JP2017523609A - 複数の波長を有する光を発するための装置、装置の製造方法、ポジショニングモジュールの使用、光線の合成方法および複数の波長を有する光を発するための装置 - Google Patents

Abstract

複数の波長を有する発光のための装置はハウジング（１）およびハウジング（１）内の光源（２）を備える。光源（２）は特にレーザーダイオードの形態である。好ましくは、異なる波長を有する３つの光源が形成される。装置は光源（２）から発された光線のコリメートのためのコリメーティングレンズ（３）および光線を束ねるためのビームガイド要素とをさらに備える。コリメーティングレンズ（３）はポジショニングモジュール（４）内に配置され、ポジショニングモジュール（４）は、装置製造過程中にコリメーティングレンズ（３）を異なる位置に位置づけることを可能とする。

Description

本発明は、独立請求項の序文によれば、複数の波長を有する光を発するための装置、装置の製造方法、ポジショニングモジュールの使用、光線の合成方法および複数の波長を有する光を発するための装置に関する。

小型化された設計において異なる色を有する光を投影可能な投影モジュールは既に公知である。このような投影装置は、たとえば、３つの光源が光を発し、光はビーム合成器によって１つのビームに合成されＭＥＭＳ鏡を介して投影面上に投影されることを開示するＷＯ ２０１３／１７８２８０から公知である。さらに、円形ビーム直径を形成するために個々の色を修正する、光学修正装置がここに形成される。そのような装置は非常に複雑で、多くの構成要素部分を有するので、小型化し、同時に正確な方法で製造されるために多大な困難を伴う。さらに、発光効率も乏しい。

ＷＯ ２０１４／０２３３３２２はさらにレーザーダイオードが互いに平行に配置された投影装置を開示し、レーザーダイオードは容器内の適所に接着固定される。レーザーダイオードの配列の不正確は、第一にレーザーダイオードが固定され、その後、光線をまず合成しレーザーダイオードの配列誤りを正すために鏡が用いられるように補われる。この方法は実行するには複雑でダイオードの配列に関して不正確である。

そこで、先行技術の不利益を回避し、特に、可能な限り最善の個々の色の重ね合わせ、高い発光効率および製造の簡素化を可能とする装置および方法を提供することが本発明の目的である。

この目的は独立請求項の特徴的部分によって達成される。
特に、この目的は複数の波長を有する光を発する装置によって達成され、装置はハウジングを備える。光源、特にレーザーダイオードは、ハウジング内に配置される。それぞれの場合において異なる波長を有する光源が好ましくは含まれる。さらに、ハウジングは前記光源から発される光線をコリメートするためのコリメーティングレンズを備える。加えて、装置は光線を組み合わせるためにビームガイド要素を備える。コリメーティングレンズはポジショニングモジュール内に配置され、コリメーティングレンズは装置を製造するための過程においてポジショニングモジュール内の異なる位置に位置づけ可能である。

そのような装置は容易かつ自動化された方法で製造可能であり、個々の光線の非常に正確な重ね合わせを引き起こす。

厳密には赤、緑および青の色を有する３つの光源が装置に好ましい。さらに、この特定色における光の明度を最適化するために、第４の光源、特に第２の緑の光源を加えることが可能である。

好ましくは、光源の光パワーを十分に活用するために、光源とコリメーティングレンズの間には隔壁は配置されない。

本発明によるポジショニングモジュールは光源がハウジング内に既に固定されている中でコリメーティングレンズの単純な位置づけを可能とするよう具体化される。ポジショニングモジュールは好ましくは装置の一部であり、製造後においてもハウジング内に残る。ポジショニングモジュールは好ましくは最大３×３×３ミリメートルの寸法設計を有する。

ポジショニングモジュールは立方体または六角柱でもよい。８またはそれ以上の側面を有する柱もまた可能である。柱の個々の側面は、たとえば６角柱の場合では６つの立面が実装されるよう、ここでは柱のための立面の役割を果たす。

