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Die
Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erzeugung eines Laserstrahls
mit guter Sichtbarkeit und hoher Energiedichte.
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Im
Stand der Technik sind so genannte DPSS-Laser bekannt, die einen
hohen Energieverbrauch aufweisen. Diese Laser haben ein Strahlungsmaximum
bei einer Wellenlänge
von ca. 671 Nanometern. Diese Wellenlänge befindet sich nahe am Infrarotbereich
des Lichtspektrums und ist für
das menschliche Auge nur schwer wahrnehmbar. Um mit einem solchen
Laser mit dem Auge sichtbares Licht in ausreichender Stärke zu erzeugen,
sind hohe Leistungen nötig.
Die
US 6 687 271 veranschaulicht,
wie man einen solchen Laser mit hoher Leistungsdichte betreiben
kann.
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Weiterhin
ist bei den im Stand der Technik bekannten Systemen von Nachteil,
dass weißes
Laserlicht nur sehr aufwendig und teuer erzeugbar ist. Kleinlaser
lassen sich nicht gut bereitstellen, diese fallen mit der bekannten
Technik sehr groß aus.
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Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Laser bereitzustellen,
der einen gut sichtbaren Strahl erzeugt, wobei nur wenig Energie
verbraucht werden soll.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
den Gegenstand der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen.
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Die
Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, die eine erste Laserteilstrahleinrichtung
zur Erzeugung eines ersten Laserstrahls und eine zweite Laserteilstrahleinrichtung
zur Erzeugung eines zweiten Laserstrahls aufweist. Der erste Laserstrahl
und der zweite Laserstrahl werden dabei zusammengeführt, so
dass sie im Wesentlichen parallel übereinander und/oder nebeneinander
liegen und so einen Ausgabelaserstrahl bilden. Zum Zusammenführen wird
eine Spiegeleinheit verwendet, wobei eine besondere Kollimatoreinheit
für eine
Parallelisierung der mit einem Spiegel übereinander gelegten Laserstrahlen
sorgt. Die erste Laserstrahleinrichtung und die zweite Laserstrahleinrichtung
weisen dabei eine horizontale und eine vertikale Lasereinrichtung
mit zwei nebeneinander angeordneten Laserdioden auf. Die Bezeichnungen "horizontal" und "vertikal" beziehen sich hier und
nachfolgend jeweils auf die Polarisierung eines damit erzeugten
Laserstrahls. Dabei erzeugen die horizontalen Laserdioden einen
horizontalen Quadratlaserstrahl und die vertikalen Laserdioden erzeugen
einen vertikalen Quadratlaserstrahl.
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Weiterhin
ist eine Sammeleinheit, die insbesondere als Polarisationswürfel ausgebildet
ist, zum Zusammenführen
des horizontalen Quadratlaserstrahls und des vertikalen Quadratlaserstrahls
zum ersten Laserstrahl bzw. zum zweiten Laserstrahl vorgesehen.
Mit einer solchen Einrichtung lassen sich auf besonders einfache
Weise Laserstrahlen mit hoher Energiedichte erzeugen. Dabei ist
durch das Übereinanderlegen
von horizontal polarisierten und von vertikal polarisierten Lasterstrahlen
gewährleistet,
dass der sich ergebende Laserstrahl keine oder nur eine geringe überwiegende
Polarisation in einer bestimmten Richtung aufweist. Ungeachtet der
Polarisation kann der erfindungsgemäße Laserstrahl für mit dem
menschlichen Auge sichtba re Anwendungen, beispielsweise in der Werbung,
in der Animation oder in der gewerblichen Projektion von Filmen
und anderen Bildern eingesetzt werden. Immer mehr werden solche
Anwendungen gefordert, bei denen ein erfindungsgemäßer Laserstrahl
auf einen wenigstens teilweise reflektierenden Gegenstand oder auch auf
Rauch- oder Nebelpartikel geworfen wird.
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Die
erste Laserteilstrahleinrichtung und die zweite Laserteilstrahleinrichtung
können
dabei je eine horizontale Lasereinrichtung und je eine vertikale
Lasereinrichtung mit je zwei nebeneinander angeordneten Laserdioden
zur Ausgabe eines horizontalen Quadratlaserstrahls bzw. eines vertikalen
Quadratlaserstrahl aufweisen. Dabei können die horizontale Lasereinrichtung
und die vertikale Lasereinrichtung auch voneinander getrennt sein,
so dass in der ersten Laserteilstrahleinrichtung nur horizontale
Lasereinrichtungen und in der zweiten Laserteilstrahleinrichtung
nur vertikale Lasereinrichtungen vorgesehen sind, oder umgekehrt.
