EP3039478A1 - Lichtquellenvorrichtung, insbesondere zur verwendung in einer mikrospiegelvorrichtung - Google Patents

Lichtquellenvorrichtung, insbesondere zur verwendung in einer mikrospiegelvorrichtung

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EP3039478A1
EP3039478A1 EP14739772.3A EP14739772A EP3039478A1 EP 3039478 A1 EP3039478 A1 EP 3039478A1 EP 14739772 A EP14739772 A EP 14739772A EP 3039478 A1 EP3039478 A1 EP 3039478A1
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EP
European Patent Office
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light source
light
red
source device
green
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14739772.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lutz Rauscher
Frank Fischer
Gael Pilard
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/3173—Constructional details thereof wherein the projection device is specially adapted for enhanced portability

Definitions

  • Light source device in particular for use in a
  • the invention relates to a device according to the preamble of the main claim.
  • Such light source devices are well known in various variations and are also referred to as an RGB module.
  • RGB module Such light source devices are well known in various variations and are also referred to as an RGB module.
  • the development of powerful and smaller sized laser light sources makes such light source devices an integral part of
  • Micromirror devices or micro-mirror actuators are, since they can produce bright colored pixels despite their small spatial extent. They use only the light that is actually needed. For example, such micromirror devices may form the backbone of pico projectors, mini bar code scanners, or endoscopy devices in the future. However, the use of laser light has the disadvantage that the high
  • Coherence of the laser light to a speckle effect results from interference on a screen to which the light is directed.
  • the use of semiconductor lasers with a lower coherence and their operation with a modulation of several 100 MHz could reduce the speckle effect in the past.
  • the line width of the red light source is, however, usually so narrow that for a clear line broadening much higher modulation frequencies (and thus for
  • the prior art therefore proposes to use two red light sources that emit light from the red spectral region with mutually perpendicular polarizations. If the two beam paths are superimposed with the two mutually perpendicular polarizations, the speckle effect can be reduced by a factor of 1.41.
  • a polarization beam splitter is necessary, which may have a damage threshold, which limits the light intensity, ie the intensity of the light from the red spectral range.
  • the laser light of laser diodes usually has an asymmetric beam profile. If the semiconductor laser light with perpendicular to each other
  • elliptical beam profile or beam cross-section also perpendicular to each other, whereby the beam width of the common beam (from the superposition of the light from the different light sources) is increased overall.
  • Light source device to realize their resolution is improved by the further reduction of the speckle effect for the light from the red spectral region, the above-mentioned adverse effects from the prior
  • a light source device is provided, in particular for
  • the light source device additionally comprises a green light source for emitting light from the green spectral range and a blue light source for emitting light from the blue spectral range.
  • the arrangement thereof it is provided that the light from the first red light source, the light from the second red light source, the light from the green light source and the light from the blue light source are collinear superimposed to a common light beam.
  • the light from the first red light source, the light from the second red light source, the light from the green light source and the light from the blue light source are collinear superimposed to a common light beam.
  • the light from the first red light source has a different wavelength than the light from the second red light source.
  • the wavelength of the light from the first red light source is more than 8 nm, preferably more than 15 nm, and especially preferably differs by more than 20 nm from the wavelength of the light from the second red light source.
  • Reduce speckle effect It can be dispensed with high modulation frequencies (in the GHz range) for line width broadening. Modulation frequencies below the GHz range are, for example, in potential usage environments of the light source device, such as e.g. Projectors, mobile phones, cameras or laptops, desirable. Since parallel polarization of the light from a plurality of optical elements, for example because of their antireflection coating, is preferred, the sacrifice relies on superimposing light with different ones
  • Polarizations represent a further advantage.
  • This advantage plays a role, in particular, when the optical elements used in the usage environment already have a plurality of coatings, in particular antireflection coatings, in any case. (Usually, the antireflection coatings must already be elaborately adapted to the wavelength ranges, without the Wrkung the
  • Antireflection coating is lost, even if the light beam does not occur exactly at the intended angle on the antireflection coating.
  • the addition of another condition for the antireflective layer is usually only one with
  • the first red light source, the second red light source, the green light source and / or the blue light source are semiconductor lasers. Since semiconductor lasers are generally small in size, the use of semiconductor lasers as a light source has the advantage that the light source device as a whole can be made small in size. In addition, red light-emitting semiconductor lasers can be found whose
  • Emission wavelengths differ by more than 15 nm from each other, whereby the Speckle bin can be particularly greatly reduced, since the reduction of
  • the superposition means are arranged such that the propagation direction of the light of the second red
  • Light source is collinear to the propagation direction of the common light beam.
