JP2019511752A - 光ビームを生成するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、少なくとも第１および第２の光源２、３を有する、光ビームを生成するための装置１であって、第１および第２の光源２、３は好ましくは、動作中、同じ波長の光を放射する、装置１に関する。光源２、３は、第１の光源２のビームプロファイル１１が第２の光源３のビームプロファイル１２に対して光伝搬方向の軸Ａを中心としてある回転角度Ｄだけ回転されるように配置される。光源２、３の少なくとも一方の下流にビーム回転素子４が配置され、ビーム回転素子４は、ビーム回転素子４を通過した後の光源２、３のビームプロファイル１１、１２が、光伝搬方向Ａに直交する平面において、伝搬方向に直交する平面における他方の光源２、３のビームプロファイル１１、１２と実質的に同一に配向されるように、ビームプロファイル１１、１２をある角度回転させる。

Description

この発明は、独立請求項の一般的用語に従った、光ビームを生成するための装置および方法に関する。

異なる波長の光が１つのビームへと組合わされ、次に投影スクリーン上へ向けられる光モジュールは、すでに公知である。

たとえば、異なる波長の光源が各々、１つの波長感知ミラー、たとえば誘電体ミラーまたはダイクロイックミラーに向けられ、それにより、光源からの放射光がミラーによって共通ビームになるよう結合される投影モジュールが、ＤＥ １０ ２０１３ ２１６８９６から公知である。たとえば、組合わされたビームはＭＥＭＳミラー上へ誘導可能であり、ＭＥＭＳミラーは次に光ビームを投影面上へ向ける。

多くの用途は、平行化されたビームにおける高パワーを必要とする。商業的に入手可能なダイオードのパワーは限られているため、レーザダイオードの数を倍増することによってパワー増大が達成される。

フィルタを用いて２つの光源のビームを重ね合わせるために、およびパワーを倍増するためには、偏光方向が互いに直交していなければならない。偏光は、たとえばλ／２位相差板を用いて回転可能である。しかしながら、位相差板は、感度が高く高価な部品である。

これに代えて、光源は、回転された位置に設置可能である。しかしながら、レーザダイオードの光は通常、非対称的なビームプロファイルを有する。半導体レーザ光が互いに直交する偏光と重ね合わされる場合、楕円形ビームプロファイルまたはビーム断面の半軸も互いに直交しており、それにより、異なる光源の光の重ね合わせから構成された共通ビームのビーム幅が全体的に増加する。

ＤＥ １０ ２０１３ ２１６８９６はしたがって、第１の赤色光源からの光は、第２の赤色光源からの光とは異なる波長を有することを示唆している。第１および第２の光源からの光の重ね合わせのために、誘電体ミラーが、偏光ビームスプリッタの代わりに、ビームプロファイルの増加や解像能力の低下なしで使用され得る。

しかしながら、この設計は、従来のまたは商業的に入手可能なダイオードを使用することができず、実際には４つの異なる波長領域を有する光ビームが重ね合わされる、という欠点を有する。公知のＲＧＢモジュールで一般的であるような光源の制御を容易に行なうことができない。

したがって、この発明の目的は、従来技術の欠点を回避する、光ビームを生成するための装置、および光ビームを生成するための方法を作り出すことである。特に、この発明の目的は、単純な部品を使用し、コスト効率良く提供され得る装置および方法を作り出すことである。

この目的は、少なくとも第１および第２の光源を有する、光ビームを生成するための装置であって、第１および第２の光源は好ましくは、動作中、同じ波長の光を放射する、装置によって解決される。この発明によれば、光源は互いに対して、第１の光源のビームプロファイルが第２の光源のビームプロファイルに対して光伝搬方向の軸を中心としてある回転角度、好ましくは９０度回転されるように配置される。

光源の少なくとも一方の下流にビーム回転素子が配置され、このビーム回転素子は、ビーム回転素子を通過した後の光源のビームプロファイルが、光伝搬方向に直交する平面において、伝搬方向に直交する平面における他方の光源のビームプロファイルと実質的に同一に配向されるように、ビームプロファイルのある角度の回転を生じさせる。