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Es
kann je eine Sammeleinheit zur Zusammenführung des horizontalen Quadratlaserstrahls und
des vertikalen Quadratlaserstrahls zum ersten Laserstrahl bzw. zum
zweiten Laserstrahl vorgesehen sein. Die erste Laserteilstrahleinrichtung
und die zweite Laserteilstrahleinrichtung können auch eine gemeinsame Sammeleinheit
benutzen, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen, wenn diese
unterschiedlich polarisiert sind. Dann wirkt die Verwendung einer
einzigen Sammeleinheit von der Funktion her wie die Verwendung je
einer Sammeleinheit.
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Die
Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines roten Laserstrahls
mit hoher Energiedichte und kleinem Öffnungswinkel (Divergenz) bei gleichzeitig
hohem Wirkungsgrad des Systems bereit. Das erste Laserstrahlprofil
und das zweite Laserstrahlprofil werden dabei zusammengeführt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung mit einem Laserstrahl
mit besonders großer Querschnittsfläche weist
die erste Laserteilstrahleinrichtung und die zweite Laserteilstrahleinrichtung
je zwei horizontale und zwei vertikale Lasereinrichtungen mit je
zwei nebeneinander angeordneten Laserdioden auf. Je eine horizontale
und eine vertikale Lasereinrichtung sind dabei zu einer Teillasergruppe
im Sinne der Erfindung angeordnet.
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Eine
besonders einfache Verstellbarkeit der Komponenten der erfindungsgemäßen Laservorrichtung
ergibt sich dann, wenn je eine Teillasergruppe auf einer Teillaser-Verstelleinrichtung
angeordnet ist, mit der deren Komponenten gemeinsam bezüglich der übrigen Komponenten
der Vorrichtung verschiebbar bzw. verdrehbar sind. Dasselbe gilt,
wenn die horizontale oder die vertikale Lasereinrichtung auf je
einer einzeln einstellbaren Dioden-Verstelleinrichtung angeordnet
ist.
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Die
Erfindung kann für
zahlreiche Lichtfarben eingesetzt werden, nicht nur für rote Laserstrahlen
sondern auch für
blaue Laserstrahlen. So lassen sich einerseits die Leistungen von
mehreren Laserdioden zusammenführen,
um eine höhere
Ausgangsleistung zu erzielen. Gleichzeitig ergibt sich aufgrund der
Polarisierungsrichtungen ein guter Gesamteffekt und ein einfacher
Aufbau sowie eine leichte Einstellbarkeit der Vorrichtung.
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Die
Laserdioden zur Erzeugung roter Lichtstrahlen sind dabei vorzugsweise
als Halbleiter-Laserdioden ausgebildet, deren Substrat die Elemente Phosphor,
Indium, Gallium und/oder Aluminium aufweist. Solche Laserdioden
erzeugen Licht mit einer Wellenlänge
von ca. 630 (in besonderen Fällen
652) Nanometer bis ca. 690 (in besonderen Fällen 664) Nanometer, und zwar
vorzugsweise mit einem Leistungsmaximum bei ca. 658 Nanometer Wellenlänge. Es
hat sich bewährt,
dabei Laserdioden auszuwählen,
die ein Leistungsmaximum in einem Wellenlängenbereich von ca. 654 Nanometer
bis ca. 662 Nanometer haben. Die Emittergröße sollte nicht größer als 2 × 20 Mikrometer
haben, welche mit nachgeschalteter 20 mm-Linse zur Bündelung/Parallelisierung
dieses Emitters ausgestattet ist. Bei größeren Laserdioden-Emittern wird die
Strahlqualität
im Endresultat unnötig
verschlechtert.
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Die
Laserdioden zur Erzeugung blauvioletter Lichtstrahlen sind dabei
vorzugsweise als Halbleiter-Laserdioden ausgebildet. Solche Laserdioden
erzeugen Licht mit einer Wellenlänge
von ca. 399 (in besonderen Fällen
408) Nanometer bis ca. 415 (in besonderen Fällen 440) Nanometer, und zwar
vorzugsweise mit einem Leistungsmaximum bei ca. 408 Nanometer Wellenlänge. Es
hat sich bewährt,
dabei Laserdioden auszuwählen,
die ein Leistungsmaximum in einem Wellenlängenbereich von etwas kleiner
als 440 Nanometer haben. Die Emittergröße sollte nicht größer als
2 × 20
Mikrometer haben, welche mit nachgeschalteter 20 mm-Linse zur Bündelung/Parallelisierung
dieses Emitters ausgestattet ist. Bei größeren Laserdioden-Emittern
wird die Strahlqualität
im Endresultat unnötig
verschlechtert.
