenden Linsenfläche zwischen 0,04 mrad und 1,50 mrad, insbesondere zwischen 0,10 mrad und 0,70 mrad, vorzugsweise zwischen 0,25 mrad und 0,50 mrad, beispielsweise 0,33 mrad groß ist.There is the possibility that the ratio of the height of the light exit surface of the nanostack to the focal length of the collimating lens surface is between 0.04 mrad and 1.50 mrad, in particular between 0.10 mrad and 0.70 mrad, preferably between 0.25 mrad and 0 , 50 mrad, for example, 0.33 mrad is large.

Es kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis von Mittenabstand zu Brennweite der Linsen der Struktur der Kollimationsvorrichtung größer als das Verhältnis von Höhe der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks zu Brennweite der kollimierenden Linsenfläche ist, insbesondere ist dabei das Verhältnis von Mittenabstand zu Brennweite der Linsen der Struktur der Kollimationsvorrichtung kleiner als das Zehnfache des Verhältnisses von Höhe der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks zu Brennweite der kollimierenden Linsenfläche, vorzugsweise ist das Verhältnis von Mittenabstand zu Brennweite der Linsen der Struktur der Kollimationsvorrichtung etwa doppelt so groß wie das Verhältnis von Höhe der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks zu Brennweite der kollimierenden Linsenfläche.It can be provided that the ratio of the center distance to the focal length of the lenses of the structure of the collimation device is greater than the ratio of the height of the light exit surface of the nanostack to the focal length of the collimating lens surface, in particular the ratio of center distance to focal length of the lenses of the structure of the collimation device Preferably, the ratio of pitch to focal length of the lenses of the collimating device structure is about twice the ratio of the height of the light exit surface of the nanostack to the focal length of the collimating lens surface ,

Es besteht die Möglichkeit, dass die Brennweite der kollimierenden Linsenfläche größer als der Abstand der Emitter des Nanostacks ist, insbesondere mehr als zehnmal so groß, vorzugsweise mehr als hundertmal so groß, beispielsweise mehr als tausendmal so groß. Auf diese Weise wird erreicht, dass die von den einzelnen Emittern ausgehenden Laserstrahlungen bereits weitestgehend überlappt sind, wenn sie auf die Kollimationsvorrichtung auftreffen.There is the possibility that the focal length of the collimating lens surface is greater than the distance of the emitter of the nanostack, in particular more than ten times as large, preferably more than a hundred times as large, for example more than a thousand times as large. In this way it is achieved that the emanating from the individual emitters laser beams are already largely overlapped when they hit the collimation.

Gemäß Anspruch 17 ist vorgesehen, dass die Laservorrichtung eine erfindungsgemäße Laservorrichtung ist.According to claim 17 it is provided that the laser device is a laser device according to the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen:

  • 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;
  • 2 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kollimationsvorrichtung;
  • 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kollimationsvorrichtung,
  • 4 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kollimationsvorrichtung,
  • 5 eine schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kollimationsvorrichtung,
  • 6 eine schematische Seitenansicht einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kollimationsvorrichtung,
  • 7 eine schematisch dargestellte Fernfeldverteilung der Laserstrahlung einer Laservorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
  • 8 eine schematisch dargestellte Fernfeldverteilung der Laserstrahlung einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung;
  • 9 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung.
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show:
  • 1 a schematic side view of a laser device according to the invention;
  • 2 a schematic side view of a first embodiment of a collimating device according to the invention;
  • 3 a schematic side view of a second embodiment of a collimation device according to the invention,
  • 4 a schematic side view of a third embodiment of a collimator according to the invention,
  • 5 a schematic side view of a fourth embodiment of a collimation device according to the invention,
  • 6 a schematic side view of a fifth embodiment of a collimation device according to the invention,
  • 7 a schematically illustrated far-field distribution of the laser radiation of a laser device according to the prior art;
  • 8th a schematically represented far field distribution of the laser radiation of a laser device according to the invention;
  • 9 a schematic view of a LIDAR device according to the invention.

In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile und Lichtstrahlen mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical parts and light beams are provided with the same reference numerals.

