DE102018217745A1

DE102018217745A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor, Projektor und Herstellverfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor

Info

Publication number: DE102018217745A1
Application number: DE102018217745.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Huebel; Tobias Graf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-04-23
Also published as: WO2020078735A1; CN112823301B; US11425346B2; US20210392308A1; CN112823301A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor. Die Vorrichtung (100) umfasst eine erste Lichtquelle (105), eine zweite Lichtquelle (106), ein Wellenleiterelement (110), eine Strahlformungseinrichtung (115) und ein Strukturelement (120). Das Wellenleiterelement (110) formt einen ersten Wellenleiter (125) zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle (105), einen zweiten Wellenleiter (126) zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle (106) und einen Auskoppelbereich (130) zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter (125) und dem zweiten Wellenleiter (126) aus. Die Strahlformungseinrichtung (115) ist ausgebildet, um den mehrfarbigen Lichtstrahl unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich (130) ausgekoppelten Lichts zu formen. Auf dem Strukturelement (120) sind die erste Lichtquelle (105), die zweite Lichtquelle (106), das Wellenleiterelement (110) und die Strahlformungseinrichtung (115) angeordnet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Es ist möglich, miniaturisierte Projektionssysteme beispielsweise für Datenbrillen oder tragbare Geräte zu verwenden. Zum Zusammenführen verschiedenfarbiger Lichtstrahlen zu einem Lichtstrahl können Glasfasern verwendet werden.
Die DE 601 22 267 T2 offenbart einen optischen Kombinator im Zusammenhang mit einem photonischen Bauelement, wie es in der optischen und optoelektronischen Datenverarbeitung genutzt werden kann. Der optische Kombinator stellt eine Wellenleiterstruktur dar, die in einem Silikatglaskörper ausgeführt ist. In dem Kombinator wird Licht unterschiedlicher Wellenlängen zusammengeführt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor, ein Projektor und ein Herstellverfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Mit diesem Ansatz ist es vorteilhafterweise möglich, aus mehreren verschiedenfarbigen Lichtstrahlen einen mehrfarbigen Lichtstrahl zu formen. Durch die Verwendung eines Wellenleiterelements mit je einem in dem Wellenleiterelement ausgeformten optischen Wellenleiter pro Lichtquelle ist es möglich, einen mehrfarbigen, hochfrequent modulierbaren Lichtstrahl mit hoher Strahlqualität bereitzustellen. Dies ist vorteilhafterweise in kompakter Bauweise realisierbar und ermöglicht daher die Verwendung der hier vorgestellten Vorrichtung in Verbindung mit einem sogenannten Pico-Projektor, einem miniaturisierten Projektionssystem, das beispielsweise für eine Datenbrille, eine elektronische Armbanduhr (Smartwatch) oder ein Mobiltelefon (Smartphone) verwendet werden kann.
Es wird eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor vorgestellt. Die Vorrichtung weist wenigstens eine erste Lichtquelle und eine zweite Lichtquelle auf. Zudem umfasst die Vorrichtung ein Wellenleiterelement, eine Strahlformungseinrichtung und ein Strukturelement. Das Wellenleiterelement formt einen ersten Wellenleiter zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle, einen zweiten Wellenleiter zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle und einen Auskoppelbereich zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter aus. Die Strahlformungseinrichtung ist ausgebildet, um den mehrfarbigen Lichtstrahl unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich ausgekoppelten Lichts zu formen. Auf dem Strukturelement sind die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle, das Wellenleiterelement und die Strahlformungseinrichtung angeordnet.
Bei dem Projektor kann es sich beispielsweise um ein hochauflösendes miniaturisiertes Projektionssystem, einen sogenannten Mini-Beamer oder Pico-Projektor für ein tragbares Gerät wie eine Datenbrille handeln. Die Vorrichtung kann als mehrfarbiges Lichtquellenmodul für den Projektor bezeichnet werden, und mit zwei, drei oder mehr Lichtquellen, beispielsweise als Rot-Grün-Blau-Lichtquellenmodul ausgeführt sein. Die erste und die zweite Lichtquelle können beispielsweise als kantenemittierende Laserdioden (beispielsweise als DFB- und DBR-Laser), als kantenemittierende Superlumineszenz-LEDs oder als vertikal emittierende Laserdioden (sogenannte VCSEL) oder als Kombination verschiedener Lichtquellentypen basierend auf unterschiedlichen Halbleitertechnologien realisiert sein. Zur Realisierung der ersten und der zweiten Lichtquelle können beispielsweise handelsübliche Chips mit einer der genannten Lichtquellenausformung verwendet werden, die Außenmaße von ca. 500 Mikrometer × 500 Mikrometer × 100 Mikrometer (Länge × Breite × Höhe) aufweisen. Das Wellenleiterelement kann aus einem Mantelmaterial mit einem niedrigeren Brechungsindex als ein Kernmaterial bestehen, wobei der erste und der zweite Wellenleiter in dem Kernmaterial ausgeformt sind. Als Mantelmaterial für das Wellenleiterelement kann beispielsweise Siliziumdioxid verwendet werden, mit Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid oder Lithiumniobat als Kernmaterial. Alternativ kann auch ein Polymer oder ein Hybridpolymer als Mantelmaterial verwendet werden. Das Kernmaterial kann in dem Mantelmaterial eingebettet sein, um die Wellenleiter auszuformen. Das Wellenleiterelement kann somit ein Element sein, dass Bereiche umfasst, die aus dem Mantelmaterial bestehen und Bereiche umfasst, die aus dem Kernmaterial bestehen. Dabei kann das Wellenleiterelement einstückig ausgeführt sein. Die Wellenleiter können durch ein lithografisches Belichtungsverfahren in dem Wellenleiterelement ausgeformte Wellenleiter sein. Der Auskoppelbereich ist als Teil des Wellenleiterelements realisierbar. Die Strahlformungseinrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Mikrolinsen umfassen. Das Strukturelement kann als mechanisches Strukturteil ausgeformt sein, auf dem alle anderen Komponenten der Vorrichtung befestigt sein können, beispielsweise mittels eines Lötprozesses oder mittels eutektischen Bondens.
Gemäß einer Ausführungsform können der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter einmodig ausgeführt sein. Zudem können in dem Auskoppelbereich ausgeformte Enden des ersten Wellenleiters und des zweiten Wellenleiters unterschiedlich beabstandet zu der Strahlformungseinrichtung angeordnet sein. Die Einmodigkeit des ersten und zweiten Wellenleiters ist vorteilhaft, da dadurch eine Verteilung von am Wellenleiterende abgestrahlten Lichts nicht von den Eigenschaften der Lichtquelle abhängt. Somit wirken sich Fertigungstoleranzen der Lichtquelle nicht auf die abgestrahlte Lichtverteilung aus, was für die Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit einem miniaturisierten Projektor vorteilhaft ist, da in diesem Fall die verschiedenen Strahlen dieselben Strahlparameter (Ursprung, Richtung, Durchmesser und Divergenzwinkel) aufweisen, was vorteilhafterweise ermöglicht, ein gemeinsames optisches Element wie beispielsweise eine Strahlformungseinrichtung für das ausgekoppelte Licht der Wellenleiter zu verwenden, um den mehrfarbigen Lichtstrahl zu formen. Der unterschiedliche Abstand der Enden des ersten und des zweiten Wellenleiters ist vorteilhaft in Bezug auf eine Justagetoleranz der Strahlformungseinrichtung. Durch eine definierte Beabstandung der Relativpositionen der Enden der Wellenleiter kann die Justierung zwischen der Strahlformungseinrichtung und den Wellenleitern vorteilhafterweise anhand einer Justierung des Freiheitsgrads zwischen der Strahlformungseinrichtung und dem Wellenleiterelement erfolgen, eine Justierung zwischen der Strahlformungseinrichtung und den einzelnen Wellenleitern ist in diesem Fall nicht erforderlich, was vorteilhafterweise kostensparend ist.
Der erste Wellenleiter und zusätzlich oder alternativ der zweite Wellenleiter können gemäß einer Ausführungsform als Streifenwellenleiter, als Rippenwellenleiter oder als zylindrischer Wellenleiter ausgeformt sein. Das Profil der Wellenleiter kann dabei vorteilhafterweise einer Ausführung eines Materials des Wellenleiterelements und eines Materials der in dem Wellenleiterelement ausgeformten Wellenleiter entsprechen, um eine Einmodigkeit der Wellenleiter zu erreichen. Zudem kann eine Querschnittsform der Wellenleiter dadurch entsprechend einer Farbe der Lichtquelle des von dem Wellenleiter zu leitenden Lichts ausgewählt werden. In Verbindung mit der bestimmten Positionierung der Enden der Wellenleiter wie obenstehend beschrieben kann dadurch vorteilhafterweise eine Strahldivergenz des zu formenden mehrfarbigen Lichtstrahls für alle Farben gleich eingestellt werden.