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Die
vorstehenden blauvioletten Laserdioden ergeben dabei erfindungsgemäß beim Zusammenmischen
mit etwas Licht aus einer grünen
Laserdiode von ca. 532 nm (auch mit "grün" aus einem Bereich um
diesen Wert herum, beispielsweise 505nm bis 555nm) gut sichtbare
Blautöne.
Dies ist ein überraschender
Effekt, denn es ist nicht zu erwarten gewesen, dass bereits ein
ganz geringer Anteil von etwa 3% bis 10% der Leistung im grünen Spektralbereich zusammen
mit 90% bis 97% der Leistung im schlecht sichtbaren violetten Bereich
eine relativ hohe Lichtleistung im gut sichtbaren blauen Spektralbereich
ergibt, allerdings mit einem deutlichen Blaustich. Beim Zumischen
von höheren
Lichtleistungen im grünen Spektralbereich
wird die Farbe des sich ergebenden Lichts zunehmend grüner.
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Weisslicht-Balance
ergibt sich beispielsweise bei ca. 80mW grünem Licht (ca. 532 nm) und
bei ca. 150mW blauviolettem Licht (ca. 408 nm), gemischt mit ca.
270 mW rotem Licht (650 nm). Somit ergibt sich eine Gesamtleistung
von ca. 500 mW, gemessen mit einem Halbleiter-Laser-Leistungsmessgerät.
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Häufig erzeugen
solche Laserdioden einen Laserstrahl mit einem im Wesentlichen elliptischen oder
nahezu rechteckigen Querschnitt, wobei ein solcher Laserstrahl eine
Polarisierung überwiegend
in Richtung der längeren
Symmetrieachse der Ellipse bzw. des Rechtecks aufweist. Hierbei
ist zu beachten, dass mit der Bezeichnung "Querschnitt" nicht gemeint ist, dass ein Lichtstrahl
einen fest umgrenzten Querschnitt wie etwa denjenigen eines Stabes
aufweist. Vielmehr ist es so, dass der Querschnitt eines solchen
Laserstrahls sich aus denjenigen Orten innerhalb des Laserstrahls
bestimmt, die in etwa eine gleiche Leistungsdichte aufweisen.
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Die
Erfindung lässt
es zu, besonders kostengünstige
und klein bauende Laser herzustellen. Die hierfür verwendeten Laserdioden haben
Ausgangsleistungen von ca. 200 mW, gemessen mit einem Halbleiter-Laser-Leistungsmessgerät. Durch
Verwendung ei ner blauvioletten Laserdiode, einem Klein-DPSS-Grünlaser und
einem Rotlicht-Mischlaser ist es möglich, einen Laser der Laserklase
4 mit einer Leistung von mehr als 500 mW herzustellen, dessen Baugröße der Größe einer
Handfläche
entspricht.
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Es
hat sich bewährt,
die Sammeleinheit als Polarisationswürfel auszubilden, der vorzugsweise aus
BK7-Glas nach Grade A hergestellt ist, und zwar mit einer entsprechenden
zur Wellenlänge
aufgedampften Antireflex-Beschichtung. Solche Polarisationswürfel werden
häufig
als Strahlteiler eingesetzt, um einen Laserstrahl in zwei Bestandteile
mit zueinander senkrechter Polarisation zu zerlegen.
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Die
Spiegel-Kollimatoreinheit weist nach der Erfindung eine Linseneinheit
auf, deren eingangsseitige Brennweite größer als die ausgangsseitige Brennweite
ist. Eine solche Linseneinheit wird häufig auch als "achromatic doublets" bezeichnet. Es können hierfür aber auch
geringwertigere Linsen eingesetzt werden.
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Der
erfindungsgemäße Laser
wird insbesondere zur Projektion in einem Dreifarblaser eingesetzt, der
für Beamshows
dient. Dabei wird der rote Strahl zur Ergänzung der Palette Rot-Grün-Blau der
bereits vorhandenen Laser Grün-Blau
verwendet.