本発明によるポジショニングモジュールは正面側および背面側を有し、正面側は光源に面して向けられ、背面側は光源から離れて向けられる。正面側および背面側はその上にポジショニングモジュールの下に置くことが可能な側面によって接続される。コリメーティングレンズは、光源からの光がコリメーティングレンズを透過するよう正面側および背面側の間に配置される。

コリメーティングレンズはポジショニングモジュール内に適合されポジショニングモジュールとともに光源の前の光線内に位置づけられる。

そのようなポジショニングモジュールはコリメーティングレンズの単純な位置づけを可能とし、同時に正確な位置づけおよびその位置への固定のための十分な表面エリアが存在する。

ポジショニングモジュールの位置づけの間、生じうる光源の位置合わせ誤りを少なくとも部分的に同時に補うことが可能である。

ポジショニングモジュール内のコリメーティングレンズは、特にポジショニングモジュールの側面に対して偏心して配置可能である。

ポジショニングモジュール内におけるレンズの偏心した配置により、ポジショニングモジュールの回転によるレンズの位置および異なる側面上の配置は、生じうる光源の位置合わせ誤りの補正をもたらすことが可能である。

ポジショニングモジュールは金属、特にアルミニウムまたは鋼から、あるいは全体的にガラスから製造されることができる。

ポジショニングモジュールは好ましくは装置内の適所に接着固定され、接着剤の計量において硬化または乾燥中の収縮が考慮される。ビームガイド要素は二色鏡、好ましくは光源ごとに１つの二色鏡を備え得る。

二色性鏡を有して、個々の光線は、整列され同時に合成されて１つのビームを形成する正しい位置にガイドされ得る。

ビームガイド要素はプリズム望遠鏡を備え得る。
光線のビーム直径はプリズム望遠鏡により最適化され得る。プリズム望遠鏡は好ましくは二色鏡の下流で既に合成された光線のために使用される。しかしながら、二色鏡の上流で光源ごとにプリズム望遠鏡を使用することもまた気づき得る。しかしながら、これは必要なスペースの点で、小型化した実施形態には不利である。プリズム望遠鏡はビーム断面の２つの軸の割合を方向１において、好ましくは０．５から０．８の範囲で最適化する。

プリズム望遠鏡は光線の最適な整列の目的のために別々に位置づけることができる個々のプリズムから構成されることができる。

円形断面形態に限りなく近接された正確に重ねあわされたビームはこうして生じる。
光源の１つはビーム伝播方向においてコリメーティングレンズの下流に波長板、好ましくは半波λ／２（ハーフラムダ）プレートを備え得る。

結果的に、同一色の２つの光源の場合において、発された光の偏光は同一の波長を有する２つのビームが互いに重ねあわされるよう変更可能である。二色鏡を有して、さらなる波長がその後同様にビームに合成される。

ハウジングは好ましくは５×１５×２５ミリメートル（Ｈ×Ｗ×Ｌ）の最大規模を有する。ハウジングは好ましくははんだづけに適したアルミニウム、鋼または銅からなる。

さらに、装置の製造方法、特に以上で説明したもの、は目的の達成に帰着する。
方法は以下の、
好ましくは圧入により、少なくとも３つの光源をハウジング内に固定するステップと（特に光源はレーザーダイオードである）、
ポジショニングモジュールを提供するステップと、
ポジショニングモジュールの助けにより、それぞれの光源から発される光線内にコリメーティングレンズを位置づけるステップと、
ポジショニングモジュールとハウジングを、特に永久接続として、接続するステップと、
個々の光線を合成して共通の光線を形成する目的で、コリメーティングレンズの下流の光線内にビームガイド要素を位置づけるステップと、
を備える。

そのような方法は自動的な方法で実行可能であり、個々の光線の正確な整列と最適化された発光効率を可能とする。

ポジショニングモジュールはコリメーティングレンズを３次元で、すなわち光源から光が伝播する方向（Ｚ方向）、伝播の方向に垂直（Ｘ方向）、および伝播の方向およびＸ方向に垂直（Ｙ方向）に位置づけることができる。Ｙ方向はまた高さとも称される。Ｙ方向への位置づけは偏心したコリメーティングレンズの手段により、ビームが過度に非対称になることなく、非常に限定された程度で可能である。