Das Wellenleiterelement kann gemäß einer Ausführungsform als optischer Chip ausgeführt sein. Dabei kann das Wellenleiterelement beispielsweise als photonische integrierte Schaltung (photonic integrated circuit) realisiert werden. Die Verwendung eines optischen Chips als Wellenleiterelement ermöglicht vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise der Vorrichtung.
Zudem kann das Wellenleiterelement gemäß einer Ausführungsform ein erstes Einkoppelelement zum Einkoppeln von Licht aus der ersten Lichtquelle in den ersten Wellenleiter ausformen. Zusätzlich oder alternativ kann das Wellenleiterelement ein zweites Einkoppelelement zum Einkoppeln von Licht aus der zweiten Lichtquelle in den zweiten Wellenleiter ausformen. Das Einkoppelelement kann als Teil des Wellenleiterelements ausgeformt sein, und zusätzlich oder alternativ zwischen der Lichtquelle und dem Wellenleiterelement angeordnet sein. Das Einkoppelelement kann beispielsweise durch eine bestimmte Ausformung eines Anfangs des Wellenleiters ausgeformt sein, beispielsweise durch eine trichterförmige Ausformung, oder durch die Einbettung eines Elements wie einen Gitterkoppler. Durch eine Verwendung des Einkoppelelements kann vorteilhafterweise eine Positionstoleranz der Lichtquellen zum Wellenleiterelement von mehreren Mikrometern erreicht werden, wodurch eine Montage des Wellenleiterelements mittels eines Bestückungsautomaten realisierbar ist. Bei einer schwachen Lichtquelle kann es zudem vorteilhaft sein, das Einkoppelelement auf eine besonders hohe Effizienz auszulegen. Bei einer starken Lichtquelle kann es vorteilhaft sein, das Einkoppelelement so auszulegen, dass ein Teil der Lichtleistung reflektiert oder absorbiert wird, um eine Sicherheit der Vorrichtung in Bezug auf einen augensicheren Betrieb eines Projektors mit einer solchen Lichtquelle zu erhöhen.
Die Strahlformungseinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform zumindest eine Mikrolinse und eine Korrekturplatte zum Korrigieren eines Brennpunkts der Mikrolinse umfassen. Bei der Korrekturplatte kann es sich beispielsweise um eine weitere Mikrolinse mit geringer Brechkraft handeln. Zum Korrigieren des Brennpunkts kann beispielsweise eine Mikrolinse in die Vorrichtung integriert werden, und nach einer Messung der Strahldivergenz des geformten mehrfarbigen Lichtstahls kann eine entsprechend korrigierende Korrekturplatte eingesetzt werden, um die Strahldivergenz zu korrigieren. Dies ist vorteilhafterweise kostengünstig. Die Strahlformungseinrichtung kann auch eine Mehrzahl an Mikrolinsen aufweisen, in diesem Fall kann mittels der Korrekturplatte der Brennpunkt der Strahlformungseinrichtung korrigiert werden.
Die Vorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform auch ein Ansteuerelektronikelement aufweisen. Das Ansteuerelektronikelement kann auf dem Strukturelement angeordnet sein. Zudem kann das Ansteuerelektronikelement signalübertragungsfähig mit der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle verbunden sein. Das Ansteuerelektronikelement kann als integrierter Schaltkreis, beispielsweise als anwenderspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit) realisiert sein. Das Ansteuerelektronikelement kann aus mehreren Teilen bestehen, beispielsweise einem digitalen Logikbaustein und einem Digital-Analog-Wandler. Für eine schnelle Signalanstiegszeit ist es vorteilhaft, kurze elektrische Verbindungen zwischen dem Ansteuerelektronikelement und Lichtquellen auszuformen. Dazu können die Lichtquellen beispielsweise auf dem Ansteuerelektronikelement in Form einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung aufgelötet werden. Vorteilhafterweise kann so eine Signalübertragungsgeschwindigkeit erhöht werden.
Auch kann die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine dritte Lichtquelle aufweisen. Das Wellenleiterelement kann in diesem Fall einen dritten Wellenleiter zum Leiten von Licht aus der dritten Lichtquelle ausformen, und der Auskoppelbereich kann zusätzlich zum Auskoppeln von Licht aus dem dritten Wellenleiter ausgeformt sein. Ausführungsformen der dritten Lichtquelle und des dritten Wellenleiters können entsprechend den obenstehend beschriebenen Ausführungsformen der ersten und zweiten Lichtquelle und des ersten und zweiten Wellenleiters ausgeführt sein. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung mit der dritten Lichtquelle als Rot-Grün-Blau-Lichtquellenmodul für den Projektor ausgeführt sein. Die Vorrichtung kann auch eine Vielzahl an Lichtquellen aufweisen, für die jeweils ein weiterer Wellenleiter in dem Wellenleiterelement ausgeformt sein kann.
Die Vorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform kleiner als 8 Millimeter sein. Dabei kann eine Länge, Höhe oder Breite der Vorrichtung kleiner als 8 Millimeter sein, oder die Vorrichtung kann eine Abmessung von weniger als 8 Kubikmillimeter aufweisen. Die Vorrichtung kann beispielsweise auf einem Bauraum von 5 Millimeter × 5 Millimeter × 5 Millimeter realisiert werden. Somit kann jeder der Wellenleiter beispielsweise eine Länge von weniger als 8 Millimeter aufweisen. Damit ist vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise der Vorrichtung zur Verwendung für einen hochauflösenden miniaturisierten Projektor möglich. Dies ist gegenüber einer Zusammenführung verschiedenfarbiger Lichtquellen zu einem Strahl mittels semitransparenter Spiegel vorteilhaft, da eine solche Realisierung eine Abmessung von mehreren Zentimetern aufweist.
Mit diesem Ansatz wird zudem ein Projektor mit zumindest einer vorstehend genannten Vorrichtung vorgestellt. Der Projektor ist als miniaturisierter Projektor, beispielsweise als sogenannter hochauflösender Pico-Projektor, realisierbar und kann beispielsweise für eine Datenbrille oder ein tragbares Gerät verwendet werden. Die zumindest eine Vorrichtung kann als Lichtquelle des Projektors eingesetzt werden. Für eine Verwendung in Verbindung mit einer Datenbrille, die nach einem Prinzip der Retinaprojektion funktioniert, ist es zudem vorteilhaft, dass die Strahlparameter des mittels der Vorrichtung geformten Lichtstahls präzise mit einem Zielwert übereinstimmen können. Der Projektor kann zumindest ein Umlenkelement, beispielsweise einen verstellbaren Mikrospiegel aufweisen. Das Umlenkelement kann zum gesteuerten Umlenken des von der zumindest einen Vorrichtung bereitgestellten Lichtstrahls verwendet werden. Auf diese Weise können unter Verwendung einer einzigen Vorrichtung zeitlich nacheinander die Bildpunkte eines Bildes auf eine Projektionsfläche projiziert werden. Alternativ kann der Projektor eine Mehrzahl von Vorrichtungen aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass zeitlich parallel eine Mehrzahl von Bildpunkten des Bildes auf die Projektionsfläche projiziert werden können.
Es wird auch ein Verfahren zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Ausstrahlens, einen Schritt des Leitens und einen Schritt des Formens. Im Schritt des Ausstrahlens wird unter Verwendung einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle Licht ausgestrahlt. Im Schritt des Leitens wird unter Verwendung eines ersten Wellenleiters Licht von der ersten Lichtquelle geleitet. Zudem wird im Schritt des Leitens unter Verwendung eines zweiten Wellenleiters Licht von der zweiten Lichtquelle geleitet. Auch wird im Schritt des Leitens unter Verwendung eines Auskoppelbereichs Licht aus dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter ausgekoppelt. Der erste Wellenleiter, der zweite Wellenleiter und der Auskoppelbereich sind aus einem Wellenleiterelement ausgeformt. Im Schritt des Formens wird unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich ausgekoppelten Lichts mittels einer Strahlformungseinrichtung der mehrfarbige Lichtstrahl geformt.