Die in den Figuren ersichtlichen Kollimationsvorrichtungen sind schematisch dargestellt. Insbesondere sind die Linsen der Strukturen in der Regel so flach, dass sie bei maßstabsgetreuer Darstellung nicht sichtbar wären. Die Linsen der Strukturen sind somit zu Darstellungszwecken deutlich vergrößert dargestellt.The Kollimationsvorrichtungen apparent in the figures are shown schematically. In particular, the lenses of the structures are usually so flat that they would not be visible if scaled-up. The lenses of the structures are thus shown clearly enlarged for the purpose of illustration.

Die in 1 und 2 abgebildete Kollimationsvorrichtung 1 besteht aus einem Substrat 2 mit einer Eintrittsfläche 3 und einer Austrittsfläche 4. Auf der Austrittsfläche 4 ist eine kollimierende Linsenfläche 5 ausgebildet, die einer üblichen Fast-Axis-Kollimationslinse entsprechen kann. Die kollimierende Linsenfläche 5 kann als Zylinderlinse ausgebildet sein, wobei sich die Zylinderachse der kollimierenden Linsenfläche 5 in die Zeichenebenen der 1 und 2 hineinerstreckt.In the 1 and 2 pictured collimation device 1 consists of a substrate 2 with an entrance area 3 and an exit surface 4 , On the exit surface 4 is a collimating lens surface 5 formed, which may correspond to a conventional fast axis collimating lens. The collimating lens surface 5 can be formed as a cylindrical lens, wherein the cylinder axis of the collimating lens surface 5 into the drawing layers of the 1 and 2 hineinerstreckt.

Die Brennweite F der kollimierenden Linsenfläche 5 kann in einem konkreten Ausführungsbeispiel 30 mm groß sein (siehe dazu 1).The focal length F of the collimating lens surface 5 may be 30 mm in a specific embodiment (see 1 ).

Auf der Eintrittsfläche 3 des Substrats 2 ist eine Struktur mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten konvexen Linsen 6 vorgesehen. Auch die Linsen 6 können als Zylinderlinsen ausgebildet sein, wobei sich deren Zylinderachsen in die Zeichenebenen der 1 und 2 hineinerstrecken.On the entrance area 3 of the substrate 2 is a structure with a plurality of juxtaposed convex lenses 6 intended. Also the lenses 6 can be formed as cylindrical lenses, with their cylinder axes in the drawing planes of the 1 and 2 hineinerstrecken.

In 2 sind sieben Linsen 6 abgebildet. Es besteht durchaus die Möglichkeit, mehr oder weniger Linsen 6 vorzusehen. Beispielsweise können es deutlich mehr sein, insbesondere etwa 30 Linsen.In 2 are seven lenses 6 displayed. There is quite a possibility, more or less lenses 6 provided. For example, it can be significantly more, especially about 30 lenses.

Die Brennweite der Linsen 6 ist deutlich größer als die Brennweite F der kollimierenden Linsenfläche 5, insbesondere mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als zehnmal so groß, beispielsweise mehr als fünfzigmal so groß. Insbesondere kann die Brennweite der Linsen 6 in einem konkreten Ausführungsbeispiel 1,713 m groß sein. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Radius der Linsen 6 jeweils 1,4 m.The focal length of the lenses 6 is significantly larger than the focal length F the collimating lens surface 5 , in particular more than twice as large, preferably more than ten times as large, for example, more than fifty times as large. In particular, the focal length of the lenses 6 in a specific embodiment be 1,713 m in size. In this embodiment, the radius of the lenses is 6 each 1.4 m.

Weiterhin weisen die Linsen 6 einen Mittenabstand P und eine Tiefe T auf, die in 2 verdeutlicht sind. Der Mittenabstand P der Linsen 6 kann in einem konkreten Ausführungsbeispiel 1 mm groß sein. Die Tiefe T der Linsen 6 kann in einem konkreten Ausführungsbeispiel 90 nm groß sein. Es ist somit verständlich, dass die Linsen 6 bei maßstabsgetreuer Darstellung in den Abbildungen nicht sichtbar wären.Continue to have the lenses 6 a center distance P and a depth T on that in 2 are clarified. The center distance P of the lenses 6 may be 1 mm in a specific embodiment. The depth T the lenses 6 may be 90 nm in a specific embodiment. It is therefore understandable that the lenses 6 if true to scale, they would not be visible in the illustrations.