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Die
Erfindung ist nachfolgend mit mehreren Figuren näher veranschaulicht.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung
in der Draufsicht,
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Laservorrichtung,
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Laservorrichtung,
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4–14 zeigen
Querschnitte von Laserteilstrahlen der Laservorrichtung aus 3,
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15 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Laservorrichtung, und
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16–19 zeigen
Querschnitte von Laserteilstrahlen der Laservorrichtung aus 15.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung 1 in
der Draufsicht. Die Laservorrichtung 1 gliedert sich in eine
erste Laserteilstrahleinrichtung 2 sowie in eine zweite
Laserteilstrahleinrichtung 3. Die erste Laserteilstrahleinrichtung 2 und
die zweite Laserteilstrahleinrichtung 3 sind zueinander
achsensymmetrisch, d. h. spiegelbildlich ausgebildet. Im Weiteren
werden nur die Komponenten der ersten Laserteilstrahleinrichtung 2 beschrieben.
Komponenten der zweiten Laserteilstrahleinrichtung, die denjenigen
der ersten Laserteilstrahleinrichtung 2 entsprechen, haben
dieselben Bezugsziffern, werden jedoch mit einem Apostroph versehen.
Zur besseren Verständlichkeit
werden sowohl die erste Laserteilstrahleinrichtung 2 als auch
die zweite Laserteilstrahleinrichtung 3 verkürzt mit "die Laserteilstrahleinrichtung" bezeichnet.
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Das
Herzstück
einer Laserteilstrahleinrichtung sind vier vertikal polarisierte
Laserdioden 4 und vier horizontal polarisierte Laserdioden 5,
die auf einem gemeinsamen Support 6 angeordnet sind. Die Laserdioden 5, 6 sind
handelsübliche
Halb leiterdioden, die einen mikroskopisch kleinen Querschnitt von ca.
1 × 20
Mikrometer in der aktiven Zone aufweisen. Sie weisen eine für Laserdioden
typische divergente Strahlkeule mit elliptischem Querschnitt und
gasförmige
Intensitätsverteilung
auf. Im vorliegenden Fall emittieren diese roten Laser mit nachgeschaltetem Kollimator
Licht im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums. In 1 wird
dem Umstand, dass die Laserdioden 4, 5 einen Lichtstrahl
mit elliptischem Querschnitt emittieren, dadurch Rechnung getragen,
dass die von den vertikal polarisierten Laserdioden 4 imitierten
vertikalen Lichtstrahlen 7 in der Draufsicht schmaler gezeichnet
sind als die von den horizontal polarisierten Laserdioden 5 imitierten
horizontalen Lichtstrahlen 8. Im Bereich vor den vertikal
polarisierten Laserdioden 4 ist dabei ein erster Vertikalspiegel 9 und
ein zweiter Vertikalspiegel 10 vorgesehen, die die beiden
entsprechenden vertikalen Lichtstrahlen 7 um einen Winkel
von 90° umlenken.
Dabei ist der zweite Vertikalspiegel 10 gerade um einen
solchen Betrag verschoben angeordnet, dass dessen zu den vertikal
polarisierten Laserdioden 4 hin gerichtete Vorderkante 11 gerade
den zweiten vertikalen Lichtstrahl 7 vorbeistreichen lässt. Zur
Aufnahme des ersten Vertikalspiegels 9 und des zweiten
Vertikalspiegels 10 sowie zur einfacheren Verstellung in
den drei Raumrichtungen sind Spiegelhalter 12 vorgesehen, die
auch für
alle übrigen
Spiegel der Laservorrichtung 1 verwendet werden.
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Durch
die besondere Anordnung der beiden vertikal polarisierten Laserdioden 4 im
Zusammenhang mit dem ersten Vertikalspiegel 9 und dem zweiten
Vertikalspiegel 10 entsteht dadurch ein vertikaler Quadratlaserstrahl 13,
dessen Querschnitt in der Schnittzeichnung C-C als Summe der Querschnitte der
beiden vertikalen Lichtstrahlen 7 veranschaulicht ist.
Der vertikale Quadratlaserstrahl 13 wird in einen Polarisationswürfel 14 eingespeist,
der auf einem Polarisationswürfelhalter 15 angebracht
ist. Der vertikale Quadratlaserstrahl 13 durchtritt den
Polarisationswürfel 14 und
tritt dort als erster Laserstrahl 16 aus. Er trifft in
der Folge auf den ersten Umlenkspiegel 17 und nachfolgend
auf den zweiten Umlenkspiegel 18. Durch den zweiten Umlenkspiegel 18 wird
der erste Laserstrahl 16 in einen Kollimator 19 reflektiert.