Zudem wird mit diesem Ansatz ein Herstellverfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor vorgestellt. Das Herstellverfahren weist einen Schritt des Bereitstellens einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle, einen Schritt des Bereitstellens eines Wellenleiterelements, einen Schritt des Bereitstellens einer Strahlformungseinrichtung und einen Schritt des Anordnens auf. Im Schritt des Bereitstellens des Wellenleiterelements wird das Wellenleiterelement bereitgestellt, das einen ersten Wellenleiter zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle, einen zweiten Wellenleiter zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle und einen Auskoppelbereich zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter ausformt. Im Schritt des Bereitstellens der Strahlformungseinrichtung wird die Strahlformungseinrichtung bereitgestellt, die ausgebildet ist, um den mehrfarbigen Lichtstrahl unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich ausgekoppelten Lichts zu formen. Im Schritt des Anordnens werden die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle, das Wellenleiterelement und die Strahlformungseinrichtung auf einem Strukturelement angeordnet, um die Vorrichtung herzustellen. Dazu können die genannten Komponenten beispielsweise an das Strukturelement gelötet werden, oder mittels eutektischen Bondens befestigt werden.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 und 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a und 3b schematische Darstellungen eines Projektors gemäß Ausführungsbeispielen;
4 bis 6 eine schematische Darstellung eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 und 8 eine schematische Darstellung eines Wellenleiterelements einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 bis 11 eine schematische Darstellung eines Teils eines Wellenleiterelements einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 bis 15 eine schematische Darstellung eines Teils eines Wellenleiterelements mit einem Strahlparameter-Hilfselement einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 bis 18 eine schematische Darstellung eines Anfangs eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
19 bis 21 eine schematische Darstellung eines Einkoppelelements eines Wellenleiterelements einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
22 eine schematische Darstellung eines Wellenleiterelements und einer Strahlformungseinrichtung einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
23 bis 25 eine schematische Darstellung eines Endes eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
26 und 27 Kennlinien einer Intensitätsverteilung von Licht an einem Ende eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
28 eine schematische Darstellung eines Endes eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
29 bis 32 Kennlinien einer Intensitätsverteilung von Licht an einem Ende eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
33 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
34 ein Ablaufdiagramm eines Herstellverfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist eine Übersichtsdarstellung der Vorrichtung 100 gezeigt. Die Vorrichtung 100 umfasst eine erste Lichtquelle 105, eine zweite Lichtquelle 106 und gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner eine dritte Lichtquelle 107. Zudem umfasst die Vorrichtung 100 ein Wellenleiterelement 110, eine Strahlformungseinrichtung 115 und ein Strukturelement 120. Das Wellenleiterelement 110 formt einen ersten Wellenleiter 125 zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle 105, einen zweiten Wellenleiter 126 zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle 106, einen dritten Wellenleiter 127 zum Leiten von Licht der dritte Lichtquelle 107 und einen Auskoppelbereich 130 zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter 125, dem zweiten Wellenleiter 126 und dem dritten Wellenleiter 127 aus. Die Strahlformungseinrichtung 115 ist dazu ausgebildet, den mehrfarbigen Lichtstrahl unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich 130 ausgekoppelten Lichts zu formen. Auf dem Strukturelement 120 sind die erste Lichtquelle 105, die zweite Lichtquelle 106, die dritte Lichtquelle 107, das Wellenleiterelement 110 und die Strahlformungseinrichtung 115 angeordnet.
Das gezeigte rechtwinklige Koordinatensystem verdeutlicht beispielhaft die hier gezeigte schematische Anordnung der genannten Komponenten auf dem Strukturelement 120. Das Wellenleiterelement 110 ist in Bezug auf die x-Achse zwischen den Wellenleitern 125, 126, 127 und der Strahlformungseinrichtung 115 angeordnet. Das von den Lichtquellen 105, 106, 107 ausgegebene Licht wird von den Wellenleitern 125, 126, 127 in Richtung der x-Achse zur Strahlformungseinrichtung 115 geleitet. Dabei weisen die Wellenleiter 125, 127 jeweils einen gekrümmten Abschnitt auf, durch den ein Abstand der Wellenleiter 125, 126, 127 verringert wird. Die Lichtquellen 105, 106, 107 sind in Richtung der y-Achse nebeneinander angeordnet. Die z-Achse zeigt als Hochachse beispielhaft eine Höhe von Komponenten der Vorrichtung 100, die anhand nachfolgender Figuren detaillierter gezeigt ist.
Die Vorrichtung 100 umfasst gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel auch ein optionales Ansteuerelektronikelement 135. Das Ansteuerelektronikelement 135 ist auf dem Strukturelement 120 angeordnet und signalübertragungsfähig mit der ersten Lichtquelle 105, der zweiten Lichtquelle 106 und der dritten Lichtquelle 107 verbunden. Das Ansteuerelektronikelement 135 ist ausgebildet, um die Lichtquellen 105, 106, 107 anzusteuern, also beispielsweise an- oder auszuschalten und optional eine Lichtintensität des von den Lichtquellen 105, 106, 107 ausgesendeten Lichts einzustellen.
Das Ansteuerelektronikelement 135 für die Lichtquellen 105, 106, 107 ist beispielsweise als integrierter Schaltkreis, beispielsweise als anwenderspezifisches integriertes Schaltelement (ASIC) realisierbar. Zudem ist das Ansteuerelektronikelement 135 einteilig oder mehrteilig ausführbar, es kann beispielsweise einen digitalen Logikbaustein und einem Digital-Analog-Wandler aufweisen. Je nach Auflösung des Projektors, in die die Vorrichtung 100 eingesetzt wird, ist eine schnelle Ansteuerelektronik erforderlich, denn Pixelraten können mehrere 100 MHz bis einige GHz betragen. Daher ist es vorteilhaft, die elektrischen Verbindungen zwischen dem Ansteuerelektronikelement 135 und den Lichtquellen 105, 106, 107 für schnelle Signalanstiegszeiten kurz auszulegen. Dazu können die Lichtquellen 105, 106, 107 beispielsweise direkt auf ein anwenderspezifisches integriertes Schaltelement als Ansteuerelektronikelement 135 aufgelötet werden.
Zudem formt das Wellenleiterelement 110 gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein erstes Einkoppelelement 140 zum Einkoppeln von Licht aus der ersten Lichtquelle 105 in den ersten Wellenleiter 125 aus. Zusätzlich formt das Wellenleiterelement 110 ein zweites Einkoppelelement 141 zum Einkoppeln von Licht aus der zweiten Lichtquelle 106 in den zweiten Wellenleiter 126 und ein drittes Einkoppelelement 142 zum Einkoppeln von Licht aus der dritten Lichtquelle 107 in den dritten Wellenleiter 127 aus. Das Verwenden von Einkoppelelementen 140, 141, 142 ist vorteilhaft, um das Licht mit einer wohldefinierten Effizienz von den Lichtquellen 105, 106, 107 in die Wellenleiter 125, 126, 127 einzukoppeln.
Als Lichtquellen 105, 106, 107 sind kantenemittierende Laserdioden (beispielsweise DFB- und DBR-Laser), kantenemittierende Superlumineszenz-LEDs oder vertikal emittierende Laserdioden (sogenannte VCSEL) einsetzbar. Auch eine Kombination von verschiedenen Lichtquellentypen ist verwendbar, beispielsweise um verschiedene Wellenlängen miteinander zu kombinieren, die üblicherweise auf unterschiedlichen Halbleitertechnologien basieren. Die Lichtquellen 105, 106, 107 sind beispielsweise als Chips mit Außenmaßen von ca. 500 µm × 500 µm × 100 µm (Länge × Breite × Höhe) erhältlich. Die Vorrichtung 100 umfasst zwei oder mehr Lichtquellen 105, 106, 107.
Das Strukturelement 120 ist als mechanisches Strukturteil ausführbar und erfüllt zudem die Funktion einer Wärmesenke für eine thermische Verlustleistung der Lichtquellen 105, 106, 107 und des Ansteuerelektronikelements 135. Die auf dem Strukturelement 120 anzuordnenden Komponenten der Vorrichtung 100 werden mittels eines stabilen Befestigungsverfahrens, beispielsweise Lötprozesse und eutektisches Bonden, an dem Strukturelement 120 befestigt. Beispielsweise ist das Strukturteil als eine Leiterplatte realisiert.
Die Strahlformungseinrichtung 115 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine Mikrolinse oder eine Kombination von Mikrolinsen realisiert. Die Strahlformungseinrichtung 115 ist dazu ausgebildet, einen bestimmten Strahldurchmesser und eine bestimmte Strahldivergenz zu erzeugen, je nach Verwendung der Vorrichtung 100 für den Projektor. Bei einem miniaturisierten Projektionssystem ist die erforderliche Strahldivergenz oft sehr klein, das heißt, es wird ein paralleler oder nahezu paralleler Strahl gewünscht.