  • a light source device can be realized in which in an advantageous manner Way to a deflection, such. B a mirror, or an additional
  • At least one superposition means is a wavelength-selective mirror.
  • the wave-selective mirror is a dielectric or dichroic mirror.
  • Wavelength-selective mirrors have the advantage that light can be coupled into the common beam without substantially changing the properties of the common beam.
  • all overlay means are wavelength-selective mirrors.
  • Polarization beam splitter omitted, which usually has a damage threshold, which limits the light intensity or intensity of the light source for the light source device.
  • the light from the first red light source, the second red light source, the blue light source and / or the green light source is pulsed.
  • the broad line width of pulsed light sources advantageously additionally reduces the coherence and thus additionally the speckle effect.
  • the light source device has at least one element for beam shaping.
  • a lens may be arranged which at least partially compensates for a possible divergence of the light emerging from the light source.
  • semiconductor lasers generally have a strong divergence, with their divergence also typically leading to an asymmetric beam profile. It is therefore also conceivable that cylindrical lenses find use in a preferred embodiment.
  • the elements for beam shaping it is possible to advantageously by partially compensating the Divergence to improve resolution compared to the same light source device without beamforming elements.
  • Another object of the invention is a Mikroaptnchtung with at least one light source device according to one of the above
  • Such a Mikroaptnchtung can be the positive
  • Another object of the invention is a projector with at least one light source device according to one of the embodiments described above.
  • Such a projector can utilize the higher resolution of the light source device for improved image display due to the reduction of the speckle effect
  • Figure 1 shows a light source device according to the prior art.
  • FIG. 2 shows the beam profile of laser light on a screen.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 1 shows a light source device 1 according to the prior art consisting of a blue light source 22, a green light source 21 and two red light sources 25 and 26, the blue light source light from the blue spectral range 220, the green light source light from the green spectral range 210th emitted and the two red light source light from the red spectral range 250 and 260 emit.
  • a light source device 1 to be found in a micromirror device, it is provided that lights from the red, green, and blue light sources 21, 22, and 25 are superposed to superimpose a dot on a screen with a certain one
  • the light sources used are lasers.
  • the use of coherent laser light has the disadvantage of causing speckle patterning (i.e., interference phenomena on the screen), thereby limiting the resolution of the projector.
  • the red light source is difficult to manipulate to reduce the speckle effect caused by the light emitted by the red light source 25.
  • the prior art proposes two red light sources 25 and 26 which emit light of the same wavelength from the red spectral region and differ in that their polarizations are perpendicular to one another. With the aid of a polarization beam splitter 1 1 ', the light from a first red light source having a first polarization 250 and the light from second red
  • Light source with a second polarization 260 are superposed so that the two red beam paths are collinear and thus a common steel
  • the common beam 300 is the light from the blue and the green
  • Light source 210 and 220 supplied such that the common steel 300 in the propagation direction at the output of the light source device 1, the beam paths the light from the red spectral range 250 and 260, from the blue
  • the second and third superimposing means 12 and 13 are preferably wave-selective mirrors, in particular dielectric mirrors, which are each designed such that they either reflect light from a specific spectral range, while they transmit light from other spectral ranges or with other wavelengths.
  • the second superimposing means 12 transmits light from the red spectral region 250 and 260, but reflects the light 220 emerging from the blue light source. With the aid of dielectric mirrors, the different beams can be collinearly superimposed to form a common beam 300 in a simple and space-saving manner.
  • Miniaturization of such an RGB module semiconductor lasers are commonly used as light sources.
  • the lens 15 In order to bundle as much light as possible into a light beam, it is provided to arrange the lens 15 as close as possible to the output of the laser light source, d. H. the lens 15 used will usually have a small focal length.
  • a disadvantage of the device according to the prior art is that a polarization beam part 11 'is required for superimposing the two red beam paths.
  • polarization beam splitter 11 ' is generally subject to the condition that the light has an intensity which is below a damage threshold for the polarization beam part 11'. This adversely limits the intensity used for the light from the red light source 250 or 260 through the damage threshold.
  • FIG. 2 shows the beam profile 19, 19 'of polarized laser light 23, 24 on a screen 18, wherein the laser light is guided onto the screen 18 via two mirrors 16, 16'.
