WO2013087380A1 - Laseranordnung und verfahren zum betreiben einer laseranordnung - Google Patents

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Osram GmbH
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

Definitions

  • the invention is based on a laser arrangement with at least one laser light source and on a method for operating such a laser arrangement.
  • a laser light source whose light falls on a surface generates a so-called speckle pattern in the eye of the observer.
  • Granular interference phenomena are referred to as speckle or speckle patterns, which can be observed when illuminating an optically rough surface due to the coherence of the laser light.
  • speckle or speckle patterns which can be observed when illuminating an optically rough surface due to the coherence of the laser light.
  • the English word speckle which can be translated as a speckle or speckle, is used here both for the individual light spots and for the pattern resulting from interference effects. Since such a speckle is generally perceived by the viewer as disturbing, methods have been developed to suppress or at least reduce the speckle. This can be done in a known from the prior art method by the superposition of two or more laser light sources. Alternatively, an overmodulation of the laser can take place, ie a spectral expansion of the emission wavelength of the laser by exciting it at a high frequency.
  • the object of the present invention is to provide a laser arrangement as well as a method of the type mentioned at the beginning which makes it possible to reduce the perceptible speckle contrast in a particularly simple manner.
  • the laser arrangement according to the invention comprises a tempering device, wherein the at least one laser light source can be heated by setting a first state of the tempering device and can be cooled by setting a second state of the tempering device.
  • the at least one laser light source can be heated by setting a first state of the tempering device and can be cooled by setting a second state of the tempering device.
  • This change in emission wavelength can now be used to significantly reduce or completely suppress the perceived speckle contrast.
  • this takes place in a particularly simple manner and therefore requires little effort, since only the first state and the second state of the tempering device need to be set rapidly alternately in order to modulate the emission wavelength.
  • the provision of the tempering device which can be designed in a particularly space-saving manner, furthermore leads to a particularly compact laser arrangement. Also, so no effort and cost to be provided with bringing additional optical elements for the laser assembly. It has proven to be advantageous if a temperature difference between two temperatures achievable by the heating and the cooling of the at least one laser light source with a frequency of more than 10 Hz can be set by alternately setting the two states of the tempering device.
  • a control device is provided for alternately setting the two states of the tempering device.
  • tempering device can thus be used in particular a sufficiently fast switchable temperature resistance.
  • the perceivability of the variation in speckle contrast can be reduced or even completely suppressed if the temperature difference is set at a frequency of more than 25 Hz.
  • the tempering device is designed as a Peltier element.
  • the cooling and heating can be adjusted in a particularly rapidly changing sequence. For this only the polarization of the Peltier element needs to be changed rapidly, for example by applying an alternating voltage with a correspondingly high frequency.
  • the Peltier element then alternately acts as a cooler and then again as a heater. This leads to a corresponding change in temperature of the laser light source.
  • a control device can be used to ensure that the Peltier element is subjected to an AC voltage of sufficiently high frequency in order to effect a correspondingly rapid change in the temperature of the laser light source.
  • an emission wavelength of the at least one laser light source can be varied by an amount of approximately 1.5 nm to 3 nm. In particular, it is preferred to vary the emission wavelength by an amount from the interval of about 2 nm to about 2.5 nm. With a sufficiently rapid modulation of the emission wavelength in such an order of magnitude, it can be assumed that the speckle contrast perceptible by the observer is reduced to a particularly extensive or complete extent.
  • the tempering device is preferably in contact with the at least one laser light source on the one hand and with a heat sink of the laser arrangement on the other hand.
  • the heat sink may in this case be provided in a particularly simple manner by a housing of the laser arrangement.
  • the at least one laser light source is designed to passivate at least in regions on a side facing the tempering device. Such a passivation can be effected, in particular, by oxidizing this side of the laser light source facing the tempering device.
  • an electrically insulating insulating element may be provided on one side of the tempering device, which faces the at least one laser light source.
  • a thin, but preferably thermally highly conductive ceramic layer - or a ceramic component - may be applied to the tempering on this page. Then, it is ensured that applying the temperature device with voltage does not affect the laser light source. This is particularly advantageous when the laser light source is designed as a laser diode.
  • the insulating element may in particular be formed from aluminum nitride (A1N).
  • the at least one laser light source is designed as a laser diode which emits light having a wavelength from the red region of the electromagnetic spectrum during operation.
  • the speckle is particularly pronounced in the case of red light, since the spectral width of the red laser light is comparatively small with an order of magnitude of approximately 0.5 nm.
  • a red laser diode shows a particularly pronounced temperature dependence of the emission wavelength.
  • a temperature change of 10 K leads to a change in the wavelength of about 2.4 nm.
  • an increase in temperature leads to an increase in the wavelength and a decrease in temperature leads to a shift in the wavelength towards smaller values.
  • This applies both to a red laser diode in operation which For example, be formed from aluminum gallium indium phosphide (AlGalnP) no, as well as for green or blue in operation laser diodes, which may be formed, for example, from Indiumgalliumnitrid (InGaN).