特に、ビーム回転素子は、ビーム回転素子を通過した後にビームプロファイルの主軸が互いに平行に配向されることを生じさせる。

光源は特にレーザダイオードであり、それは好ましくは赤色光を放射する。
ビーム回転素子は、ビームプロファイルの整列をもたらす。

非対称的なビームプロファイルを有する光源が互いに対して配向され得るが、にもかかわらず、平行なビームプロファイルがビーム回転素子によって依然として達成され得る。

ビーム回転素子は特に、放射されたビームの偏光を回転させない。ビーム回転素子はしたがって、偏光から独立してビームプロファイルを変更する可能性を提供する。

この発明の好ましいバージョンでは、装置は、さらに別の光源、好ましくは２つのさらに別の光源を含み、それらは動作中、第１および第２の光源の波長とはそれぞれ異なる波長を有する光を放射する。このようにして、たとえば、可視波長領域における画像表示のためのピコプロジェクターにおいて使用可能な光モジュールが利用可能になり得る。

装置は好ましくは、特に異なる光源によって生成された光ビームを組合わせるために、ビーム誘導素子が設けられるように設計される。

光源および少なくとも１つのビーム回転素子は好ましくは、光ビームが等しく配向されたビームプロファイルと組合わされるように配置される。

好ましくは、動作中、偏光、好ましくは直線偏光を放射する光源が設けられる。第１および第２の光源の偏光方向はビームプロファイルに従って互いに対して回転され、ビーム回転素子は偏光の回転を生じさせない。

典型的には、レーザダイオードのビームプロファイルは、遅相軸および進相軸の方向が異なっており、光伝搬方向に直交する平面において楕円形ビームプロファイルをもたらす。光源が伝搬方向の軸を中心として回転された場合、偏光だけでなくビームプロファイルの配向も変化する。

ビーム回転素子は、同じビームプロファイルを有する、同じ波長および異なる偏光のビームの生成を可能にする。ビームは次に、たとえばポールスプリッタを介して、ビームプロファイルの増加や解像能力の低下なしで組合わされ得る。

この発明の有利な一実施形態では、各光源には、光源から出てくる光ビームを平行化するためのコリメーティングレンズが割当てられる。

有利には、ビーム誘導素子はポールスプリッタを含む。ポールスプリッタを用いて、波長は同じであるものの偏光が異なる光ビームを組合わせることができる。ポールスプリッタは、ある偏光方向を有する光を反射し、他の方向に偏光される光を透過する。

有利には、ビーム誘導素子は、波長感知ミラー、たとえばダイクロイックミラーを含む。たとえば、ミラーは、ある波長については反射性であり、他の波長については透過性である。そのようなフィルタにより、さらに別の波長を有するビームを、ある波長を有する光ビームになるよう結合することができる。

装置は好ましくはポールスプリッタとダイクロイックミラーとを含み、そのため、同じ波長の光ビームを組合わせることができ、また、さらに別の波長を有する光ビームを、これらの組合わされた光ビームへと結合することができる。このため、赤、緑および青の波長成分を有する光ビームを得ることができ、赤の成分はいくつかの光源によって供給される。

有利な一実施形態では、ビーム誘導素子はプリズム望遠鏡を含む。プリズム望遠鏡はビーム断面を整形し直すために使用され、たとえば、典型的にはコリメーティングデバイスから出射する、楕円形断面を有するレーザービームは、１対のプリズムによって、円形断面を有するビームに変換される。

好ましくは、組合わされた光ビームは、プリズム望遠鏡を通って誘導される。
ビーム回転素子として円筒望遠鏡を設けることができる。これは好ましくは、その円筒軸が回転角度を光源間で分けるように配置される。

２つの光源間の回転角度は、一方の光源が他方の光源に対して光伝搬方向に関して回転する角度である。楕円形ビームプロファイルを有する、同じビームパターンを有する光源については、回転角度とは、それぞれの楕円の主軸間の角度を示す。偏光を放射する光源については、回転角度とは、それぞれの主偏光方向間の角度、たとえば、それぞれの進相軸および遅相軸間の角度を示す。