Weiterhin ist die Höhe H der Eintrittsfläche 3 beziehungsweise der Austrittsfläche 4 ebenfalls in 2 angedeutet. Die Höhe H kann in einem konkreten Ausführungsbeispiel 30 mm groß sein. Das bedeutet, dass in dem konkreten Ausführungsbeispiel bei einem Mittenabstand P von 1 mm 30 Linsen 6 auf der Eintrittsfläche 3 nebeneinander angeordnet sind.Furthermore, the height H the entrance area 3 or the exit surface 4 also in 2 indicated. The height H may be 30 mm in a specific embodiment. This means that in the specific embodiment at a pitch P of 1 mm 30 lenses 6 on the entrance area 3 are arranged side by side.

Die Laservorrichtung 10 gemäß 1 umfasst vor der Kollimationsvorrichtung 1 einen Nanostack 7, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 drei übereinander angeordnete Emitter 8 aufweist. Es besteht durchaus die Möglichkeit, mehr oder weniger Emitter 8 vorzusehen. Die von den Emittern 8 ausgehende Laserstrahlung 9 überlappt vor dem Auftreffen auf die Kollimationsvorrichtung 1 weitgehend. Die Austrittsflächen der Emitter 8 sind in der Brennebene der kollimierenden Linsenfläche 5 angeordnet (siehe 1).The laser device 10 according to 1 includes in front of the collimation device 1 a nanostack 7 , which in the embodiment according to 1 three superimposed emitters 8th having. There is quite a possibility, more or less emitter 8th provided. The emitters 8th outgoing laser radiation 9 overlaps before hitting the collimation device 1 largely. The exit surfaces of the emitter 8th are in the focal plane of the collimating lens surface 5 arranged (see 1 ).

In 1 ist die Höhe h der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks 7 in der Richtung verdeutlicht, in der die Emitter 8 des Nanostacks 7 nebeneinander angeordnet sind. Die Höhe h kann in einem konkreten Ausführungsbeispiel 10 µm groß sein. Dabei kann der Abstand zwischen den einzelnen Emittern etwa 4 µm groß sein.In 1 is the height H the light exit surface of the nanostack 7 clarified in the direction in which the emitter 8th of the nanostack 7 are arranged side by side. The height H may be 10 microns in a particular embodiment. The distance between the individual emitters can be about 4 μm in size.

Die Richtung, in der die Höhe h eingezeichnet ist und die der Richtung entspricht, in der die Emitter 8 nebeneinander angeordnet sind, entspricht insbesondere der Fast-Axis-Richtung der Emitter 8.The direction in which the height h is drawn and which corresponds to the direction in which the emitter 8th are arranged side by side, corresponds in particular to the fast-axis direction of the emitter 8th ,

8 zeigt, dass in der Fernfeldverteilung 11 der von der Laservorrichtung gemäß 1 ausgehenden Laserstrahlung 9 im Gegensatz zum Stand der Technik lediglich ein Maximum 12 auftritt. 8th shows that in the far-field distribution 11 that of the laser device according to 1 outgoing laser radiation 9 in contrast to the prior art only a maximum 12 occurs.

Die Ausführungsform gemäß 3 entspricht im Wesentlichen derjenigen gemäß 2. Bei der Ausführungsform gemäß 4 sind nicht nur konvexe Linsen 6 vorgesehen, sondern abwechselnd konvexe Linsen 6 und konkave Linsen 6'.The embodiment according to 3 is essentially the same as in 2 , In the embodiment according to 4 are not just convex lenses 6 provided, but alternately convex lenses 6 and concave lenses 6 ' ,

Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist die durch die konvexe Linsen 6 gebildete Struktur zusammen mit der kollimierenden Linsenfläche 5 auf der Austrittsfläche 4 angeordnet. Es besteht durchaus auch die Möglichkeit, dass die durch die konvexe Linsen 6 gebildete Struktur zusammen mit der kollimierenden Linsenfläche 5 auf der Eintrittsfläche 3 angeordnet ist.In the embodiment according to 5 is the one through the convex lenses 6 formed structure together with the collimating lens surface 5 on the exit surface 4 arranged. There is also the possibility that through the convex lenses 6 formed structure together with the collimating lens surface 5 on the entrance area 3 is arranged.