Dort wird der erste Laserstrahl 16 zu einem parallelen Strahlenbündel umgewandelt,
sofern er noch divergente Strahlungsanteile aufweist. Beim Eintritt
in den Kollimator 19 hat der erste Laserstrahl 16 einen
im Wesentlichen quadratischen Querschnitt, der sich aus dem Umriss
der vertikalen Lichtstrahlen 7 ergibt. Der Querschnitt
des ersten Laserstrahls 16 ist dabei in der Querschnittszeichnung
A-A veranschaulicht.
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Im
Wesentlichen auf dieselbe Weise werden die horizontalen Lichtstrahlen 8 aus
den horizontal polarisierten Laserdioden 5 in den ersten
Laserstrahl 16 eingekoppelt. Hierzu ist nach der in 1 linksseitig
gezeigten horizontal polarisierten Laserdiode 5 ein erster
Horizontalspiegel 20 vorgesehen, der den entsprechenden
horizontalen Lichtstrahl 8 um 90° umlenkt. Danach ist ein zweiter
Horizontalspiegel 21 vorgesehen, der den horizontalen Lichtstrahl 8 in
den Polarisationswürfel 14 umlenkt.
Der zweite Horizontalspiegel 21 ist dabei so tief angeordnet,
dass seine obere Seite unterhalb desjenigen horizontalen Lichtstrahls 8 liegt,
der aus der in 1 rechts gelegenen horizontal
polarisierten Laserdiode 5 austritt. Der horizontale Lichtstrahl 8,
der aus der in 1 rechts gelegenen horizontal
polarisierten Laserdiode 5 austritt, streicht gerade oberhalb
des zweiten Horizontalspiegels 21 entlang vorbei und tritt
in den Polarisationswürfel 14 ein.
Der Quer schnitt B-B veranschaulicht dabei die Lage der beiden horizontalen
Lichtstrahlen 8 kurz vor dem Eintritt in den Polarisationswürfel 14.
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Die
in 1 rechts oben gelegenen vertikal polarisierten
Laserdioden 4 und horizontal polarisierten Laserdioden 5 bilden
dabei eine erste Teillasergruppe 22. Achsensymmetrisch
bzw. spiegelbildlich dazu ist eine zweite Teillasergruppe 23 aus
dem in 1 untenseitig gelegenen vertikal polarisierten
Laserdioden 4 und horizontal polarisierten Laserdioden 5 gebildet.
Der von dieser zweiten Teillasergruppe 23 erzeugte erste
Laserstrahl 16 wird durch den ersten Umlenkspiegel 17 so
auf den zweiten Umlenkspiegel 18 gelenkt, dass dieser gerade
an dem ersten Umlenkspiegel 17 der ersten Teillasergruppe 22 vorbeistreicht.
Die Querschnitte der Lichtstrahlen der zweiten Teillasergruppe 23 sind
in Querschnittszeichnungen E-D und E-E veranschaulicht.
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Der
Strahlengang in der zweiten Laserteilstrahleinrichtung 3 entspricht
im Wesentlichen demjenigen in der ersten Laserteilstrahleinrichtung 2.
Allerdings ist es so, dass die auf dem zweiten Umlenkspiegel 18' auftreffenden
ersten Laserstrahl 16' zu
einem in 1 links oben gelegenen Höhenanpassspiegel 24 umgeleitet
werden, den diese als zweiter Laserstrahl 25 verlassen.
Die Stellung des Höhenanpassspiegels 24 ist
so gewählt,
dass der zweite Laserstrahl 25 gerade über den zweiten Umlenkspiegel 18' hinwegstreicht,
bevor der zweite Laserstrahl 25 in den Kollimator 19 eintritt.
Der zweite Umlenkspiegel 18' ist
dabei gerade so hoch ausgebildet, dass der vom ersten Umlenkspiegel 17' herrührende erste
Laserstrahl 16' gerade
noch auf den Höhenanpassspiegel 24 gelenkt
werden kann, wobei der vom Höhenanpassspiegel 24 ausgehende
zweite Laserstrahl 25 ge rade über den zweiten Umlenkspiegel 18' hinwegstreicht.
Die Querschnitte G-G und H-H veranschaulichen dies.
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Der
Kollimator 19 transformiert dabei die insgesamt divergente
Laserdiodenstrahlung aus dem ersten Laserstrahl 16 und
dem zweiten Laserstrahl 25 zu einem parallelen Strahlenbündel in
Form eines roten Laserstrahls 26. Der Querschnitt I-I in 1 verdeutlicht
dies.