円筒軸が回転角度を２分割するように円筒望遠鏡が配置される場合、ビームプロファイルは回転角度だけ逆回転される。

特に、円筒軸は、光源のビームプロファイルの主軸に対して４５度傾斜している。
２つの光源の場合、互いに直交する偏光を有する２つの光ビームを生成するために、それらの一方は他方の光源に対して伝搬方向の軸を中心として９０度回転され、たとえば、この経路に配置された円筒望遠鏡は、ビームプロファイルを平行配向へと戻すことができ、偏光は影響されないままである。

光源は、１つの平面に、好ましくは互いに隣接して、好ましくはほぼ平行の光伝搬方向を有して配置され得る。光源は次に、共通担体上に配置可能であり、それは次の設置を容易にする。各光源には、光ビームを統合するための対応するミラーが割当てられ、それらも互いに隣接して配置され得る。

この発明の基盤となる目的はまた、少なくとも２つの光源が、好ましくは同じ波長を有する光を放射する、光ビームを生成するための方法によって解決される。第１の光源によって放射された光ビームのビームプロファイルは、第２の光源によって放射された光ビームのビームプロファイルに対してある回転角度、好ましくは９０度回転される。光ビームの少なくとも１つは、ビーム回転素子を通って誘導される。光ビームのビームプロファイルは、ビーム回転素子を通過した後の光源のビームプロファイルが、光伝搬方向に直交する平面において、伝搬方向に直交する平面における他方の光源のビームプロファイルと実質的に同一に配向されるように、ある角度回転される。

特に、１つの光ビームがビーム回転素子を通過した後に、ビームプロファイルの主軸の方向は互いに対して平行である。

さらに別の好ましい展開では、さらに別の、好ましくは２つの光源が光を放射し、それらの波長は各々の場合、第１および第２の光源の波長とは異なる。

全部で３つの異なる波長領域における４つの光源からの光が特に好ましい。
好ましくは、光源は各々、偏光、好ましくは直線偏光を放射する。第１および第２の光源の偏光方向はビームプロファイルに従って互いに対して回転される。ビーム回転素子はビームプロファイルを回転させるだけであり、偏光の回転を生じさせない。

有利には、ビームは、組合わされたビームを形成するためにビーム誘導素子によって組合わされる。ビーム誘導素子は特に、ポールスプリッタ、波長感知ミラー、たとえばダイクロイックミラーを含む。

ビームは、プリズム望遠鏡を通って誘導され得る。そこでビームプロファイルは変更され、たとえば、楕円形ビームプロファイルは円形ビームプロファイルに変換される。

好ましくは、光ビームは各々、コリメーティングレンズを用いて平行化される。
この発明を、以下の実施形態でより詳細に説明する。

平面図における、この発明に従った装置の概略図である。 ビーム回転素子を通過する前の２つの光源のビームプロファイルの概略図である。 ビーム回転素子を通過した後の２つの光源のビームプロファイルの概略図である。

図１は、平面図における、この発明に従った装置１の概略図を示す。
装置は、レーザダイオードの形をした第１の光源２および第２の光源３を含み、第１および第２の光源２、３は動作中、同じ波長の光、この場合赤の波長領域の光を放射する。

光源２、３は互いに対して、第１の光源２のビームプロファイルが第２の光源３のビームプロファイルに対して光伝搬方向の軸Ａを中心として回転角度Ｄ、好ましくは９０度回転されるように配置される。

第１の光源２の下流にビーム回転素子４が配置され、それは、第１の光源のビームプロファイルを角度−Ｄだけ回転させる。

装置１は、さらに別の２つの光源５、６を含み、それらは動作中、第１および第２の光源２、３の波長とは異なる波長を有する光を放射する。別の光源５、６は、緑および青の波長領域の光を放射する。

各光源２、３、５、６には、光源２、３、５、６から出てくる光ビームを平行化するためのコリメーティングレンズ７が割当てられる。

装置は、光ビームを統合するためのビーム誘導素子８、９ａ、９ｂを含む。１つのビーム誘導素子はポールスプリッタ８として設計されている。ポールスプリッタは、波長は同じであるものの偏光が異なる光ビームを組合わせる。