  • the two mirrors 16 and 16 ' are pivotable about two mutually perpendicular axes A and B. This allows the spot or the
  • the light point 19, 19' can scan or scan the entire screen 18. It is conceivable, for example, that on the screen 18, a barcode is applied, which from the
  • Light point 19, 19 ' is examined or read by scanning. It can be clearly seen that the steel profile 19, 19 'of the laser light is elliptical, the size the Halbachs also depends on the positioning of the light spot on the screen 18. Under certain circumstances, the size of the semi-major axis corresponds to the semi-minor axis and the beam profile corresponds to a circle.
  • the elliptical beam profile is typical of laser light from semiconductor lasers, which are preferably used in light source device 1. The elliptical beam profile has a detrimental effect on the
  • FIG. 3 shows an embodiment of a device according to the invention
  • Light source device 1 consisting of a blue light source 22, a green light source 21 and two red light sources 23 and 24. Just like the
  • Light source device of Figure 1 comprises the inventive
  • Light source device 1 also overlay means 11, 12 and 13, which superimpose the light from the two red light sources 230 and 240, the light from the blue light source 220 and the light from the green light source 210 to a common beam 300 collinear.
  • the light source device 1 according to the invention differs from that of the prior art in that the first red light source 23 emits light having a first wavelength from the red spectral range and the second red light source 24 emits light having a second wavelength from the red spectral range first wavelength is different from the second wavelength. Depending on the wavelength difference between the first and the second
  • Wavelength can reduce the speckle effect.
  • a light source device 1 According to the invention also reduces the risk that the beam profile 19 of the common beam is increased, thereby reducing the resolution. Forgoing light with different
  • Polarizations also have the advantage that coatings such as e.g. Antireflective layers, only for one polarization direction of the light must be adjusted. As a result, additional costs and additional expenditure in the production of optical elements which are used together with the light source device 1 according to the invention are advantageously dispensed with.

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Abstract

Die Erfindung schlägt eine Lichtquellenvorrichtung vor, insbesondere zur Verwendung in einer Mikrospiegelvorrichtung, mit einer ersten roten Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem roten Spektralbereich, einer zweiten roten Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem roten Spektralbereich, einer grünen Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem grünen Spektralbereich und einer blauen Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem blauen Spektralbereich und Überlagerungsmitteln, wobei die Überlagerungsmittel derart angeordnet sind, dass das Licht aus der ersten roten Lichtquelle das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle das Licht aus der blauen Lichtquelle und das Licht aus der grünen Lichtquelle kollinear zu einem gemeinsame Lichtstrahl überlagert werden, wobei das Licht aus der ersten roten Lichtquelle eine andere Wellenlänge aufweist als das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle.

Description

Beschreibung
Titel
Lichtquellenvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einer
Mikrospiegelvorrichtung
Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche Lichtquellenvorrichtungen sind in unterschiedlichen Variationen allgemein bekannt und werden auch als RGB-Modul bezeichnet. Die Entwicklung von leistungsstarken und immer kleiner dimensionierten Laserlichtquellen lässt solche Lichtquellenvorrichtungen zu einem wesentlichen Bestandteil von
Mikrospiegelvorrichtungen bzw. Mikrospiegelaktoren werden, da sie trotz ihrer geringen räumlichen Ausdehnung helle farbige Bildpunkte erzeugen können. Dabei verwenden sie nur das Licht, das tatsächlich gebraucht wird. Solche Mirkrospiegel- Vorrichtungen können beispielsweise in Zukunft das Herzstück von Piko-Projektoren, Mini-Barcodescanner oder Vorrichtungen zur Endoskopie bilden. Nachteilig äußert sich die Verwendung von Laserlicht jedoch dahingehend aus, dass die hohe
Kohärenz des Laserlichts zu einem Speckleeffekt durch Interferenzen auf einem Bildschirm führt, auf den das Licht gerichtet ist. Die Verwendung von Halbleiterlasern mit einer geringeren Kohärenz und deren Betrieb mit einer Modulation von einigen 100 MHz konnten den Speckleffekt in der Vergangenheit reduzieren. Die Linienbreite der roten Lichtquelle ist dabei aber in der Regel so schmal, dass für eine deutliche Linienverbreiterung sehr viel höhere Modulationsfrequenzen (und damit zur