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Die
erste Laserstrahleinrichtung und die zweite Laserstrahleinrichtung
kann dabei in einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel auch noch mehrere,
nebeneinander angeordnete Laserdioden aufweisen, z. B. drei Stück.
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Die
Erfindung kann natürlich
auch dafür
eingesetzt werden, um Licht aus Laserdioden mit anderen Wellenlängen zu
vervielfachen. Dann werden Laserdioden mit entsprechend anderer
Wellenlänge eingesetzt.
So können
die Laserdioden einer Polarisierungsrichtung aus einem Spektralbereich
gewählt werden
und die Laserdioden der anderen Polarisierungsrichtung aus einem
Spektralbereich, wie dies untenstehend in 15 gezeigt
ist.
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Die
Laserdioden werden so optimiert, dass sich eine hohe Abgabeleistung
bei gleichzeitig guter Sichtbarkeit für das menschliche Auge ergibt.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Laservorrichtung 1' in der Draufsicht.
Die Bauteile der Laservorrichtung 1' entsprechen im wesentliche denen
in der 1. Gleiche Bauteile haben dieselben Bezugsziffern.
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2 veranschaulicht,
wie man die Laservorrichtung 1 vereinfachen kann. Dadurch
ergibt sich ein dünnerer
roter Laserstrahl 26' als
der entsprechende rote Laserstrahl 26 in 1.
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Will
man die Laservorrichtung 1' noch
einfacher gestalten, dann lässt
man die beiden Spiegel 17, 18 weg. Man ordnet
dann den Kollimator 9 unmittelbar hinter dem Polwürfel 14 an,
und zwar so, dass der aus dem Polwürfel 14 austretende
erste Laserstrahl 16 im Eintrittsende des Kollimators 19 eintritt.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laservorrichtung 1" in der Draufsicht.
Die Bauteile der Laservorrichtung 1" entsprechen im wesentliche denen
in der 1. Gleiche Bauteile haben dieselben Bezugsziffern.
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Die
Laservorrichtung 1" gliedert
sich in eine erste Laserteilstrahleinrichtung 22 sowie
in eine zweite Laserteilstrahleinrichtung 23. Die erste
Laserteilstrahleinrichtung 22 und die zweite Laserteilstrahleinrichtung 23 sind
in wesentlichen Teilen zueinander achsensymmetrisch, d. h. spiegelbildlich
ausgebildet.
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Das
Herzstück
jeder Laserteilstrahleinrichtung sind drei vertikal polarisierte
Laserdioden 4 bzw. 4' und drei horizontal polarisierte
Laserdioden 5 bzw. 5'.
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Im
Bereich vor den vertikal polarisierten Laserdioden 4 ist
dabei ein erster Vertikalspiegel 9 und ein zweiter Vertikalspiegel 10 bzw. 10' vorgesehen, die
die beiden entsprechenden vertikalen Lichtstrahlen 7 um
einen Winkel von 90° umlenken.
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Dabei
ist der zweite Vertikalspiegel 10 bzw. 10' gerade um einen
solchen Betrag verschoben angeordnet, dass dessen zu den vertikal
polarisierten Laserdioden 4 hin gerichtete Vorderkante
gerade den zweiten vertikalen Lichtstrahl 7 vorbeistreichen
lässt.
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Durch
die besondere Anordnung der beiden vertikal polarisierten Laserdioden 4 im
Zusammenhang mit dem ersten Vertikalspiegel 9 und dem zweiten
Vertikalspiegel 10 bzw. 10' entsteht dadurch ein vertikaler
Quadratlaserstrahl 13, dessen Querschnitt in der Schnittzeichnung
M-M als Summe der Querschnitte der drei vertikalen Lichtstrahlen 7 veranschaulicht
ist. Der vertikale Quadratlaserstrahl 13 wird in einen
Polarisationswürfel 14 eingespeist.
Der vertikale Quadratlaserstrahl 13 durchtritt den Polarisationswürfel 14 und
tritt dort als erster Laserstrahl 16 aus. Er tritt in der
Folge in einen Kollimator 19 ein.