それぞれのポジショニングモジュールは適所に接着固定される。好ましくは、ポジショニングモジュールはまず位置づけられてその後適所に接着固定される。

適所に接着固定されたポジショニングモジュールは柔軟に位置づけられて固定される。さらに、接着剤の正確な知識により、コリメーティングレンズの正確な高さ位置づけのために必要な量を考慮に入れることが可能となる。

ポジショニングモジュールが適所に接着固定された際、接着剤の硬化中に生じる収縮を考慮するために接着剤の量および／または接着固定ギャップのサイズが選択され得る。

ポジショニングモジュールおよびこれによるコリメーティングレンズの位置はこうして非常に正確に決定され設定される。

接着剤はエポキシ樹脂の接着剤も可能である。
ビームガイド要素は二色鏡を備えることができ、ポジショニング要素は個々のレーザービーム間に存在する、生じうる高さの差異を補うために位置づけられる。この目的のために、ポジショニング要素はすべての光線が鏡上に同じ高さに配置されるよう調整される。

鏡およびポジショニング要素の位置づけにより、すべての３方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）において不正確を補うことが可能である。特に、高さの差異の補償がポジショニング要素の位置づけにより実現可能である。こうして共通のビームの非常に正確な重ね合わせが達成可能である。

レンズ、特にコリメーティングレンズの位置づけのためのポジショニングモジュールの使用は、さらに目的達成に帰着する。

コリメーティングレンズによるポジショニングモジュールの独立した位置づけは光源の位置合わせ誤りの補正および正確かつ安定したコリメートの単純な可能性をもたらす。

光線を合成するための方法はさらに目的の達成に帰着し、少なくとも２つの光源、好ましくはレーザーダイオードからの光線はそれぞれのコリメーティングレンズによりコリメートされる。コリメーティングレンズはそれぞれのポジショニングモジュール内に配置される。コリメートされたビームはビームガイド要素によって、合成されたビーム形成のために合成される。

そのような方法は実行が単純であり、高い光密度を有する合成ビームと光源からの個々の色の最大限の重ね合わせをもたらす。

複数の波長を有する光を発する装置はさらに目的達成をもたらし、前記装置は、ハウジング、およびハウジング内に配置された光源、特にレーザーダイオードを備える。それぞれの場合において異なる波長を有する３つの光源が好ましくは実装される。装置は、光源から発された光線のコリメートのために、コリメーティングレンズ、好ましくはポジショニングモジュール内のコリメーティングレンズと、光線を合成するためのビームガイド要素とをさらに備える。光源は圧入によりハウジング内に固定される。

そのような装置は光源により生じた熱の周囲のハウジングへの最適な熱移転をもたらす。光源はハウジング内に圧入されそれ以上調節されない。このようにして導入された光源は非常に素早く取付け可能であり複雑な接着固定、充填および調節過程を実行する必要がない。

好ましくは、そのような装置は以上に説明されたポジショニングモジュールを備える。
ビームガイド要素は好ましくは以上に述べたようなプリズム望遠鏡および二色鏡、好ましくは光源あたり１つの二色鏡、を備える。

装置は波長板を備えることができ、コリメーティングレンズの下流の光源からの光の偏光を変化させる。

結果的に、複数の光源でさえ二色鏡によって１つの色に合成することが可能である。
本発明は図を参照して以下の例示的な実施形態においてより詳細に説明される。

ポジショニングモジュールを有するハウジングの斜視図を示す。 本発明による装置の概念平面図を示す。 ポジショニングモジュールを通る断面図を示す。 さらなる実施形態による本発明による装置の概念平面図を示す。 ファイバーの連結された本発明による装置の概念平面図を示す。 本発明による装置の三次元斜視図を示す。 ポジショニングモジュールを通る断面図を示す。