Reduktion der Kohärenz) erforderlich sind, als die, die für die beiden anderen Lichtquellen verwendet werden können. Für mögliche Anwendungsgebiete der Mikrospiegel-Vorrichtung bzw. des Mikrospiegelaktors, wie beispielsweise
Projektoren, Mobiltelefone, Kameras oder Laptops, sind aber Modulationsfrequenzen größer als 1 GHz nicht mehr praktikabel bzw. wünschenswert. Der Stand der Technik schlägt daher vor, zwei rote Lichtquellen zu verwenden, die Licht aus dem roten Spektral bereich mit jeweils senkrecht zueinander stehenden Polarisationen emittieren. Werden die beiden Strahlengänge mit den beiden zueinander senkrecht stehenden Polarisationen überlagert, lässt sich der Speckleeffekt um den Faktor 1.41 reduzieren. Es stellt sich jedoch unter anderem als Nachteil heraus, dass zur Überlagerung der beiden Strahlengänge ein Polarisationsstrahlteiler notwendig ist, der unter Umständen eine Zerstörschwelle besitzt, die die Lichtstärke, d.h. die Intensität des Lichts aus dem roten Spektralbereich einschränkt. Außerdem ist zu beachten, dass das Laserlicht von Laserdioden in der Regel ein asymmetrisches Strahlprofil aufweist. Wird das Halbleiterlaserlicht mit senkrecht zueinanderstehenden
Polarisationen überlagert, verlaufen die beiden großen Halbachsen des
ellipsenförmigen Strahlprofils bzw. Strahlquerschnitts ebenfalls senkrecht zueinander, wodurch die Strahlbreite des gemeinsamen Strahls (aus der Überlagerung des Lichts aus den unterschiedlichen Lichtquellen ) insgesamt vergrößert wird.
Konsequenterweise wird auf nachteilige Weise das Auflösungsvermögen verringert.
Es ist Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine kostengünstige und einfache
Lichtquellenvorrichtung zu realisieren, deren Auflösungsvermögen durch die weitere Reduktion des Speckleeffekts für das Licht aus dem rotem Spektralbereich verbessert wird, wobei die oben genannten nachteiligen Effekte aus dem Stand der
Technik reduziert bzw. vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß ist eine Lichtquellenvorrichtung vorgesehen, insbesondere zur
Verwendung in einer Mikrospiegelvorrichtung, mit einer ersten roten Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem roten Spektralbereich und einer zweiten roten Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem roten Spektralbereich. Um einen gemeinsamen Lichtstrahl zu bilden, der auf einem Bildschirm einen farbigen Punkt erzeugt, umfasst die Lichtquellenvorrichtung zusätzlich eine grüne Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem grünen Spektralbereich und eine blaue Lichtquelle zur Emission von Licht aus dem blauen Spektralbereich. Mit Hilfe von Überlagerungsmitteln und
insbesondere deren Anordnung ist es vorgesehen, dass das Licht aus der ersten roten Lichtquelle, das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle, das Licht aus der grünen Lichtquelle und das Licht aus der blauen Lichtquelle kollinear zu einem gemeinsame Lichtstrahl überlagert werden. Insbesondere ist es dabei
erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Licht aus der ersten roten Lichtquelle eine andere Wellenlänge aufweist als das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die Wellenlänge des Lichts aus der ersten roten Lichtquelle um mehr als 8 nm, bevorzugt um mehr als 15 nm und besonders bevorzugt um mehr als 20 nm von der Wellenlänge des Lichts aus der zweiten roten Lichtquelle unterscheidet.
Die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, den durch Licht aus dem roten Spektralbereich verursachten
Speckleeffekt zu reduzieren. Dabei kann auf hohe Modulationsfrequenzen (im GHz- Bereich) zur Linienbreitenverbreiterung verzichtet werden. Modulationsfrequenzen unterhalb des GHz-Bereichs sind beispielsweise in potentiellen Nutzungsumfeldern der Lichtquellenvorrichtung, wie z.B. Projektoren, Mobiltelefone, Kameras oder Laptops, wünschenswert. Da eine parallele Polarisation des Lichts von einer Vielzahl optischer Elemente, beispielsweise wegen ihrer Antireflexbeschichtung, bevorzugt wird, stellt der Verzicht auf das Überlagern von Licht mit unterschiedlichen
Polarisationen einen weiteren Vorteil dar. Dieser Vorteil spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn die im Nutzungsumfeld verwendeten optischen Elemente ohnehin bereits eine Mehrzahl von Beschichtungen, insbesondere Antireflexbeschichtungen, aufweisen. (Üblicherweise müssen die Antireflexbeschichtungen bereits aufwendig an den Wellenlängenbereiche angepasst, sein ohne das die Wrkung der
Antireflexbeschichtung verloren geht, auch wenn der Lichtstrahl nicht genau im vorgesehenen Winkel auf die Antireflexbeschichtung auftritt . Das Hinzufügen einer weiteren Bedingung für die Antireflexschicht ist in der Regel nur mit einem mit
Mehrkosten verbundenen unverhältnismäßig großen Aufwand zu realisieren.)