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Im
Wesentlichen auf dieselbe Weise werden die horizontalen Lichtstrahlen 8 aus
den horizontal polarisierten Laserdioden 5 bzw. 5' in den ersten
Laserstrahl 16 eingekoppelt. Hierzu ist nach der in 3 linksseitig
gezeigten horizontal polarisierten Laserdiode 5 ein erster
Horizontalspiegel 21 vorgesehen, der den entsprechenden
horizontalen Lichtstrahl 8 um 90° umlenkt. Danach ist ein zweiter
Horizontalspiegel 21 vorgesehen, der den horizontalen Lichtstrahl 8 zum
dritten Umlenkspiegel 27 umlenkt. Der zweite Horizontalspiegel 21 ist
dabei so hoch angeordnet, dass seine untere Seite oberhalb desjenigen
horizontalen Lichtstrahls 8 liegt, der aus der in 3 rechts
gelegenen horizontal polarisierten Laserdiode 5 austritt.
Der horizontale Lichtstrahl 8, der aus der in 3 rechts
gelegenen horizontal polarisierten Laserdiode 5 aus tritt,
streicht gerade unterhalb des zweiten Horizontalspiegels 21 entlang
vorbei und trifft auf den dritten Umlenkspiegel 27 auf. Der
Querschnitt D-D veranschaulicht dabei die Lage der beiden horizontalen
Lichtstrahlen 8 kurz vor dem Auftreffen auf den dritten
Umlenkspiegel 27. Entsprechend wird der Lichtstrahl 8 aus
der dritten horizontalen Laserdiode 5' über einen vierten Umlenkspiegel 28 umgelenkt,
so dass sich danach ein horizontaler Quadratlaserstrahl 29 mit
einem Strahlquerschnitt G-G gemäß 9 ergibt.
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Der
horizontale Quadratlaserstrahl 29 wird an einem ersten
Umlenkspiegel 17 umgelenkt und in den Polarisationswürfel 14 eingespeist.
Der horizontale Quadratlaserstrahl 29 durchtritt den Polarisationswürfel 14 und
tritt dort als zusätzlicher
Teil des ersten Laserstrahls 16 aus. Er tritt in der Folge
in den Kollimator 19 ein.
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Die
in 3 oben gelegenen vertikal polarisierten Laserdioden 4, 4' bilden dabei
eine erste Teillasergruppe 22'. Achsensymmetrisch bzw. spiegelbildlich
dazu bilden die horizontal polarisierten Laserdioden 5, 5' eine zweite
Teillasergruppe 23'.
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Die
Anordnungen gemäß den 1 und 2 können anstelle
mit roten Laserdioden auch mit blauvioletten Laserdioden und mit
grünen
Laserdioden betrieben werden. Eine sehr einfache Ausführungsform
für einen
Betrieb mit gemischten Farben ergibt sich aus 15.
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15 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Laservorrichtung 1''' in
der Draufsicht. Die Bauteile der Laservorrichtung 1''' entsprechen
im wesentlichen denen der Laservorrichtung 1" in der 3. Gleiche
Bauteile haben dieselben Bezugsziffern. Bezugsziffern von einander
entsprechenden Bauteilen haben einen Apostroph mehr als in der 3.
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Die
Laservorrichtung 1''' gliedert sich in eine erste Laserteilstrahleinrichtung 22 sowie
in eine zweite Laserteilstrahleinrichtung 23. Die erste
Laserteilstrahleinrichtung 22 und die zweite Laserteilstrahleinrichtung 23 sind
in wesentlichen Teilen zueinander achsensymmetrisch, d. h. spiegelbildlich
angeordnet. Je nach Anforderung können auch andere Aufbauten
gewählt
werden.
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Das
Herzstück
der Laserteilstrahleinrichtung 23 sind drei vertikal polarisierte
rote Laserdioden 4 bzw. 4', deren Strahlen nebeneinander
gelegt sind wie in 3.
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Die
Laserteilstrahleinrichtung 23' hat horizontal polarisierte grüne Laserdiode 30 und
eine horizontal polarisierte blauviolette Laserdioden 31.
Deren Strahlen sind im Schema der oben dargestellten Ausführungsbeispiele
jeweils mittig angeordnet. Die roten Laserdioden haben eine Wellenlänge von
ca. 650 nm und eine maximale Ausgangsleistung von je ca. 90 mW.
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Die
grüne Laserdiode
hat in diesem Ausführungsbeispiel
eine Wellenlänge
von ca. 532nm und eine maximale Leistung von ca. 80mW. Die blauviolette
Laserdiode hat eine Wellenlänge
von ca. 408nm (+– 7nm)
und eine maximale Leistung von ca. 200mW.