Die Vorrichtung 100 ist verwendbar, um verschiedenfarbige Halbleiterlichtquellen, die Lichtquellen 105, 106, 107 mit einer Ansteuerelektronik, dem Ansteuerelektronikelement 135 und mit mikrooptischen Bauelementen wie dem Wellenleiterelement 110, den Wellenleitern 125, 126, 127 und der Strahlformungseinrichtung 115 auf kompaktem Bauraum dergestalt zu integrieren, dass ein mehrfarbiger, hochfrequent modulierbarer und geometrisch präzise definierter Lichtstrahl mit hoher Strahlqualität bereitgestellt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 kleiner als 8 Millimeter. Die Vorrichtung 100 ist beispielsweise in einem Bauraum kleiner als 5 Millimeter × 5 Millimeter × 5 Millimeter realisierbar. Durch die Ausformung der Wellenleiter 125, 126, 127, die nicht als Glasfasern ausgeführt sind, sondern in dem Wellenleiterelement 110 der Vorrichtung 100 ausgeformt sind, ist die genannte Miniaturisierung der Vorrichtung 100 möglich. Dabei ist das Wellenleiterelement 110 optional als optischer Chip, beispielsweise als photonische integrierte Schaltung realisiert.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier gezeigte Übersichtsdarstellung der Vorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen 1, zusätzlich ist beispielhaft für die erste Lichtquelle 105 ein Strahlengang von Licht gezeigt. Von der ersten Lichtquelle 105 wird ein Lichtstrahl 205 ausgegeben. Der Lichtstrahl 205 wird mittels des ersten Einkoppelelements 140 in den ersten Wellenleiter 125 eingekoppelt und in Richtung des Auskoppelbereichs 130 des Wellenleiterelements 110 geleitet. Ein von dem ersten Wellenleiter 125 aus dem Auskoppelbereich 130 ausgekoppelter Lichtstrahl 210 strahlt in Richtung der Strahlformungseinrichtung 115.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Strahlformungseinrichtung 115 zumindest eine Mikrolinse 215 und eine Korrekturplatte 216 zum Korrigieren eines Brennpunkts der Mikrolinse 215. Aus dem aus dem Auskoppelbereich 130 ausgekoppelten Lichtstrahl 210 formt die Strahlformungseinrichtung 115 einen Lichtstrahl 220 für einen Projektor. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur die erste Lichtquelle 105 aktiv, sodass der Lichtstrahl 220 als einfarbiger Lichtstrahl bereitgestellt wird. Wenn zudem die zweite Lichtquelle 106 und zusätzlich oder alternativ die dritte Lichtquelle 107 aktiv ist, wird das aus dem Auskoppelbereich 130 ausgekoppelte Licht zusammengeführt und der Lichtstrahl 220 wird als mehrfarbiger Lichtstrahl 220 bereitgestellt.
3a zeigt eine schematische Darstellung eines Projektors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Projektor 300 umfasst eine einzige Vorrichtungen 100, wie sie anhand der vorstehend genannten Figuren beschrieben ist. Der Projektor 300 ist ausgebildet, ein Bild auf die Projektionsfläche 305 zu projizieren. Der Projektor 300 weist dazu ein bewegliches Umlenkelement 306 auf, das ausgebildet ist, um einen von der Vorrichtung 100 bereitgestellten Lichtstrahl 220 so abzulenken, dass der Lichtstrahl 220 als ein Projektionsstrahl 307 einen Bildpunkt des Bildes an die Projektionsfläche 305 projiziert. Durch eine geeignete Ansteuerung der Vorrichtung 100 und des beweglichen Umlenkelements 306 können die Bildpunkte des Bildes zeitlich nacheinander, beispielsweise zeilenweise, an die Projektionsfläche 305 projiziert werden. Beispielsweise ist das bewegliche Umlenkelement 306 als Mikrospiegel, beispielsweise in Form eines MEMS-Mikrospiegel ausgeführt, welcher den Lichtstrahl 220 ablenkt. Somit kann eine als Lichtquellenmodul dienende Vorrichtung 100 auf einen MEMS-Mikrospiegel leuchten, der als Strahlablenkeinheit dient. Anstelle eines beweglichen Umlenkelements 306 kann ein anderes geeignetes Umlenkelement zum gesteuerten Umlenken des Lichtstrahls 220 eingesetzt werden.
3b zeigt eine schematische Darstellung eines Projektors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Projektor 300 umfasst eine Mehrzahl an Vorrichtungen 100, wie sie anhand der vorstehend genannten Figuren beschrieben sind. Der Projektor 300 ist ausgebildet, ein Bild auf die Projektionsfläche 305 zu projizieren. Jede Vorrichtung 100 stellt eine Lichtquelle des Projektors 300 dar, um einen Bildpunkt des Bildes an die Projektionsfläche 305 zu projizieren. Der Projektor 300 ist ausgebildet, aus den von den Vorrichtungen 100 bereitgestellten mehrfarbigen Lichtstrahlen 220 einen Projektionsstrahl 310 zu formen, um das Bild zu projizieren.
Die anhand der 3a und 3b gezeigten Projektoren 300 sind als miniaturisierter Projektor, beispielsweise als Pico-Projektor realisierbar und beispielsweise für Datenbrillen oder tragbare Geräte einsetzbar.
Die Verwendung eines integrierten Wellenleiterelements in einer Vorrichtung 100 ermöglicht zudem, geometrischen Toleranzen der Lichtquellen der Vorrichtungen 100 von den geometrischen Toleranzen des durch die Vorrichtung 100 bereitgestellten Lichtstrahls 220 zu entkoppeln. Somit wirken sich die geometrischen Toleranzen der Lichtquellen weniger kritisch auf die Präzision des Lichtstrahls 220 aus. Durch diese Eigenschaften - den besonders kleinen Bauraum, eine Anpassbarkeit der Strahlparameter und die geringeren Anforderungen an die geometrischen Toleranzen der Lichtquellen ist die Vorrichtung 100 als mehrfarbiges Lichtquellenmodul für hochauflösende Pico-Projektoren wie den hier gezeigten Projektor 300 einsetzbar. Im Fall der Verwendung des Projektors 300 für eine Datenbrille, die nach dem Prinzip der Retinaprojektion funktioniert, ist zusätzlich vorteilhaft, dass die Strahlparameter des Lichtstrahls 220 präzise mit einem bestimmten Zielwert übereinstimmen.
Die 4 bis 6 zeigen je eine schematische Darstellung eines Wellenleiters 125 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Beispielshaft ist dabei der in 1 gezeigte erste Wellenleiter als Querschnitt gezeigt. Alternativ kann es sich hier und in den folgenden Figuren auch um eine Darstellung des in 1 gezeigten zweiten oder dritten Wellenleiter handeln.
Es ist jeweils ein Querschnitt durch ein Profil des Wellenleiters 125 gezeigt, der in dem Wellenleiterelement 110 ausgeformt ist. Der Wellenleiter 125 ist durch ein Kernmaterial 405 ausgeformt, das in einem Mantelmaterial 410 des Wellenleiterelements 110 eingebettet ist. Der Wellenleiter 125 ist beispielhaft als dielektrischer Wellenleiter ausgeführt, bei dem ein Kern mit höherem Brechungsindex aus dem Kernmaterial 405 von einem Mantel mit niedrigerem Brechungsindex aus dem Mantelmaterial 410 umgeben ist. Als Mantelmaterial 410 für das Wellenleiterelement 110 kann beispielsweise Siliziumdioxid verwendet werden, mit Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid oder Lithiumniobat als Kernmaterial 405 für den Wellenleiter 125. Alternativ kann auch ein Polymer oder ein Hybridpolymer als Mantelmaterial 410 verwendet werden, in diesem Fall ist der Wellenleiter 125 durch ein lithografisches Belichtungsverfahren in dem Wellenleiterelement 110 ausformbar. Der Wellenleiter 125 ist gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen als Streifenwellenleiter oder als Rippenwellenleiter oder als zylindrischer Wellenleiter ausgeformt.
4 zeigt den Wellenleiter 125 in der Ausformung des Streifenwellenleiters. Als Stufenwellenleiter weist der Wellenleiter 125 eine rechteckige Form auf. Dabei ist eine Ausdehnung einer Breite b des Wellenleiters 125 mehr als doppelt so lang als eine Höhe h des Wellenleiters 125 als Stufenwellenleiter, wobei die Höhe h in einer Erstreckungsrichtung der z-Achse gezeigt ist.
5 zeigt den Wellenleiter 125 in der Ausformung des Rippenwellenleiters. Als Rippenwellenleiter weist der Wellenleiter 125 eine abgestufte Form auf. Der Wellenleiter 125 weist die Form einer Siegertreppe mit drei Stufenebenen auf, wobei die beiden seitlichen Stufen gleich hoch sind. Dabei sind die seitlichen Stufen in einer Höhe H abgestuft, und die obere Stufe weist eine Breite B auf. Die Stufen weisen eine vergleichbare Breite B auf.
6 zeigt den Wellenleiter 125 in der Ausformung des zylindrischen Wellenleiters, entsprechend weist der Wellenleiter 125 eine zylindrische Form mit einem Durchmesser d auf. Die Realisierung des Wellenleiters 125 als zylindrischer Wellenleiter ist bei einer Ausformung des Mantelmaterials 410 aus einem Polymer oder Hybridpolymer vorteilhaft.
7 und 8 zeigt je eine schematische Darstellung eines Wellenleiterelements 110 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist jeweils der Verlauf des ersten Wellenleiters 125, des zweiten Wellenleiters 126 und des dritten Wellenleiters 127 in dem Wellenleiterelement 110 gezeigt. In 8 weisen die Wellenleiter 125, 126, 127 zusätzlich jeweils das Einkoppelelement 140, 141, 142 auf. Die hier gezeigten Ausführungsbeispiele der in dem Wellenleiterelement 110 ausgeformten Wellenleiter 125, 126, 127 verdeutlichen beispielhaft Abstände zwischen den einzelnen Wellenleitern 125, 126, 127.