  • At least one first laser light source is associated with a first temperature control device and at least one second laser light source is associated with a second temperature control device.
  • the first tempering device can be put into the first state and at the same time the second tempering device can be put into the second state.
  • the at least one first and the at least one second laser light source can each be embodied as a laser diode emitting in operation light having a wavelength from the green region of the electromagnetic spectrum.
  • a laser diode emitting in operation light having a wavelength from the green region of the electromagnetic spectrum.
  • Such, for example, made of indium gallium nitride (InGaN) or gallium nitride (GaN) laser diode has a more pronounced temperature dependence of the emission wavelength than a green in operation laser diode.
  • the first and second laser light sources it is also possible to use in each case a laser diode which is designed to emit light having a wavelength from the green region of the electromagnetic spectrum.
  • This green laser diode in operation can also be made of indium gallium nitride or gallium nitride.
  • the perceptibility of the speckle pattern when using blue-emitting or green-emitting laser diodes can be avoided if these two laser diodes are polarization-coupled in the laser arrangement.
  • an angle-coupled arrangement can also be provided, wherein the beams of the laser diodes are superimposed on the two laser diodes only at a specific distance.
  • the method according to the invention for operating a laser arrangement comprises the following steps:
  • the step of cooling may also be performed before the step of heating.
  • the emission wavelength can be influenced by the heating or cooling of the laser light source, a reduction of the noticeable speckle contrast can be achieved in a particularly simple manner.
  • FIG. 1 schematically shows a laser arrangement in which a Peltier element is arranged between a laser diode and a heat sink;
  • FIG. 2 shows a change in the temperature of the laser diode according to FIG.
  • a laser arrangement 10, shown schematically in FIG. 1, comprises as laser light source a laser diode 12, which is formed, for example, for emitting light having a wavelength from the red region of the electromagnetic spectrum.
  • a red-emitting laser diode 12 has a comparatively pronounced temperature dependence of its emission wavelength.
  • a change of its emission wavelength by about 2.4 nm can be achieved.
  • the modulating the temperature of the laser diode 12 is used herein for the purpose of reducing the speckle, which is generally perceived by the viewer as disturbing and is due to the coherence of the laser light, which leads to interference effects.
  • a Peltier element 16 is introduced between a heat sink 14 of the laser arrangement 10 and the laser diode 12.
  • This Peltier element 16 is supplied by an AC voltage source 18, so that with the change of voltage applied to the Peltier element 16 this voltage acts alternately as a radiator or as a heater.
  • the voltage U of the Peltier element 16 or the temperature T of the laser diode 12 is also indicated on an ordinate 24 as a function of the time t, the time t being indicated on a time axis 26.
  • a curve 28 illustrates the abruptly changing depending on the polarization of the Peltier element 16 voltage, which leads to the rise or fall in the temperature of the laser diode 12 in the sequence.
  • the voltage U of the Peltier element 16 is changed at a frequency of at least 25 Hz, so that a very rapid temperature change of the laser diode 12 is established.
  • the temperature change ⁇ of the laser diode 12 which likewise occurs at a frequency of 25 Hz, a sufficiently rapid modulation of the emission wavelength of the laser diode 12 in the region of 2 nm is achieved.
  • the Peltier element 16 may be formed electrically isolated, such as by applying a thin, thermally conductive ceramic on the same.
  • Each of these laser diodes 32, 34 is associated with a (not shown) Peltier element, wherein the two Peltier elements are driven equal to each other.
  • the second laser diode 32 serdiode 34 is cooled.
  • the temperature profile of the second laser diode 34 is illustrated in the graph 30 shown in FIG. 3 by a further curve 38.
  • the voltage which is applied to the Peltier element of the first laser diode 32 in each case opposite in polarity to the voltage applied to the second laser diode 34 associated Peltier element.
  • the voltage profile associated with the first laser diode 32 of the Peltier element associated therewith is illustrated in the graph 30 by a rectangular curve 40, and the voltage profile of the Peltier element to which the second laser diode 34 is assigned by a further rectangular curve 42 Laser diode 32 is heated while the second laser diode 34 is cooled, occurs during the passage of only a rectangular pulse applied to the two Peltier elements, opposite voltage U twice a maximum temperature difference ⁇ between the two laser diodes 32, 34.
  • the maximum possible difference between the emission wavelengths of the two laser diodes 32, 34 can thus be set alternately in rapid succession.
  • a sufficiently rapid modulation of the emission wavelengths of the laser diodes 32, 24 of the laser arrangement is achieved. It can namely each over a longer period the first laser diode 32 is heated and at the same time the second laser diode 34 is cooled to cause a correspondingly large change in the respective emission wavelengths of the two laser diodes 32, 34.
  • the two laser diodes 32, 34 may, for example, each be green-emitting laser diodes or blue-emitting laser diodes.
  • green-emitting laser diodes allow greater modulation depth than blue-emitting laser diodes due to their higher temperature sensitivity.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung (10) mit wenigstens einer Laserlichtquelle (12), wobei die Laseranordnung (10) eine Temperiereinrichtung (16) umfasst. Die wenigstens eine Laserlichtquelle (12) ist durch Einstellen eines ersten Zustands der Temperiereinrichtung (16) erwärmbar und durch Einstellen eines zweiten Zustands der Temperiereinrichtung (16) kühlbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Laseranordnung (10). Wird ein Peltier-Element verwendet, kann durch Anlegen einer Wechselspannung (28) ein alternierendes Aufheizen und Abkühlen (20) der Laserlichtquelle bewirkt werden. Diese resultiert in einer entsprechenden Modulation der Laserwellenlänge. Bei einer Verwendung der Laseranordnung für einen Projektor kann so eine Speckle-Reduktion erreicht werden.