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Diese
Leistungen sind jeweils Maximalleistungen. Es ist klar, dass diese
innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zur Erzie hung eines gewünschten Farbtons
mit einer hier nicht gezeigten Elektronik geregelt oder eingestellt
werden können.
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Weisslicht-Balance
ergibt sich beispielsweise bei ca. 80mW grünem Licht (ca. 532 nm) und
bei ca. 150mW blauviolettem Licht (ca. 408 nm), gemischt mit ca.
270mW rotem Licht (650 nm). Somit ergibt sich eine Gesamtleistung
von ca. 600 nm, gemessen mit einem Halbleiter-Laser-Leistungsmessgerät.
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Es
ist klar, dass die Polarisierungen auch anders gewählt werden
können,
d.h. die roten Laserdioden können
horizontal polarisiert sein. Die grüne und die blaue Laserdiode
können
auch vertikal polarisiert sein.
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Der
vertikale Quadratlaserstrahl 13 trifft auf einen Umlenkspiegel 32,
wird dort umgelenkt und tritt in der Folge in einen Kollimator 33 ein.
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Ein
Lichtstrahl 34 aus der grünen Laserdiode 30 trifft
auf den dritten Umlenkspiegel 27, der diesen um 90° umlenkt.
Danach ist eine Sammellinse als Hilfsoptik vorgesehen.
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Anschließend trifft
der Lichtstrahl 34 auf einen dichroitischen Farbfilter 36 auf,
der grüne
Lichtstrahlen durchlässt
und blaue Lichtstrahlen reflektiert. Demzufolge durchtritt der grüne Lichtstrahl 34 den
dichroitischen Farbfilter 36.
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Ein
Lichtstrahl 37 aus der blauvioletten Laserdiode 30 trifft
auf den dichroitischen Farbfilter 36 auf. Demzufolge wird
der wird der blauviolette Lichtstrahl 37 am dichroitischen
Farbfilter 36 reflektiert und mit dem grünen Lichtstrahl 34 zu
dem Cyan-Lichtstrahl 38 überlagert.
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Der
Cyan-Lichtstrahl 38 trifft auf einen dichroitischen Farbfilter 39 auf,
der rote Lichtstrahlen durchlässt
und Cyan-Lichtstrahlen
reflektiert. Demzufolge wird der wird der Cyan-Lichtstrahl 38 am dichroitischen
Farbfilter 39 reflektiert und mit dem durchgelassenen roten
Lichtstrahl 13 zu dem weißen Lichtstrahl 41 überlagert.
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Werden
größere Leistungen
gewünscht, dann
können
die roten und die blau-violetten Laserdioden erfindungsgemäß gestaffelt
und deren Licht erfindungsgemäß zusammengeführt werden,
beispielsweise wie in den 1 bis 3.
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- 1,
1'
- Laservorrichtung
- 2
- erste
Laserteilstrahleinrichtung
- 3
- zweite
Laserteilstrahleinrichtung
- 4,
4'
- vertikal
polarisierte Laserdiode
- 5,
5'
- horizontal
polarisierte Laserdiode
- 6
- Support
- 7
- vertikaler
Lichtstrahl
- 8
- horizontaler
Lichtstrahl
- 9
- erster
Vertikalspiegel
- 10
- zweiter
Vertikalspiegel
- 11
- Vorderkante
- 12
- Spiegelhalter
- 13
- vertikaler
Quadratlaserstrahl
- 14
- Polarisationswürfel
- 15
- Polarisationswürfelhalter
- 16
- erster
Laserstrahl
- 17
- erster
Umlenkspiegel
- 18
- zweiter
Umlenkspiegel
- 19
- Kollimator
- 20
- erster
Horizontalspiegel
- 21
- zweiter
Horizontalspiegel
- 22
- erste
Teillasergruppe
- 23,
23'
- zweite
Teillasergruppe
- 24
- Höhenanpassspiegel
- 25
- zweiter
Laserstrahl
- 26,
26'
- roter
Laserstrahl
- 27
- dritter
Umlenkspiegel
- 28
- vierter
Umlenkspiegel
- 29
- horizontaler
Quadratlaserstrahl
- 30
- grüne Laserdiode
- 31
- blauviolette
Laserdiode
- 32
- Umlenkspiegel
- 33
- Kollimator
- 34
- Lichtstrahl
- 35
- Hilfsoptik
- 36
- dichroitisches
Farbfilter
- 37
- Lichtstrahl
- 38
- Cyan-Lichtstrahl
- 39
- dichroitisches
Farbfilter
- 41
- Lichtstrahl