Bei der Ausführungsform gemäß 6 ist die durch die abwechselnd konvexen und konkaven Linsen 6, 6' gebildete Struktur zusammen mit der kollimierenden Linsenfläche 5 auf der Austrittsfläche 4 angeordnet. Es besteht durchaus auch die Möglichkeit, dass die durch die abwechselnd konvexen und konkaven Linsen 6, 6' gebildete Struktur zusammen mit der kollimierenden Linsenfläche 5 auf der Eintrittsfläche 3 angeordnet ist.In the embodiment according to 6 is the through the alternately convex and concave lenses 6 . 6 ' formed structure together with the collimating lens surface 5 on the exit surface 4 arranged. There is also the possibility that the through the alternately convex and concave lenses 6 . 6 ' formed structure together with the collimating lens surface 5 on the entrance area 3 is arranged.

9 zeigt eine LIDAR-Vorrichtung, die eine erfindungsgemäße Laservorrichtung 10 umfasst. Die LIDAR-Vorrichtung umfasst weiterhin einen als Scannmittel 13 dienenden rotieren Spiegel. Weiterhin sind nicht abgebildete Empfängermittel für von einem zu detektierenden Objekt zurückgestreute Laserstrahlung 9 vorgesehen. 9 shows a LIDAR device, the laser device according to the invention 10 includes. The LIDAR device further comprises a scanning means 13 serving rotate mirror. Furthermore, receiver means, not shown, are for laser radiation backscattered by an object to be detected 9 intended.

Claims (17)