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste rote Lichtquelle, die zweite rote Lichtquelle, die grüne Lichtquelle und/oder die blaue Lichtquelle Halbleiterlaser sind. Da Halbleiterlaser in der Regel klein dimensionierbar sind, bringt die Verwendung von Halbleiterlasern als Lichtquelle den Vorteil mit sich, dass die Lichtquellenvorrichtung als Ganzes klein dimensioniert werden kann. Darüber hinaus lassen sich rotes Licht emittierende Halbleiterlaser finden, deren
Emissionswellenlängen um mehr als 15 nm voneinander abweichen, wodurch der Speckleeffekt besonders stark reduziert werden kann, da die Reduktion des
Speckeffekts größer wird je größer der Wellenlängenunterschied der überlagerten Lichtwellen ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Überlagerungsmittel derart angeordnet sind, dass die Ausbreitungsrichtung des Lichts der zweiten roten
Lichtquelle kollinear zur Ausbreitungsrichtung des gemeinsamen Lichtstrahls verläuft. Dadurch lässt sich eine Lichtquellenvorrichtung realisieren, bei der in vorteilhafter Weise auf ein Umlenkmittel, wie z. B ein Spiegel, bzw. ein zusätzliches
Überlagerungsmittel verzichtet werden kann, das andernfalls dafür verantwortlich wäre, die Ausbreitungsrichtung des Lichts der ersten roten Lichtquelle, der zweiten roten Lichtquelle, der grünen Lichtquelle oder der blauen Lichtquelle kollinear zur Ausbreitungsrichtung des gemeinsamen Lichtstrahls auszurichten.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass mindestens ein Überlagerungsmittel (11 , 12, 13) ein wellenlängenselektiver Spiegel ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem wellenselektiven Spiegel um einen dielektrischen bzw. dichrotischen Spiegel. Die Verwendung von
wellenlängenselektiven Spiegeln bringt den Vorteil mit sich, dass Licht in den gemeinsamen Strahl eingekoppelt werden kann ohne den gemeinsamen Strahl in seinen Eigenschaften im Wesentlichen zu verändern.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegen Erfindung ist es vorgesehen, dass alle Überlagerungsmittel (1 1 , 12, 13) wellenlängenselektive Spiegel sind. In dieser Ausführungsform wird in vorteilhafter Weise auf die Verwendung eines
Polarisationsstrahlteilers verzichtet, der in der Regel eine Zerstörschwelle besitzt, die die Lichtstärke bzw. Intensität der Lichtquelle für die Lichtquellenvorrichtung einschränkt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Licht aus der erste rote Lichtquelle, der zweiten roten Lichtquelle, der blauen Lichtquelle und/oder der grünen Lichtquelle gepulst ist. Die breite Linienbreite gepulster Lichtquellen reduziert in vorteilhafter Weise zusätzlich die Kohärenz und damit auch zusätzlich den Speckleeffekt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Lichtquellenvorrichtung mindestens ein Element zur Strahlformung aufweist. Beispielsweise kann direkt hinter der ersten roten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle der grünen Lichtquelle und/oder der blauen Lichtquelle eine Linse angeordnet sein, die eine mögliche Divergenz des aus der Lichtquelle tretenden Lichts zumindest teilweise kompensiert. Insbesondere Halbleiterlaser weisen in der Regel eine starke Divergenz auf, wobei deren Divergenz darüber hinaus typischerweise zu einem asymmetrischen Strahlprofil führt. Es ist daher auch vorstellbar, dass Zylinderlinsen in einer bevorzugten Ausführungsform Verwendung finden. Mit Hilfe der Elemente zur Strahlformung ist es möglich, in vorteilhafter Weise durch teilweise Kompensation der Divergenz das Auflösungsvermögen zu verbessern im Vergleich zur gleichen Lichtquellenvorrichtung ohne Elemente der Strahlformung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Mikrospiegelvornchtung mit mindestens einer Lichtquellenvorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen
Ausführungsformen. Eine solche Mikrospiegelvornchtung kann die positiven