Die Wellenleiter 125, 126, 127 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel einmodig ausgeführt. Zudem sind in dem Auskoppelbereich 130 ausgeformte Enden des der Wellenleiter 125, 126, 127 unterschiedlich beabstandet zu der Strahlformungseinrichtung angeordnet. Das Wellenleiterelement 110 hat die Aufgabe, für jede Lichtquelle einen Wellenleiter 125, 126, 127 bereitzustellen, der das Licht mit einer definierten Effizienz einfängt. Die Wellenleiter 125, 126, 127 sind dazu auf dem Wellenleiterelement 110 voneinander getrennt ausgeformt und führen zum Auskoppelbereich 130, wo sie nahe benachbart angeordnet sind und das Licht in definierter Weise auf die Strahlformungseinrichtung lenken. Das Wellenleiterelement 110 und die Wellenleiter 125, 126, 127 sind dazu integriert, also in einem einzigen Bauelement hergestellt, und nicht aus verschiedenen Bauteilen zusammengesetzt, was vorteilhafterweise kostengünstig ist und eine kompakte Bauweise ermöglicht. Der erste Wellenleiter 125 weist einen ersten Abstand zum zweiten Wellenleiter 126 auf, der sich ausgehend von dem Einkoppelelement 140 in Richtung des Auskoppelbereichs 130 verringert. Der zweite Wellenleiter 126 weist einen zweiten Abstand, der beispielsweise gleich groß wie der erste Abstand ist, zu dem dritten Wellenleiter 127 auf, der sich ausgehend von dem Einkoppelelement 140 in Richtung des Auskoppelbereichs 130 verringert. An einem Anfang der Wellenleiter 125, 126, 127 ist der Abstand zwischen den einzelnen Wellenleitern 125, 126, 127 beispielsweise durch eine Ausdehnung und Beabstandung der Lichtquellen 140, 141, 142 definiert, in einem Abschnitt in Richtung des Auskoppelbereichs 130 verringert sich der Abstand, beispielsweise zu einem physikalisch minimal möglichen Abstand. Zusätzlich ist die Querschnittsform und Position der Wellenleiterenden variabel und individuell an die einzelnen Lichtquellen 140, 141, 142, beispielsweise an Farben der Lichtquellen 140, 141, 142, anpassbar, wodurch erreicht wird, dass der zu formende mehrfarbige Lichtstrahl für jede Farbe bestimmte Strahlparameter aufweist. Insbesondere ist die Strahldivergenz für alle Farben gleich wählbar. Die hier gezeigten Wellenleiter 125, 126, 127 weisen entsprechend unterschiedliche Längen und damit unterschiedliche Positionen der Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 auf. Somit sind die Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 unterschiedlich weit von einem der Strahlformungseinrichtung zugewandten Ende des Wellenleiterelement 110 oder unterschiedlich weit von der Strahlformungseinrichtung entfern angeordnet.
Die Einmodigkeit der Wellenleiter 125, 126, 127 ist vorteilhaft, da dadurch eine Verteilung des an einem Ende des Wellenleiters 125, 126, 127 abgestrahlten Lichts nicht von den Eigenschaften der Lichtquelle abhängt. Somit wirken sich Fertigungstoleranzen der Lichtquelle nicht auf die abgestrahlte Lichtverteilung aus, was für die Verwendung der Vorrichtung in einem Projektor vorteilhaft ist, denn wenn all diese Strahlen dieselben Strahlparameter (Ursprung, Richtung, Durchmesser und Divergenzwinkel) besitzen, wird von alle folgenden optischen Elementen wie der Strahlformungseinrichtung nur ein einziges Exemplar benötigt. Die Identität von Strahlparametern lässt sich erreichen, indem die Profile der Wellenleiter 125, 126, 127 an die einzelnen Wellenlängen angepasst werden - je größer die Wellenlänge, umso größer werden Höhe und Breite des jeweiligen Wellenleiters 125, 126, 127 gewählt, außerdem kann das Wellenleiterende geformt und mit weiteren Hilfselementen versehen werden, beispielsweise durch eine trichterförmige Verbreiterung oder Verjüngung des 125, 126, 127, eine Einbettung in einen größeren Wellenleiter, Mikrolinsen, Mikrospiegel oder Kombinationen davon, wie anhand nachfolgender Figuren gezeigt. Die Identität der Strahlursprünge ist aufgrund der getrennt gehaltenen Wellenleiter 125, 126, 127 nicht vollständig erreichbar, aber durch die enge Beabstandung der Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 wie sie näherungsweise realisiert. Der minimale Abstand zwischen zwei Wellenleitern 125, 126, 127 ist durch den Brechungsindexkontrast zwischen Kernmaterial und Mantelmaterial des Wellenleiterelements 110 bestimmt. Je höher dieser Brechungsindexkontrast, umso kleiner ist der minimale Abstand zwischen den Wellenleitern 125, 126, 127. Gleichzeitig beeinflusst der Brechungskontrast auch die Divergenzwinkel, dies ist detaillierter anhand nachfolgender Figuren beschrieben.
Die 9 bis 11 zeigen je eine schematische Darstellung eines Teils eines Wellenleiterelements 110 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Teil des Wellenleiterelements 110 sind Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 und der Auskoppelbereich 130 gezeigt.
9 zeigt beispielhafte Positionen und Profile der Wellenleiter 125, 126, 127. Der erste Wellenleiter 125 weist eine Breite b1 auf, die größer ist als eine Breite b2 des zweiten Wellenleiters 126. Eine im Vergleich kleinste Breite b3 weist der dritte Wellenleiter 127 auf. Das Ende des ersten Wellenleiters 125 ragt weiter in den Auskoppelbereich 130 hinein als das Ende des zweiten Wellenleiters 126, am weitesten reicht das Ende des dritten Wellenleiters 127 in den Auskoppelbereich hinein. Die unterschiedlichen Positionen der Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 und die unterschiedlichen Profilabmessungen ermöglichen eine Angleichung der Strahlparameter des durch die Wellenleiter 125, 126, 127 geleiteten Lichts, was vorteilhaft in Bezug auf einen gleichmäßigen Strahlendurchmesser und die Strahldivergenz des zu formenden mehrfarbigen Lichtstrahls ist. Je größer die Wellenlänge des durch den Wellenleiter 125, 126, 127 zu leitenden Lichts ist, desto größer werden Höhe und Breite b1, b2, b3 des jeweiligen Wellenleiters 125, 126, 127 gewählt.
10 zeigt Positionen und Profile der Wellenleiter 125, 126, 127, die den anhand von 9 beschriebenen Ausführungsbeispielen ähneln, so entspricht auch die je unterschiedliche Breite b1, b2, b3 der hier gezeigten Wellenleiter 125, 126, 127 dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich weisen die Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils eine Verjüngung auf. Die Verjüngungen der Wellenleiter 125, 126, 127 sind unterschiedlich ausgeprägt. Auch die Verjüngung der Wellenleiter 125, 126, 127 ist für eine angestrebte Identität der Strahlparameter des durch die Wellenleiter 125, 126, 127 geleiten Lichts vorteilhaft.
11 zeigt Querschnitte der Profile der Wellenleiter 125, 126, 127, entsprechend ist hier eine Höhe H des Wellenleiterelements 110 markiert. Die hier gezeigten Profile der Wellenleiter 125, 126, 127 unterscheiden sich: Der erste Wellenleiter 125 ist als flaches Rechteck ausgeformt, und weist eine Breite b1 auf, die zumindest doppelt so lang ist wie eine Höhe h1 des ersten Wellenleiters 125. Der zweite Wellenleiter 126 weist ein nahezu quadratisches Profil auf, eine Höhe h2 des zweiten Wellenleiters 126 entspricht annähernd einer Breite b2 des zweiten Wellenleiters 126. Der dritte Wellenleiter 127 ist als hohes Rechteck ausgeführt, eine Höhe h3 des dritten Wellenleiters 127 ist mehr als doppelt so lang wie eine Breite b3. Auch die unterschiedliche Ausprägung der Querschnitte der Wellenleiter 125, 126, 127 ist für die Angleichung der Strahlparameter vorteilhaft.
Die 12 bis 15 zeigen je eine schematische Darstellung eines Teils eines Wellenleiterelements 110 mit einem Strahlparameter-Hilfselement einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Teil des Wellenleiterelements 110 sind Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 und der Auskoppelbereich 130 gezeigt. Als Strahlparameter-Hilfselement ist in den 12 und 13 eine Mikrolinse 1205 und in den 14 und 15 ein Mikrospiegel 1405 an dem Wellenleiterelement 110 gezeigt. Das Strahlparameter-Hilfselement ist dazu ausgebildet, eine Angleichung der Strahlparameter der durch die Wellenleiter 125, 126, 127 geleiteten Strahlen zu erreichen.
12 zeigt eine Aufsicht auf das Wellenleiterelement 110. Die Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 weisen eine Verjüngung auf. Die Breite b1, b2 und b3 der Wellenleiter 125, 126, 127 ist zudem unterschiedlich, wie anhand von 9 und 10 beschrieben. Angrenzend an den Auskoppelbereich 130 an einem Ende des Wellenleiterelements 110 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mikrolinse angeordnet. Durch die hier gezeigte Variation der Breite b1, b2, b3 der Wellenleiter 125, 126, 127 sowie das Anordnen der Mikrolinse 1205 wird eine Angleichung der Strahlparameter der Wellenleiter 125, 126, 127 erreicht.