図１はハウジング１を備える本発明による装置を示す。４つのレーザーダイオードがハウジング１内に圧入されている（見えない）。４つのポジショニングモジュール４がレーザーダイオードの正面に配置される。ポジショニングモジュール４はそれぞれコリメーティングレンズ３を有する。ポジショニングモジュール４はレーザーダイオードからの光線を整列するために使用される。この目的のために、コリメーティングレンズ３が配置される開口部はポジショニングモジュール４内に偏心して配置される。さらに、レーザーダイオードとポジショニングモジュールとの間の距離はポジショニングモジュール４の位置づけの間に適合されることができる。ポジショニングモジュール４は接着固定によりハウジング１の基盤９に固定される。接着剤の量はハウジング１上のポジショニングモジュール４の高さの補正も設定するよう寸法設計され、接着剤の収縮が計算に含められる。完成した状態において、ハウジングは追加的にカバーを有する（図示されていない）。

図２は本発明による装置の１つの実施形態の平面図を示す。４つの光源２は二色鏡５上に光線を発する。二色鏡５は、ハウジング１内に光源２の圧入後、ハウジング１に固定される。結果的に、二色鏡５もまたそれぞれの光源２から同じ距離ではない。２つの赤光源２ｃ、２ｄが例としてこの実施形態では実装される。赤光源の１つ２ｃはこうして波長板７によりその偏光に関して修正される。結果的に、二色鏡５ｃは光源２ｄからの赤い光の通過と、同時に光源２ｃからの赤い光の反射とを許容する。すべての光源からの光は丸いビームを形成するためにプリズム望遠鏡６によってさらに形作られる。プリズム望遠鏡６は互いに独立して調整可能な第１のプリズム６ａおよび第２のプリズム６ｂからなる。明確化のために、光源正面のレンズはポジショニングモジュール４なしで図示される（図３参照）。しかしながら、実施形態内のコリメートはいつもポジショニングモジュール４により実行される。

図３はコリメーティングレンズ３を有するポジショニングモジュール４内の断面を示す。コリメーティングレンズ３は光源２からの光線のコリメートのために用いられる（図１および図２参照）。ポジショニングモジュール４はコリメーティングレンズ３の単純な位置づけを可能とする。さらに、コリメーティングレンズ３は、この立方体のポジショニングモジュール４の場合において、レンズの４つの異なる位置が可能であるよう、ポジショニングモジュール４内に偏心して配置される。

図４は本発明による装置の代替的な実施形態の平面図を示す。図４内の実施形態は波長板７の使用なしの図２の実施形態に対応する。この実施形態における光源２は二色鏡５が同一の色に対して同時に透過的かつ反射的であり得ないため、異なる波長を発する。すべてのビームガイド要素は接着固定によりハウジング１に固定される。

図５は図２と類似した本発明による装置の実施形態を示し、装置から発された光線は光学ファイバー８に結合される。そのような装置は特に、医療目的で使用可能である。図２に詳細に図示されたものに加えて、装置は、発された光線を光ファイバーに合焦させる焦点合わせレンズ１１を有するハウジングを備える。

図６は本発明による装置の概念的三次元図を示す。ハウジング１は４つの光源を備える（見えない）。ポジショニングモジュール４はそれぞれの光源の正面に配置され、それぞれのコリメーティングレンズ３は前記ポジショニングモジュール内に配置される。ポジショニングモジュール４の助けにより、それぞれのコリメーティングレンズ３は光源の生じうる位置合わせの誤りがコリメーティングレンズによって既に少なくとも部分的に補われるように位置づけられる。ポジショニングモジュール４から発された後、個々の光線は二色鏡により偏向され、その後プリズム望遠鏡により可能な限り丸い形状にされる。プリズム望遠鏡６は別々に位置づけ可能な第１のプリズム６ａおよび第２のプリズム６ｂからなる。光線のより良い丸みはこうして達成可能である。