Eigenschaften der Lichtquellenvorrichtung zum Scannen eines Bildes, beispielsweise eines Barcodes, nutzen. Dabei west die Mikrospiegelvornchtung einen oder mehrere Spiegel auf, die den gemeinsamen Stahl ausrichten bzw. auf den Bildschirm projektieren.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Projektor mit mindestens einer Lichtquellenvorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Ein solcher Projektor kann das wegen der Reduktion des Speckleeffekts höhere Auflösungsvermögen der Lichtquellenvorrichtung zur verbesserten Bilddarstellung nutzen
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine Lichtquellenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt das Strahlprofil von Laserlicht auf einem Bildschirm. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Lichtquellenvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen
Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. Figur 1 zeigt eine Lichtquellenvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik bestehend aus einer blauen Lichtquelle 22, einer grünen Lichtquelle 21 und zwei roten Lichtquellen 25 und 26, wobei die blaue Lichtquelle Licht aus dem blauen Spektralbereich 220, die grüne Lichtquelle Licht aus dem grünen Spektralbereich 210 emittiert und die beiden roten Lichtquelle Licht aus dem rote Spektralbereich 250 und 260 emittieren. Üblicherweise ist es für eine in einer Mikrospiegelvorrichtung vorzufindende Lichtquellenvorrichtung 1 vorgesehen, dass Licht aus der roten, aus der grünen und aus der blauen Lichtquelle 21 , 22 und 25 derart überlagert werden, dass sie überlagert auf einem Bildschirm einen Punkt mit einem bestimmten
Farbeindruck erzeugen, wobei der jeweils gewünschte Farbeindruck des Punktes durch das relative Mischverhältnis (bzw. durch die relative Gewichtung) von Licht aus dem roten, grünen und blauen Spektralbereich 210, 220 und 250 festgelegt wird. Dabei ist unteranderem vorstellbar, dass sich der Farbeindruck in kurzen
Zeitintervallen ändern soll, wenn die Lichtquellenvorrichtung 1 beispielweise in einem für das Abspielen von Filmen vorgesehenen Projektor integriert ist. Vorzugweise handelt es bei den verwendeten Lichtquellen um Laser. Die Verwendung von kohärentem Laserlicht bringt als Nachteil die Bildung von Specklemustern bzw. eines Speckleeffekts mit sich (, d. h. Interferenzerscheinungen auf dem Bildschirm), wodurch das Auflösungsvermögen des Projektors eingeschränkt wird. Insbesondere lässt sich die rote Lichtquelle nur schwer manipulieren, um den Speckleeffekt zu reduzieren, der durch das von der roten Lichtquelle 25 emittierte Licht verursacht wird. Zur Reduktion des durch das Licht aus dem roten Spektralbereich verursachten Speckleeffekts, schlägt der Stand der Technik zwei rote Lichtquellen 25 und 26 vor, die Licht mit derselben Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich emittieren und sich dadurch unterscheiden, dass ihre Polarisationen senkrecht zueinander stehen. Mit Hilfe eines Polarisations-Strahlteilers 1 1 ' kann das Licht aus einer ersten roten Lichtquelle mit einer ersten Polarisation 250 und das Licht aus zweiten roten
Lichtquelle mit einer zweiten Polarisation 260 derart überlagert werden, dass die beiden roten Strahlengänge kollinear verlaufen und damit einen gemeinsamen Stahl
300 bilden, der sowohl das Licht aus der ersten roten Lichtquelle als auch das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle aufweist. Durch die Überlagerung wird die
Kohärenz des Laserlichts gemindert und der Speckleeffekt um einen Faktor 1.414 reduziert. Mit Hilfe von einem zweiten und einem dritten Überlagerungsmittel 12 und 13 wird dem gemeinsamen Strahl 300 das Licht aus der blauen und der grünen
Lichtquelle 210 und 220 derart zugeführt, dass der gemeinsame Stahl 300 in Ausbreitungsrichtung am Ausgang der Lichtquellenvorrichtung 1 die Strahlengänge des Lichts aus dem roten Spektralbereich 250 und 260, aus dem blauen