13 zeigt eine Schnittdarstellung des in 12 gezeigten Ausführungsbeispiels. Es ist die Höhe H des Wellenleiterelements 110 gezeigt, sowie die Höhe h3 des dritten Wellenleiters 127. Die Höhe H zeigt die Höhe des Mantelmaterials 410 des Wellenleiterelements 110. Das Mantelmaterial 410 wird gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als ein zusätzlicher größerer Wellenleiter für die in das Wellenleiterelement 110 eingebetteten Wellenleiter 127 genutzt, die in den Auskoppelbereich im Mantelmaterial 410 des Wellenleiterelements 110 münden. Das Mantelmaterial 410 beeinflusst hier die Strahlparameter des aus den Wellenleitern 127 ausgekoppelten Lichts, was zu einer Angleichung der Strahlparameter beiträgt.
14 zeigt eine Aufsicht auf das Wellenleiterelement 110. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel ähnelt in der Ausformung und Position der Wellenleiter 125, 126, 127 dem anhand von 12 beschriebenen Ausführungsbeispiel, mit der entsprechenden je unterschiedlichen Breite b1, b2, b3 und der Wellenleiter 125, 126, 127 und der Verjüngung an dem Ende jedes Wellenleiters 125, 126, 127. Angrenzend an den Auskoppelbereich 130 ist hier aber der Mikrospiegel 1405 angeordnet, der dazu ausgeformt ist, die Strahlparameter des durch die Wellenleiter 125, 126, 127 geleiteten Lichts anzugleichen.
15 zeigt eine Schnittdarstellung des in 14 gezeigten Ausführungsbeispiels. Es ist die Höhe H des Wellenleiterelements 110 gezeigt, sowie die Höhe h3 des dritten Wellenleiters 127. Zudem ist hier die Ausformung des Mikrospiegels 1405 erkennbar. Der Mikrospiegel ist als rechtwinkliges Dreieck ausgeführt, wobei die Hypotenuse des Dreiecks in der Erstreckungsrichtung der z-Achse verläuft.
Die 16 bis 18 zeigt je eine schematische Darstellung eines Anfangs eines Wellenleiters 125, hier ebenfalls lediglich beispielshaft des in 1 gezeigten ersten Wellenleiters, einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Anfang des gezeigten Wellenleiters 125 ist ausgeformt, von der Lichtquelle bereitgestelltes Licht einzukoppeln. Durch die hier gezeigten Ausformungen des Anfangs des Wellenleiters 125 sowie durch Einkoppelelemente, wie sie anhand der 19 bis 21 gezeigt sind, ist es möglich, Positionstoleranzen der Lichtquellen zum Wellenleiterelement und damit zum Wellenleiter 125 einzustellen. Es ist vorteilhaft, wenn die Positionstoleranzen mehrere Mikrometer groß sind, um sie mittels eines Bestückungsautomaten realisieren zu können. Eine unterschiedliche Ausformung des Anfangs des Wellenleiters 125 ist vorteilhaft, um das Licht mit einer wohldefinierten Effizienz von den Lichtquellen in die Wellenleiter 125 einzukoppeln.
16 zeigt als Anfang des Wellenleiters 125 eine über die Länge des Wellenleiters 125 gleichmäßig verlaufende Höhe und Breite, die gegenüber dem weiteren Verlauf des Wellenleiters 125 nicht verändert ist, es ist also keine Verjüngung oder Verbreiterung am Anfang des Wellenleiters 125 ausgeformt.
17 zeigt eine trichterförmige Verbreiterung am Anfang des Wellenleiters 125. Die Breite des Wellenleiters 125 ist am Anfang und ein Vielfaches größer als im weiteren Verlauf des Wellenleiters 125, beispielsweise wie hier gezeigt um ein 15-faches. Die hier gezeigte trichterförmige Verbreiterung kann auch als Einkoppelelement bezeichnet werden. Zusätzlich ist die trichterförmige Verbreiterung des Anfangs des Wellenleiters 125 mit einem Einkoppelelement kombinierbar, wie nachfolgend in 19 gezeigt.
18 zeigt eine Verjüngung am Anfang des Wellenleiters 125. Dazu ist der Wellenleiter 125 in Richtung des Anfangs spitz zulaufend ausgeformt, mit einer gleichmäßig verlaufenden Verjüngung. An einem Ende der Verjüngung des Wellenleiters 125 beträgt die Breite des Wellenleiters 125 beispielsweise ein Drittel der Breite im Vergleich zu dem weiteren Verlauf des Wellenleiters 125. Die hier Verjüngung kann auch als Einkoppelelement bezeichnet werden, oder ist mit anderen Einkoppelelementen, beispielsweise mit einer Verwendung einer Mikrolinse oder eines Mikrospiegels als Einkoppelelement oder einem in den nachfolgenden Figuren gezeigten Einkoppelelement wie einem Gitterkoppler kombinierbar.
Die 19 bis 21 zeigen je eine schematische Darstellung eines Einkoppelelements 140, 141, 142 eines Wellenleiterelements 110 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gemäß einem Ausführungsbeispiel formt das Wellenleiterelement 110 für den Wellenleiter 125, 126, 127 das Einkoppelelement 140, 141, 142 aus. Das Einkoppelelement 140, 141, 142 ist als Bereich des Wellenleiters 125, 126, 127, also auf dem Wellenleiterelement, realisierbar. Alternativ kann zwischen dem in dem Wellenleiterelement 110 eingebetteten Wellenleiter 125, 126, 127 und der Lichtquelle ein weiterer Wellenleiter als Einkoppelelement 140, 141, 142 angeordnet sein, wie anhand der 21 gezeigt.
19 zeigt beispielhaft den Wellenleiter 125 mit der trichterförmigen Verbreiterung am Anfang des Wellenleiters 125 und mit einem in dem Trichter eingebetteten Gitterkoppler als Einkoppelelement 140.
20 zeigt beispielhaft den Wellenleiter 125 mit einem bezüglich Höhe und Breite gleichmäßig verlaufendem Wellenleiter 125 ohne Verbreiterung oder Verjüngung am Anfang des Wellenleiters 125. Als Einkoppelelement 140 ist ein fokussierender Gitterkoppler gezeigt, der nicht als Teil des Wellenleiters 125 ausgeführt ist, sondern zu dem Anfang des Wellenleiters 125 beabstandet angeordnet ist.
21 zeigt eine Aufsicht auf das Wellenleiterelement 110, in dem die Wellenleiter 125, 126, 127 ausgeformt sind, und auf die Lichtquellen 105, 106, 107. Die Lichtquellen 105, 106, 107 sind auf einem Polymer 2105 angeordnet. Zudem ist das Polymer 2105 teilweise überlappend auf dem Wellenleiterelement 110 angeordnet, sodass je ein Anfang der Wellenleiter 125, 126, 127 von dem Polymer 2105 überdeckt ist. Jeweils zwischen der ersten Lichtquelle 105 und dem ersten Wellenleiter 125, der zweiten Lichtquelle 106 und dem zweiten Wellenleiter 126 sowie der dritten Lichtquelle 107 und dem dritten Wellenleiter 127 ist ein weiterer Wellenleiter als Einkoppelelement 140, 141, 142 angeordnet. Dazu werden die weiteren Wellenleiter als Einkoppelelement 140, 141, 142 beispielsweise über ein lithographisches Belichtungsverfahren in das Polymer 2105 oder alternativ in ein Hybridpolymer geschrieben. In diesem Fall sind die Positionstoleranzen der Lichtquellen 105, 106, 107 zum Wellenleiterelement 110 größer als bei ohne Wellenleiter als Einkoppelelement 140, 141, 142. Bei schwachen Lichtquellen 105, 106, 107 ist es vorteilhaft, die Einkoppelelemente 140, 141, 142 auf eine besonders hohe Effizienz auszulegen. Bei starken Lichtquellen 105, 106, 107 hingegen ist es vorteilhaft sein, die Einkoppelelemente 140, 141, 142 so auszulegen, dass sie einen definierten Teil der Lichtleistung reflektieren oder absorbieren. Dies kann bei einem Betrieb eines Projektors mit der Vorrichtung als Projektor-Lichtquelle die Sicherheit bezüglich eines Vermeidens von potentiellen Augenschäden erhöhen.