２つのビーム誘導素子はダイクロイックミラー９ａ、９ｂとして設計されている。それらは、ある波長領域については反射性であり、他の波長を通過させる。ダイクロイックミラー９ａ、９ｂは、異なる波長の光ビームを組合わせる。

装置はまた、プリズム望遠鏡１０を含み、それは、統合された光ビームの楕円形ビーム断面を円形ビーム断面に変換する。

これらの光源は、共通平面におけるダイオード担体１５上に配置される。
図２ａは、ビーム回転素子４を通過する前の２つの光源のビームプロファイル１１、１２の概略図を示し、図２ｂは、ビーム回転素子４を通過した後のビームプロファイルを示す。

第１の光源２は、光伝搬方向の軸Ａを中心として回転角度Ｄ、この場合９０度回転される。このため、光源の主偏光方向１６、１７だけでなく、ビームプロファイル１１、１２の配向も、互いに対して９０度の角度で配置される。この場合、ビームプロファイル１１、１２は楕円形状を有するため、楕円形プロファイル１１、１２の主長軸の配向１３、１４は互いに対して回転角度Ｄで配置される。

ビーム回転素子４を通過した後に、光伝搬方向Ａに直交する平面における第１の光源２のビームプロファイル１１は、伝搬方向に直交する平面における第２の光源３のビームプロファイル１２と本質的に同一に配向される。

ビームプロファイル１１、１２の主長軸の配向１３、１４は互いに平行である。同時に、第１の光源の主偏光方向１６は依然として、第２の光源の主偏光方向１７と直交している。光ビームはしたがって、１つの光ビームを形成するためにポールスプリッタを用いて組合わされることができ、ビームプロファイルは保持され、増加しない。

ビーム回転素子は、同じビームプロファイルを有する、同じ波長および異なる偏光のビームの生成を可能にする。ビームは次に、たとえば偏光ビームスプリッタを介して、ビームプロファイルの増加や解像能力の低下なしで組合わされ得る。

有利には、ビーム誘導素子は偏光ビームスプリッタを含む。偏光ビームスプリッタを用いて、波長は同じであるものの偏光が異なる光ビームを組合わせることができる。偏光ビームスプリッタは、ある偏光方向を有する光を反射し、他の方向に偏光される光を透過する。

装置は好ましくは偏光ビームスプリッタとダイクロイックミラーとを含み、そのため、同じ波長の光ビームを組合わせることができ、また、さらに別の波長を有する光ビームを、これらの組合わされた光ビームへと結合することができる。このため、赤、緑および青の波長成分を有する光ビームを得ることができ、赤の成分はいくつかの光源によって供給される。

有利には、ビームは、組合わされたビームを形成するためにビーム誘導素子によって組合わされる。ビーム誘導素子は特に、偏光ビームスプリッタ、波長感知ミラー、たとえばダイクロイックミラーを含む。

装置は、光ビームを統合するためのビーム誘導素子８、９ａ、９ｂを含む。１つのビーム誘導素子は偏光ビームスプリッタ８として設計されている。偏光ビームスプリッタは、波長は同じであるものの偏光が異なる光ビームを組合わせる。

ビームプロファイル１１、１２の主長軸の配向１３、１４は互いに平行である。同時に、第１の光源の主偏光方向１６は依然として、第２の光源の主偏光方向１７と直交している。光ビームはしたがって、１つの光ビームを形成するために偏光ビームスプリッタを用いて組合わされることができ、ビームプロファイルは保持され、増加しない。

Claims (15)