Spektralbereich 220 und aus dem grünen Spektral bereich 210 umfasst. Bei dem zweiten und dritten Überlagerungsmittel 12 und 13 handelt es sich vorzugsweise um wellenselektive Spiegel, insbesondere dielektrische Spiegel, die jeweils derart ausgebildet sind, dass sie entweder Licht aus einem bestimmten Spektralbereich reflektieren, während sie Licht aus anderen Spektralbereichen bzw. mit anderen Wellenlängen transmittieren. Beispielsweise lässt das zweite Überlagerungsmittel 12 Licht aus dem roten Spektral bereich 250 und 260 transmittieren, reflektiert jedoch das Licht 220, das aus der blauen Lichtquelle heraustritt. Mit Hilfe von dielektrischen Spiegeln lassen sich die unterschiedlichen Strahlen kollinear zu einem gemeinsamen Strahl 300 auf einfache und platzsparende Weise überlagern. Zur weiteren
Miniaturisierung eines solchen RGB-Moduls werden üblicherweise Halbleiterlaser als Lichtquellen verwendet. Die Linsen 15, die hinter den in der Figur dargestellten Halbleiterlaser angeordnet sind, versuchen die vergleichsweise hohe Divergenz des Lichtes aus Halbleiterlasern (im Vergleich zu anderen Lasertypen) teilweise zu kompensieren. Um möglichst viel Licht zu einem Lichtstrahl zu bündeln, ist es vorgesehen, die Linse 15 möglichst nah an den Ausgang der Laserlichtquelle anzuordnen, d. h. die verwendete Linse 15 wird in der Regel eine geringe Brennweite aufweisen. Ein Nachteil der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist es, dass zur Überlagerungen der beiden roten Strahlgänge ein Polarisationsstrahlteil 11 ' erforderlich ist. Die Verwendung eines solchen Polarisationsstrahlteilers 11 ' unterliegt in der Regel der Bedingung, dass das Licht eine Intensität aufweist, die unterhalb einer Zerstörschwelle für den Polarisationsstrahlteil 1 1 ' liegt. Dadurch wird nachteilig die verwendete Intensität für das Licht aus der roten Lichtquelle 250 bzw. 260 durch die Zerstörschwelle beschränkt.
Figur 2 zeigt das Strahlprofil 19, 19' von polarisiertem Laserlicht 23, 24 auf einem Bildschirm 18, wobei das Laserlicht über zwei Spiegel 16, 16'auf den Bildschirm 18 geführt wird. Die beiden Spiegel 16 und 16' sind um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen A und B verschwenkbar. Dadurch lässt sich der Spot bzw. das
Strahlprofil 19, 19' des Laserlichts auf den Bildschirm positionieren. Insbesondere lässt sich dieser Lichtpunkt (, d. h. Spot bzw. das Strahlprofil) 19, 19' auf dem
Bildschirm 18 bewegen. Mit Hilfe der beiden Spiegel 16 und 16' kann der Lichtpunkt 19, 19' den ganzen Bildschirm 18 scannen bzw. absuchen. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass auf dem Bildschirm 18 ein Barcode aufgebracht ist, der vom
Lichtpunkt 19, 19' durch das Scannen untersucht bzw. gelesen wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Stahlprofil 19, 19' des Laserlichts elliptisch ist, wobei die Größe der Halbachs auch von der Positionierung des Lichtpunkts auf dem Bildschirm 18 abhängt. Unter Umständen entspricht die große Halbachse in ihrer Größe der kleinen Halbachse und das Strahlprofil entspricht einem Kreis. Das elliptische Strahlprofil ist typisch für Laserlicht aus Halbleiterlasern, die bevorzugt in Lichtquellenvorrichtung 1 verwendet werden. Das elliptische Strahlprofil wirkt sich dabei nachteilig auf das
Auflösungsvermögen aus und führt zu einer verzerrten Bildwidergabe.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Lichtquellenvorrichtung 1 , bestehend aus einer blauen Lichtquelle 22, einer grünen Lichtquelle 21 und zwei roten Lichtquellen 23 und 24. Genau wie die
Lichtquellenvorrichtung aus Figur 1 umfasst die erfindungsgemäße
Lichtquellenvorrichtung 1 auch Überlagerungsmittel 11 , 12 und 13, die das Licht aus den beiden roten Lichtquellen 230 und 240, das Licht aus der blauen Lichtquelle 220 und das Licht aus der grünen Lichtquelle 210 zu einem gemeinsamen Strahl 300 kollinear überlagern. Die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung 1 unterscheidet sich von der aus dem Stand der Technik dadurch, dass die erste rote Lichtquelle 23 Licht mit einer ersten Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich und die zweite rote Lichtquelle 24 Licht mit einer zweiten Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich emittiert, wobei sich die erste Wellenlänge von der zweite Wellenlänge unterscheidet. Abhängig von dem Wellenlängenunterschied zwischen der ersten und der zweiten