22 zeigt eine schematische Darstellung eines Wellenleiterelements 110 und einer Strahlformungseinrichtung 115 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Wellenleiterelement 110 umfasst hier den ersten Wellenleiter 125, den zweiten Wellenleiter 126 und den dritten Wellenleiter 127, die am Anfang jeweils eine trichterförmige Verbreiterung und einen Gitterkoppler als Einkoppelelement 140, 141, 142 aufweisen. Die Strahlformungseinrichtung 115 umfasst hier beispielhaft die Mikrolinse 215. In dieser Darstellung sind Justagetoleranzen δx, δy δz zwischen dem Wellenleiterelement 110 und der Mikrolinse 215 gezeigt. Zudem ist eine Brennweite f der Mikrolinse 215, eine Strahldivergenz δφ und ein Durchmesser des durch die Strahlformungseinrichtung 115 geformten Lichtstrahls 220 gezeigt. Die Justagetoleranz δy verkippt den Strahl, was für die hier beschriebene Anwendung jedoch unwesentlich ist. Die Justagetoleranz δx ändert die Strahldivergenz δφ. Miniaturisiert man die Vorrichtung, nimmt die Brennweite f ab, und die Empfindlichkeit der Strahldivergenz δφ auf die Toleranz δx steigt, wie die folgende Formel verdeutlicht: $δ φ = δ x * \frac{D}{2 f^{2}}$
Durch die Verwendung des integrierten Wellenleiterelements 110 sind die Relativpositionen der Enden der Wellenleiter 125, 126, 127, also die Abstände zueinander und die Länge der Wellenleiter 125, 126, 127, sehr präzise definiert. Aus diesem Grund reduziert sich das Justageproblem vorteilhafterweise auf einen einzigen Freiheitsgrad, nämlich δx.
Für eine geringe Strahldivergenz des Lichtstrahls 220 ist es vorteilhaft, wenn sich der Auskoppelbereich 130 mit den Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 im oder nahe am Brennpunkt der Strahlformungseinrichtung 115 befindet. Je kleiner die Vorrichtung ausgeführt ist, desto wichtiger ist diese Distanz. Im Gegensatz zu einer Realisierung mit Glasfasern ist es bei der hier gezeigten Vorrichtung eine Miniaturisierung, beispielsweise mit den genannten Abmessungen im Bereich von 5 Kubikmillimetern, als mehrfarbiges Lichtquellenmodul möglich. Dabei wird die hohe erreichbare Präzision von lithographisch realisierbaren integrierten Wellenleitern 125, 126, 127, in dem Wellenleiterelement 110 genutzt, um kostenintensive Toleranzprobleme zu vermeiden. Dazu werden die Relativpositionen der Enden der Wellenleiter 125, 126, 127 im Auskoppelbereich 130 durch ein integriertes Herstellungsverfahren des Wellenleiterelements 110 mit hoher Präzision realisiert. Dadurch ist nur noch das Einstellen eines einzigen Freiheitsgrads erforderlich: der Abstand f zwischen dem Strahlformungselement der Strahlformungseinrichtung 115 und dem Auskoppelbereich 130. Um auch dies kostengünstig zu realisieren, kann es vorteilhaft sein, die Strahlformungseinrichtung 115 in mehrere Subkomponenten aufzuteilen, wie dies beispielsweise anhand von 2 gezeigt ist. Insbesondere kann eine Mikrolinse verwendet werden, deren Brennweite zunächst nicht genau genug bekannt ist, und sie kann mit einem Verfahren in die Vorrichtung integriert werden, dessen Positionstoleranzen nicht gut genug sind, um die für den Projektor geforderte Strahldivergenz zu erreichen. Nach der Integration der Mikrolinse kann die tatsächlich erreichte Strahldivergenz gemessen werden, und eine passende Korrekturplatte - eine Linse mit geringer Brechkraft - kann hinter der Mikrolinse eingebracht werden, um den Fehler in der Strahldivergenz zu korrigieren. In dieser Realisierung besteht die Strahlformungseinrichtung 115 aus zwei Komponenten, nämlich der Mikrolinse und der Korrekturplatte.
Die 23 bis 25 zeigt je eine schematische Darstellung eines Endes eines Wellenleiters 125 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es sind je unterschiedliche Ansichten des Wellenleiters 125 gezeigt, die eine Beugung an einem Ende des Wellenleiters 125 verdeutlicht. Das Kernmaterial 405 des Wellenleiters 125 weist einen Brechungsindex n₁ auf, und das Mantelmaterial 410 des Wellenleiterelements 110 weist einen Brechungsindex n₂ auf.
23 zeigt eine Aufsicht auf das Ende des Wellenleiters 125. Da Ende des Wellenleiters 125 weist hier eine konusförmige Verjüngung auf. Es ist zudem die Breite b des Wellenleiters 125, und ein Abstand d zwischen dem Ende des Wellenleiters 125 in Richtung der Strahlformungseinrichtung und einem Ende des Wellenleiterelements 110 gezeigt.
24 zeigt einen Längsschnitt des in 23 gezeigten Ende des Wellenleiters 125. Es ist die Höhe h des Wellenleiters 125 gezeigt, sowie der Abstand d. Zusätzlich ist ein Abstand A zwischen einem unteren Ende des Wellenleiters 125 und des Wellenleiterelements 110 sowie ein Abstand B zwischen einem oberen Ende des Wellenleiters 125 und des Wellenleiterelements 110 gezeigt.
25 zeigt einen Querschnitt des in 23 gezeigten Ende des Wellenleiters 125. Entsprechend sind die Höhe h und die Breite b des Endes des Wellenleiters 125 gezeigt, sowie der Abstand A und der Abstand B.
26 und 27 zeigen Kennlinien 2605, 2610, 2615, 2620 einer Intensitätsverteilung von Licht an einem Ende eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Kennlinien 2605, 2610, 2615, 2620 sind in einem Koordinatensystem gezeigt, bei dem auf der Ordinate eine Intensität aufgetragen ist. In 26 sind auf der Abszisse Werte der y-Achse in µm und in 27 sind auf der Abszisse Werte der z-Achse in µm aufgetragen. Entsprechend zeigt 26 ein Modenprofil des Wellenleiters im y-Schnitt, und 27 zeigt ein Modenprofil des Wellenleiters im z-Schnitt. Die Kennlinien 2605, 2610, 2615, 2620 zeigen eine Einstellbarkeit einer am Ende des Wellenleiters austretenden Intensitätsverteilung für den in 25 gezeigten Querschnitt des in dem Wellenleiterelement eingebetteten Ende des Wellenleiters. Die Kennlinie 2605 zeigt die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts bei folgender Parameterkonfiguration: Einer Höhe h von 200nm, einer Breite b von 80 nm, einem Abstand d von 0nm, einem Brechungsindex n₁ des Kernmaterials des Wellenleiters von 1,6, einem Brechungsindex n₂ des Mantelmaterials des Wellenleiterelements von 1,5, einem Abstand A von 1900nm, einem Abstand B von 1900 nm und einer Lichtwellenlänge im Vakuum λ₀ von 500nm. Die Kennlinien 2610, 2615 und 2620 zeigen, wie sich die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts durch eine Änderung eines geometrischen Parameters, der das Ende des Wellenleiters definiert, ändert. Da der Wellenleiter gemäß einem Ausführungsbeispiel einmodig ausgeführt ist, hängt die Intensitätsverteilung nicht von den Eigenschaften der Lichtquelle, beispielsweise einem Laser, ab. Zudem ist zu erkennen, dass ein weiterer Wellenleiter bereits in ca. 3 µm Entfernung zu dem Wellenleiter platziert werden kann, was vorteilhafterweise platzsparend ist. Die Kennlinie 2610 zeigt die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts bei einer Änderung der Höhe des Wellenleiters, dem Parameter Höhe h, der hier bei der Kennlinie 2610 im Gegensatz zur Referenz, der Kennlinie 2605, 100nm beträgt. Die Kennlinie 2615 zeigt die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts bei einer Änderung der Breite b, die hier bei der Kennlinie 2615 im Gegensatz zur Kennlinie 2605, 120nm beträgt. Die Kennlinie 2620 zeigt die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts bei einer Änderung des Abstands d, die hier bei der Kennlinie 2620 im Gegensatz zur Kennlinie 2605, 2000nm beträgt.
28 zeigt eine schematische Darstellung eines Endes eines Wellenleiters 125 einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es ist beispielhaft ein Querschnitt des Wellenleiters 125 gezeigt, der in das Wellenleiterelement 110 eingebettet ist. Das Wellenleiterelement 110 ist hier als strukturierter Mantel ausgeführt. Der Wellenleiter 125 weist die Höhe h, die Breite b, den Abstand A und den Abstand B auf. Das Wellenleiterelement 110 ist als Rippenwellenleiter ausgeführt und weist eine Stufenhöhe t und eine Stufenbreite w auf.