図７は４つの側面１０を有する本発明によるポジショニングモジュール４を示す。側面１０において、ポジショニングモジュール４はハウジング１の基盤９上に固定可能である（図１参照）。コリメーティングレンズ３はポジショニングモジュール４内に偏心して位置づけられる。距離ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４はこうして互いに異なるとともに異なるレーザーダイオードの出射位置の許容誤差と調整される。

Claims (15)

1. 複数の波長を有する光を発する装置であって、ハウジング（１）と、特にレーザーダイオードである、前記ハウジング（１）内に配置された、好ましくはそれぞれの場合において異なる波長を有する３つの光源である、光源（２）と、前記光源（２）から発された光線のコリメートのためのコリメーティングレンズ（３）と、前記光線を合成するためのビームガイド要素とを備え、前記コリメーティングレンズ（３）はポジショニングモジュール（４）内に配置され、前記ポジショニングモジュール（４）が装置の製造過程において異なる位置に位置づけられることを可能とすることを特徴とする、装置。
2. 前記ポジショニングモジュール（４）は立方体または六角柱形状であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記コリメーティングレンズ（３）は前記ポジショニングモジュール（４）内で偏心して配置されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記ビームガイド要素は二色鏡（５）を備え、好ましくは光源ごとに１つの二色鏡を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記ビームガイド要素はプリズム望遠鏡（６）を備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記プリズム望遠鏡（６）は前記光線の最適な整列のために個別に位置づけ可能な個々のプリズムから構成されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 光源（２）は波長板（７）、好ましくはλ／２板を、ビーム伝播方向における前記コリメーティングレンズの下流に備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. 装置、特に請求項１に記載の装置の製造方法であって、
   好ましくは圧入により、少なくとも３つの光源（２）、特にレーザーダイオードを、ハウジング（１）内に固定するステップと、
   ポジショニングモジュール（４）を提供するステップと、
   それぞれの前記光源（２）から発された光線内に、ポジショニングモジュール（３）の助けを受けてコリメーティングレンズ（３）を位置づけるステップと、
   特に永久接続として、ポジショニングモジュールとハウジングとを接続するステップと、
   個々の光線を合成して共通の光線を形成する目的で、前記コリメーティングレンズ（３）の下流で光線内にビームガイド要素を位置づけるステップと、を備える方法。
9. それぞれのポジショニングモジュール（３）は適所に接着固定されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記ポジショニングモジュール（３）が適所に接着固定された際、接着剤の量および／または前記接着剤上への接触圧力は前記接着剤の硬化中に生じる収縮を考慮に入れて選ばれることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記ビームガイド要素は二色鏡（５）を備え、前記ポジショニングモジュール（３）は個々の光線の間で前記鏡（５）上に生じ得るビームの高さの差異を補うよう位置づけられることを特徴とする、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
12. レンズ、特にコリメーティングレンズ（３）を位置づけるのためのポジショニングモジュール（４）の使用。
13. 少なくとも２つの光源（２）、好ましくはレーザーダイオード、からの光線がそれぞれのコリメーティングレンズ（３）でコリメートされ、前記コリメーティングレンズ（３）はそれぞれのポジショニングモジュール（４）内に配置され、ビームガイド要素によってコリメートされたビームを合成して合成されたビームを形成することを特徴とする、光線を合成する方法。
14. 複数の波長を有する光を発する装置であって、ハウジング（１）と、前記ハウジング（１）内に配置され、特にレーザーダイオードであり、好ましくはそれぞれの場合において異なる波長を有する３つの光源（２）である、光源（２）と、好ましくはポジショニングモジュール（３）内の、前記光源から発された光線をコリメートするためのコリメーティングレンズ（３）と、光線を合成するためのビームガイド要素とを備え、前記光源（２）は前記ハウジング内に圧入により固定されることを特徴とする、装置。
15. 前記装置は前記コリメーティングレンズ（３）の下流の光源からの光の偏光を変化させる、波長板（７）を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。

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