Wellenlänge lässt sich der Speckleeffekt reduzieren. In vorteilhafter Weise kann dann auf einen Polarisationsstrahlteiler 1 1 ' verzichtet werden und stattdessen als erstes Überlagerungsmittel 1 1 ein dielektrischer Spiegel verwenden werden. Da diese dielektrischen Spiegel in der Regel eine sehr hohe Zerstörschwelle aufweisen, verfügt die dargestellte Lichtquellenvorrichtung 1 über die Möglichkeit leistungsstarke rote
Lichtquellen 23 und 24 zu verwenden. Da es zusätzlich nicht erforderlich ist, Licht mit senkrecht zueinander stehenden Polarisationen 250 und 260 zu überlagern, wird einer erfindungsgemäßen Lichtquellenvorrichtung 1 auch die Gefahr reduziert, dass das Strahlprofil 19 des gemeinsamen Strahls vergrößert wird und dadurch das Auflösungsvermögen reduziert wird. Das Verzichten auf Licht mit unterschiedlichen
Polarisationen hat zudem den Vorteil, dass Beschichtungen, wie z.B. Anti- Reflexschichten, nur für eine Polarisationsrichtung des Lichts angepasst werden müssen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise auf Zusatzkosten und Mehraufwand bei der Herstellung von optischen Elementen verzichtet, die zusammen mit der erfindungsgemäßen Lichtquellenvorrichtung 1 verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:
Lichtquellenvorrichtung (1), insbesondere zur Verwendung in einer
Mikrospiegelvorrichtung, mit
- einer ersten roten Lichtquelle (23) zur Emission von Licht aus dem roten
Spektralbereich (230),
- einer zweiten roten Lichtquelle (24) zur Emission von Licht aus dem roten Spektralbereich (240),
- einer grünen Lichtquelle (21 ) zur Emission von Licht aus dem grünen
Spektralbereich (210) und
- einer blauen Lichtquelle (22) zur Emission von Licht aus dem blauen
Spektralbereich (220) und Überlagerungsmitteln (1 1 , 12, 13), wobei die
Überlagerungsmittel (1 1 , 12, 13) derart angeordnet sind, dass das Licht aus der ersten roten Lichtquelle (230), das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle (240), das Licht aus der grünen Lichtquelle (210) und das Licht aus der blauen Lichtquelle (220) kollinear zu einem gemeinsamem Lichtstrahl (300) überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht aus der ersten roten Lichtquelle (23) eine andere Wellenlänge aufweist als das Licht aus der zweiten roten Lichtquelle (24) .
Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste rote Lichtquelle (23), die zweite rote Lichtquelle (24), die blaue Lichtquelle (22) und/oder die grüne Lichtquelle (21) Halbleiterlaser sind.
Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsmittel (11 , 12, 13) derart angeordnet sind, dass die Ausbreitungsrichtung des Lichts (240) der ersten roten Lichtquelle (23), der zweiten roten Lichtquelle (24), der grünen Lichtquelle (21) oder der blauen Lichtquelle (22) kollinear zur Ausbreitungsrichtung des gemeinsamen Lichtstrahls (300) verläuft.
4. Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Überlagerungsmittel (11 , 12, 13) ein wellenlängenselektiver Spiegel ist.
5. Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Überlagerungsmittel (1 1 , 12, 13) wellenlängenselektive Spiegel sind
6. Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht aus der erste rote Lichtquelle (23), der zweiten roten Lichtquelle (24), der blauen Lichtquelle (22) und/oder der grünen Lichtquelle (21) gepulst ist.
7. Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellenvorrichtung mindestens ein Element zur Strahlformung aufweist. 8. Mikrospiegelvorrichtung mit mindestens einer Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Projektor mit mindestens einer Lichtquellenvorrichtung (1) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 7
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