29 bis 32 zeigen Kennlinien 2905, 2910, 2915 einer Intensitätsverteilung von Licht an einem Ende eines Wellenleiters einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Kennlinien 2905, 2910, 2915 sind je in einem Koordinatensystem gezeigt, bei dem auf der Ordinate eine Intensität aufgetragen ist. In 29 sind auf der Abszisse Werte der y-Achse in µm, in 30 ist auf der Abszisse Werte der z-Achse in µm, in 31 ist auf der Abszisse die numerische y-Apertur und in 32 ist auf der Abszisse die numerische z-Apertur aufgetragen. 29 zeigt ein Modenprofil des Wellenleiters im y-Schnitt, 30 zeigt ein Modenprofil des Wellenleiters im z-Schnitt, 31 zeigt eine Abstrahlcharakteristik des Wellenleiters im y-Schnitt und 32 zeigt eine Abstrahlcharakteristik des Wellenleiters im z-Schnitt. Die Kennlinien 2905, 2910, 2915 zeigen eine Einstellbarkeit einer am Ende des Wellenleiters austretenden Intensitätsverteilung für den in 28 gezeigten Querschnitt des in dem Wellenleiterelement eingebetteten Ende des Wellenleiters. Die Kennlinie 2905 zeigt die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts bei folgender Parameterkonfiguration: Einer Höhe h von 200nm, einer Breite b von 80 nm, einem Brechungsindex n₁ des Kernmaterials des Wellenleiters von 1,6, einem Brechungsindex n₂ des Mantelmaterials des Wellenleiterelements von 1,5, einem Abstand A von 1900nm, einem Abstand B von 1900 nm und einer Lichtwellenlänge im Vakuum λ₀ von 500nm. Die Kennlinie 2905 kann auch als Referenz bezeichnet werden. Der Paramater t, die Stufenhöhe des Wellenleiterelements, beträgt bei den Kennlinien 2910 und 2915 2 µm. Die Kennlinien 2910 und 2915 zeigen, wie sich die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts durch eine Änderung eines geometrischen Parameters, der eine Form des Mantels des Wellenleiters, des Wellenleiterelements, ändert. Die Kennlinien 2910 und 2915 zeigen die Intensitätsverteilung des am Ende des Wellenleiters austretenden Lichts bei einer Änderung der Weite des Wellenleiterelements, dem Parameter Weite w, der hier bei der Kennlinie 2910 2 µm und bei der Kennlinie 2915 3 µm beträgt.
33 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 3400 zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 3400 ist beispielsweise unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der obenstehend genannten Vorrichtung ausführbar. Das Verfahren 3400 weist einen Schritt 3405 des Ausstrahlens, einen Schritt 3410 des Leitens und einen Schritt 3415 des Formens auf. Im Schritt 3405 des Ausstrahlens wird Licht unter Verwendung einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle ausgestrahlt. Im Schritt 3410 des Leitens wird unter Verwendung eines ersten Wellenleiters Licht von der ersten Lichtquelle geleitet. Zudem wird im Schritt 3410 des Leitens unter Verwendung eines zweiten Wellenleiters Licht von der zweiten Lichtquelle geleitet. Auch wird im Schritt 3410 des Leitens unter Verwendung eines Auskoppelbereichs Licht aus dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter ausgekoppelt. Der erste Wellenleiter, der zweite Wellenleiter und der Auskoppelbereich sind aus einem Wellenleiterelement ausgeformt. Im Schritt 3415 des Formens wird unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich ausgekoppelten Lichts mittels einer Strahlformungseinrichtung der mehrfarbige Lichtstrahl geformt.
34 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellverfahrens 3500 zum Herstellen einer Vorrichtung zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls für einen Projektor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Herstellverfahren 3500 weist einen Schritt 3505 des Bereitstellens einer ersten Lichtquelle und einer zweiten Lichtquelle auf. Zudem weist das Herstellverfahren 3500 einen Schritt 3510 des Bereitstellens eines Wellenleiterelements, das einen ersten Wellenleiter zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle, einen zweiten Wellenleiter zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle und einen Auskoppelbereich zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter ausformt, auf. Ferner weist das Herstellverfahren 3500 einen Schritt 3515 des Bereitstellens einer Strahlformungseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um den mehrfarbigen Lichtstrahl unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich ausgekoppelten Lichts zu formen. Die Schritte 3505, 3510, 3515 können in einer geeigneten Reihenfolge oder parallel zueinander ausgeführt werden. Das Herstellverfahren 3500 umfasst zudem einen Schritt 3420 des Anordnens, der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle, des Wellenleiterelements und der Strahlformungseinrichtung auf einem Strukturelement, um die Vorrichtung herzustellen. Im Schritt 3520 des Anordnens werden die genannten Komponenten optional unter Verwendung eines Befestigungsverfahrens, beispielsweise eines Lötprozesses oder mittels eutektischen Bondens an dem Strukturelement befestigt.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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 60122267 T2 [0003]

Claims

Vorrichtung (100) zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls (220) für einen Projektor (300), wobei die Vorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist: eine erste Lichtquelle (105) und eine zweite Lichtquelle (106); ein Wellenleiterelement (110), das einen ersten Wellenleiter (125) zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle (105), einen zweiten Wellenleiter (126) zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle (106) und einen Auskoppelbereich (130) zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter (125) und dem zweiten Wellenleiter (126) ausformt; eine Strahlformungseinrichtung (115), die ausgebildet ist, um den mehrfarbigen Lichtstrahl (220) unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich (130) ausgekoppelten Lichts (210) zu formen; und ein Strukturelement (120), auf dem die erste Lichtquelle (105), die zweite Lichtquelle (106), das Wellenleiterelement (110) und die Strahlformungseinrichtung (115) angeordnet sind.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Wellenleiter (125) und der zweite Wellenleiter (126) einmodig ausgeführt sind und wobei in dem Auskoppelbereich (130) ausgeformte Enden des ersten Wellenleiters (125) und des zweiten Wellenleiters (126) unterschiedlich beabstandet zu der Strahlformungseinrichtung (115) angeordnet sind.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Wellenleiter (125) und/oder der zweite Wellenleiter (126) als Streifenwellenleiter oder als Rippenwellenleiter oder als zylindrischer Wellenleiter ausgeformt ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Wellenleiterelement (110) als optischer Chip ausgeführt ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Wellenleiterelement (110) ein erstes Einkoppelelement (140) zum Einkoppeln von Licht aus der ersten Lichtquelle (105) in den ersten Wellenleiter (125) und/oder ein zweites Einkoppelelement (141) zum Einkoppeln von Licht aus der zweiten Lichtquelle (106) in den zweiten Wellenleiter (126) ausformt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Strahlformungseinrichtung (115) zumindest eine Mikrolinse (215) und eine Korrekturplatte (216) zum Korrigieren eines Brennpunkts der Mikrolinse (215) umfasst.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Ansteuerelektronikelement (135), das auf dem Strukturelement (120) angeordnet ist, wobei das Ansteuerelektronikelement (135) signalübertragungsfähig mit der ersten Lichtquelle (105) und der zweiten Lichtquelle (106) verbunden ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer dritten Lichtquelle (107), wobei das Wellenleiterelement (110) einen dritten Wellenleiter (127) zum Leiten von Licht aus der dritten Lichtquelle (107) ausformt, und wobei der Auskoppelbereich (130) zusätzlich zum Auskoppeln von Licht aus dem dritten Wellenleiter (127) ausgeformt ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) kleiner als 8 Millimeter ist.
Projektor (300) mit zumindest einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren (3400) zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls (220) für einen Projektor (300), wobei das Verfahren (3400) folgende Schritte aufweist: Ausstrahlen (3405) von Licht unter Verwendung einer ersten Lichtquelle (105) und einer zweiten Lichtquelle (106); Leiten (3410) von Licht der ersten Lichtquelle (105) unter Verwendung eines ersten Wellenleiters (125) und Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle (106) unter Verwendung eines zweiten Wellenleiters (126) und Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter (125) und dem zweiten Wellenleiter (126) unter Verwendung eines Auskoppelbereichs (130), wobei der erste Wellenleiter (125), der zweite Wellenleiter (126) und der Auskoppelbereich (130) aus einem Wellenleiterelement (110) ausgeformt sind; und Formen (3415) des mehrfarbigen Lichtstrahls (220) unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich (130) ausgekoppelten Lichts (210) mittels einer Strahlformungseinrichtung (115).
Herstellverfahren (3500) zum Herstellen einer Vorrichtung (100) zum Bereitstellen eines mehrfarbigen Lichtstrahls (220) für einen Projektor (300), wobei das Herstellverfahren (3500) folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (3505) einer ersten Lichtquelle (105) und einer zweiten Lichtquelle (106); Bereitstellen (3510) eines Wellenleiterelements (110), das einen ersten Wellenleiter (125) zum Leiten von Licht der ersten Lichtquelle (105), einen zweiten Wellenleiter (125) zum Leiten von Licht der zweiten Lichtquelle (106) und einen Auskoppelbereich (130) zum Auskoppeln von Licht aus dem ersten Wellenleiter (125) und dem zweiten Wellenleiter (126) ausformt; Bereitstellen (3515) einer Strahlformungseinrichtung (115), die ausgebildet ist, um den mehrfarbigen Lichtstrahl (220) unter Verwendung des aus dem Auskoppelbereich (130) ausgekoppelten Lichts (210) zu formen; und Anordnen (3520) der ersten Lichtquelle (105), der zweiten Lichtquelle (106), des Wellenleiterelements (110) und der Strahlformungseinrichtung (115) auf einem Strukturelement (120), um die Vorrichtung (100) herzustellen.