1. 少なくとも第１および第２の光源（２、３）、特にレーザダイオードを含む、光ビームを生成するための装置であって、前記第１および第２の光源（２、３）は好ましくは、動作中、同じ波長の光を放射し、
   前記光源（２、３）は互いに対して、前記第１の光源（２）のビームプロファイル（１１）が前記第２の光源（３）のビームプロファイル（１２）に対して光伝搬方向の軸（Ａ）を中心としてある回転角度（Ｄ）、好ましくは９０度回転されるように配置され、前記光源（２、３）の少なくとも一方の下流にビーム回転素子（４）が配置され、前記ビーム回転素子（４）は、前記ビーム回転素子（４）を通過した後の前記光源（２、３）の前記ビームプロファイル（１１、１２）が、前記光伝搬方向（Ａ）に直交する平面において、前記伝搬方向に直交する前記平面における他方の前記光源（２、３）の前記ビームプロファイル（１１、１２）と実質的に同一に配向されるように、特に、前記ビームプロファイル（１１、１２）の主軸の方向（１３、１４）が互いに対して平行であるように、前記ビームプロファイルのある角度の回転を生じさせることを特徴とする、装置。
2. 前記装置は、さらに別の光源（５、６）、好ましくは２つのさらに別の光源（５、６）を含み、前記さらに別の光源は動作中、前記第１および第２の光源（２、３）の波長とは異なる波長を有する光をそれぞれ放射することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 特に光ビームを組合わせるために、ビーム誘導素子（８、９ａ、９ｂ、１０）が設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 光源（２、３、５、６）が設けられ、前記光源は動作中、各々の場合、偏光、好ましくは直線偏光を放射し、前記第１および第２の光源（２、３）の偏光方向は前記ビームプロファイル（１１、１２）に従って互いに対して回転され、前記ビーム回転素子（４）は偏光の回転を生じさせないことを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
5. 各光源（２、３、５、６）は、前記光源（２、３、５、６）から出てくる光ビームを平行化するためのコリメーティングレンズ（７）に関連付けられていることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記ビーム誘導素子（８、９ａ、９ｂ、１０）はポールスプリッタ（８）を含むことを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記ビーム誘導素子（８、９ａ、９ｂ、１０）はダイクロイックミラー（９ａ、９ｂ）を含むことを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ビーム誘導素子（８、９ａ、９ｂ、１０）はプリズム望遠鏡（１０）を含むことを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. ビーム回転素子（４）として円筒望遠鏡が設けられ、前記円筒望遠鏡は、その円筒軸が前記回転角度を前記光源間で分けるように、特に前記円筒軸が前記光源の前記ビームプロファイルの主軸に対して４５度傾斜するように配置されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記光源（２、３、５、６）は、平面に、好ましくは互いに隣接して、さらに好ましくはほぼ平行の光伝搬方向を有して配置されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置。
11. 光ビームを生成するための方法であって、
    少なくとも２つの光源（２、３）が、好ましくは同じ波長の光を放射し、第１の光源（２）によって放射された光ビームのビームプロファイル（１１）は、第２の光源（３）によって放射された光ビームのビームプロファイル（１２）に対してある回転角度（Ｄ）、好ましくは９０度回転され、前記光ビームの少なくとも１つはビーム回転素子（４）を通って誘導され、前記光ビームの前記ビームプロファイル（１１）は、前記ビーム回転素子（４）を通過した後の前記光源（２）の前記ビームプロファイル（１１）が、光伝搬方向（Ａ）に直交する平面において、前記伝搬方向（Ａ）に直交する前記平面における他方の前記光源（３）の前記ビームプロファイル（１２）と実質的に同一に配向されるように、特に、前記ビームプロファイル（１１、１２）の主軸の方向（１３、１４）が互いに対して平行であるように、ある角度回転されることを特徴とする、方法。
12. 好ましくは２つのさらに別の光源（５、６）が光を放射し、前記光の波長は各々の場合、前記第１および第２の光源（２、３）の波長とは異なることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記光源（２、３、５、６）は各々、偏光、好ましくは直線偏光を放射し、前記第１および第２の光源（２、３）の偏光方向は前記ビームプロファイル（１１、１２）に従って互いに対して回転され、前記ビーム回転素子（４）は偏光の回転を生じさせないことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記ビームは、組合わされたビームを形成するためにビーム誘導素子（８、９ａ、９ｂ、１０）によってつなぎ合わされ、前記ビーム誘導素子（８、９ａ、９ｂ）は特に、ポールスプリッタ（８）、ダイクロイックミラー（９ａ、９ｂ）、および／またはプリズム望遠鏡（１０）を含むことを特徴とする、請求項１１、１２、または１３に記載の方法。
15. 前記光ビームは各々、コリメーティングレンズ（７）を用いて平行化されることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。

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