Kollimationsvorrichtung (1) für einen Nanostack (7), umfassend - ein Substrat (2) mit einer Eintrittsfläche (3) und einer Austrittsfläche (4) für von einem Nanostack (7) ausgehende Laserstrahlung (9), - eine kollimierende Linsenfläche (5), wobei die Eintrittsfläche (3) und/oder die Austrittsfläche (4) als kollimierende Linsenfläche (5) ausgebildet sind oder die kollimierende Linsenfläche (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (3) und/oder die Austrittfläche (4) mit einer Struktur, insbesondere einer periodischen Struktur, versehen sind, bei der mehrere Linsen (6, 6') nebeneinander angeordnet sind.Collimation device (1) for a nanostack (7), comprising - a substrate (2) with an entrance surface (3) and an exit surface (4) for laser radiation (9) emanating from a nanostack (7), - a collimating lens surface (5) wherein the entry surface (3) and / or the exit surface (4) are formed as a collimating lens surface (5) or the collimating lens surface (5), characterized in that the entry surface (3) and / or the exit surface (4) are provided with a structure, in particular a periodic structure, in which a plurality of lenses (6, 6 ') are arranged next to one another. Kollimationsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als wellenförmige Struktur oder als Aneinanderreihung von konvexen Linsen (6) oder als Aneinanderreihung von konkaven Linsen (6') oder als Aneinanderreihung von abwechselnd konkaven und konvexen Linsen (6, 6') ausgebildet ist.Collimation device (1) according to Claim 1 , characterized in that the structure as a wave-shaped structure or as a juxtaposition of convex lenses (6) or as a juxtaposition of concave lenses (6 ') or as a juxtaposition of alternately concave and convex lenses (6, 6') is formed. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur auf der Eintrittsfläche (3) und die kollimierende Linsenfläche (5) auf der Austrittsfläche (4) angeordnet sind oder dass die Struktur auf der Austrittsfläche (4) und die kollimierende Linsenfläche (5) auf der Eintrittsfläche (3) angeordnet sind.Collimation device (1) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the structure on the entrance surface (3) and the collimating lens surface (5) on the exit surface (4) are arranged or that the structure on the exit surface (4) and the collimating lens surface (5) on the entrance surface (3 ) are arranged. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur und die kollimierende Linsenfläche (5) auf der Eintrittsfläche (3) angeordnet sind oder dass die Struktur und die kollimierende Linsenfläche (5) auf der Austrittsfläche (4) angeordnet sind.Collimation device (1) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the structure and the collimating lens surface (5) are arranged on the entrance surface (3) or that the structure and the collimating lens surface (5) are arranged on the exit surface (4). Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenabstand (P) der Linsen (6, 6') der Struktur zwischen 0,1 mm und 10,0 mm, insbesondere zwischen 0,4 mm und 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 1,2 mm, beispielsweise etwa 1,0 mm groß ist.Collimation device (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the center distance (P) of the lenses (6, 6 ') of the structure is between 0.1 mm and 10.0 mm, in particular between 0.4 mm and 2.5 mm, preferably between 0.8 mm and 1.2 mm, for example, about 1.0 mm in size. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Linsen (6, 6') der Struktur zwischen 200 mm und 15.000 mm, insbesondere zwischen 800 mm und 4.000 mm, vorzugsweise zwischen 1.200 mm und 2.500 mm, beispielsweise zwischen 1.600 mm und 1.800 mm groß ist.Collimation device (1) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the focal length of the lenses (6, 6 ') of the structure is between 200 mm and 15,000 mm, in particular between 800 mm and 4,000 mm, preferably between 1,200 mm and 2,500 mm, for example between 1,600 mm and 1,800 mm. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Mittenabstand (P) zu Brennweite der Linsen (6, 6') zwischen 0,05 mrad und 2,5 mrad, insbesondere zwischen 0,2 mrad und 1,5 mrad, vorzugsweise zwischen 0,5 mrad und 0,7 mrad, beispielsweise 0,58 mrad groß ist.Collimation device (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the ratio of center distance (P) to focal length of the lenses (6, 6 ') between 0.05 mrad and 2.5 mrad, in particular between 0.2 mrad and 1.5 mrad, preferably between 0.5 mrad and 0.7 mrad, for example, 0.58 mrad is large. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) der Struktur zwischen 10 nm und 1000 nm, insbesondere zwischen 40 nm und 300 nm, vorzugsweise zwischen 70 nm und 140 nm, beispielsweise etwa 90 nm groß ist.Collimation device (1) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the depth (T) of the structure is between 10 nm and 1000 nm, in particular between 40 nm and 300 nm, preferably between 70 nm and 140 nm, for example about 90 nm in size. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) der Eintrittsfläche (3) und/oder der Austrittsfläche (4), insbesondere in der Richtung, in der Emitter (8) des Nanostack (7) nebeneinander angeordnet sind, zwischen 3 mm und 300 mm, insbesondere zwischen 10 mm und 120 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm und 60 mm, beispielsweise etwa 30 mm groß ist.Collimation device (1) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the height (H) of the entrance surface (3) and / or the exit surface (4), in particular in the direction in the emitter (8) of the nanostack (7) are arranged side by side, between 3 mm and 300 mm , in particular between 10 mm and 120 mm, preferably between 20 mm and 60 mm, for example about 30 mm in size. Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5) zwischen 0,1 mm und 100 mm, insbesondere zwischen 1,0 mm und 60 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 40 mm, beispielsweise etwa 30 mm groß ist.Collimation device (1) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the focal length (F) of the collimating lens surface (5) between 0.1 mm and 100 mm, in particular between 1.0 mm and 60 mm, preferably between 10 mm and 40 mm, for example about 30 mm is large. Kollimationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Linsen (6, 6') der Struktur größer als die Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5) ist, insbesondere mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als zehnmal so groß, beispielsweise mehr als fünfzigmal so groß ist.Collimation device according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the focal length of the lenses (6, 6 ') of the structure is greater than the focal length (F) of the collimating lens surface (5), in particular more than twice as large, preferably more than ten times as large, for example more than fifty times so big. Laservorrichtung (10), umfassend - einen Nanostack (7) mit Emittern (8), die in einer Richtung beabstandet zueinander nebeneinander angeordnet sind, - eine Kollimationsvorrichtung (1), die die von den Laserdioden (8) ausgehende Laserstrahlung (9) kollimieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimationsvorrichtung (1) eine Kollimationsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.A laser device (10), comprising - a nanostack (7) with emitters (8) spaced apart from one another in one direction, - a collimation device (1) capable of collimating the laser radiation (9) emanating from the laser diodes (8) , characterized in that the collimation device (1) is a collimation device (1) according to one of Claims 1 to 11 is. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks (7) in der Richtung, in der die Emitter (8) des Nanostacks (7) nebeneinander angeordnet sind, zwischen 2 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 8 µm und 25 µm, beispielsweise etwa 10 µm groß ist.Laser device (10) after Claim 12 , characterized in that the height (h) of the light exit surface of the nanorod (7) in the direction in which the emitters (8) of the nanostack (7) are arranged side by side, between 2 .mu.m and 100 .mu.m, in particular between 5 .mu.m and 50 μm, preferably between 8 μm and 25 μm, for example about 10 μm. Laservorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Höhe (h) der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks (7) zu Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5) zwischen 0,04 mrad und 1,50 mrad, insbesondere zwischen 0,10 mrad und 0,70 mrad, vorzugsweise zwischen 0,25 mrad und 0,50 mrad, beispielsweise 0,33 mrad groß ist.Laser device (10) according to one of Claims 12 or 13 , characterized in that the ratio of the height (h) of the light exit surface of the nanostack (7) to the focal length (F) of the collimating lens surface (5) is between 0.04 mrad and 1.50 mrad, in particular between 0.10 mrad and 0, 70 mrad, preferably between 0.25 mrad and 0.50 mrad, for example, 0.33 mrad is large. Laservorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Mittenabstand (P) zu Brennweite der Linsen (6, 6') der Struktur der Kollimationsvorrichtung (1) größer als das Verhältnis von Höhe (h) der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks (7) zu Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5) ist, insbesondere ist dabei das Verhältnis von Mittenabstand (P) zu Brennweite der Linsen (6, 6') der Struktur der Kollimationsvorrichtung (1) kleiner als das Zehnfache des Verhältnisses von Höhe (h) der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks (7) zu Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5), vorzugsweise ist das Verhältnis von Mittenabstand (P) zu Brennweite der Linsen (6, 6') der Struktur der Kollimationsvorrichtung (1) etwa doppelt so groß wie das Verhältnis von Höhe (h) der Lichtaustrittsfläche des Nanostacks (7) zu Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5).Laser device (10) according to one of Claims 12 to 14 , characterized in that the ratio of center distance (P) to focal length of the lenses (6, 6 ') of the structure of the collimation device (1) is greater than the ratio of height (h) of the light exit surface of the nanostack (7) to focal length (F) In particular, the ratio of center distance (P) to focal length of the lenses (6, 6 ') of the structure of the collimation device (1) is less than ten times the ratio of the height (h) of the light exit surface of the nanostack (7) to the focal length (F) of the collimating lens surface (5), preferably, the ratio of pitch (P) to focal length of the lenses (6, 6 ') of the structure of the collimation device (1) is about twice the height ratio (H) the light exit surface of the nanorod (7) to focal length (F) of the collimating lens surface (5). Laservorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite (F) der kollimierenden Linsenfläche (5) größer als der Abstand der Emitter (8) des Nanostacks (7) ist, insbesondere mehr als zehnmal so groß, vorzugsweise mehr als hundertmal so groß, beispielsweise mehr als tausendmal so groß.Laser device (10) according to one of Claims 12 to 15 , characterized in that the focal length (F) of the collimating lens surface (5) is greater than the distance of the emitter (8) of the nanorod (7), in particular more than ten times as large, preferably more than a hundred times, for example more than a thousand times so big. LIDAR-Vorrichtung, umfassend - eine Laservorrichtung (10), - Scannmittel (13) für die von der Laservorrichtung (10) ausgehende Laserstrahlung (9), - Empfängermittel für von einem zu detektierenden Objekt zurückgestreute Laserstrahlung (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Laservorrichtung (10) eine Laservorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 16 ist.LIDAR device, comprising - a laser device (10), - scanning means (13) for the laser radiation emitted by the laser device (10) laser radiation, - receiving means for backscattered from an object to be detected laser radiation (9), characterized in that the Laser device (10) a laser device (10) according to one of Claims 12 to 16 is.
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