Description

Beschreibung
Laseranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Laseranordnung
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Laseranordnung mit wenigstens einer Laserlichtquelle und von einem Verfahren zum Betreiben einer solchen Laseranordnung.
Stand der Technik
Eine Laserlichtquelle, deren Licht auf eine Oberfläche fällt, erzeugt im Auge des Betrachters ein sogenanntes Speckle- Muster. Als Speckle oder Speckle-Muster werden körnige Interferenzphänomene bezeichnet, welche sich bei Beleuchtung einer optisch rauen Oberfläche aufgrund der Kohärenz des Laserlichts beobachten lassen. Das englischen Wort Speckle, wel- ches sich als Sprenkel oder Fleck übersetzen lässt, wird hierbei sowohl für die einzelnen Lichtflecken als auch für das durch Interferenzeffekte entstehende Muster verwendet. Da ein derartiger Speckle im allgemeinen vom Betrachter als störend empfunden wird, sind Methoden entwickelt worden, um den Speckle zu unterdrücken oder zumindest zu reduzieren. Dies kann bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren durch die Überlagerung zweier oder mehrerer Laserlichtquellen geschehen. Alternativ kann eine Übermodulation des Lasers erfolgen, also ein spektrales Aufweiten der Emis- sionswellenlänge des Lasers durch Anregen desselben mit einer hohen Frequenz .
Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass derartige Methoden der Specklereduktion vergleichsweise aufwändig sind . Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laseranordnung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bzw. welches auf besonders einfache Weise eine Verringerung des wahrnehmbaren Specklekontrastes ermög- licht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Laseranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den ab- hängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Laseranordnung umfasst eine Temperiereinrichtung, wobei die wenigstens eine Laserlichtquelle durch Einstellen eines ersten Zustands der Temperiereinrichtung erwärmbar und durch Einstellen eines zweiten Zustands der Tem- periereinrichtung kühlbar ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Laserlichtquellen, insbesondere Laserdioden, eine Temperaturabhängigkeit ihrer Emissionswellenlänge zeigen. Durch Erhöhen bzw. Verringern der Temperatur der Laserlichtquelle lässt sich also die Emissionswellenlänge modulie- ren.
Diese Veränderung der Emissionswellenlänge kann nun dazu genutzt werden, den wahrnehmbaren Specklekontrast deutlich zu verringern bzw. komplett zu unterdrücken. Dies erfolgt zudem auf besonders einfache Art und Weise und somit aufwandsarm, da lediglich rasch abwechselnd der erste Zustand und der zweite Zustand der Temperiereinrichtung eingestellt zu werden braucht, um die Emissionswellenlänge zu modulieren. Das Vorsehen der Temperiereinrichtung, welche besonders bauraumsparend ausgebildet sein kann, führt des Weiteren zu einer be- sonders kompakten Laseranordnung. Auch brauchen so keine Aufwand und Kosten mit sich bringenden zusätzlichen optischen Elemente für die Laseranordnung vorgesehen zu werden. Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn durch das alternierende Einstellen der beiden Zustände der Temperiereinrichtung eine Temperaturdifferenz zwischen zwei durch das Erwärmen und das Kühlen erreichbaren Temperaturen der wenigstens einen La- serlichtquelle mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz eingestellt werden kann. Es ist so ein vergleichsweise rascher Wechsel der Temperatur der wenigstens einen Laserlichtquelle erreichbar, so dass auch die Emissionswellenlänge mit vergleichsweise hoher Frequenz moduliert wird. Durch eine aus- reichend hohe Frequenz, mit welcher die Temperaturdifferenz eingestellt wird, wird erreicht, dass die Modulation an sich von einem Betrachter kaum oder gar nicht wahrgenommen wird. Bevorzugt ist zum alternierenden Einstellen der beiden Zustände der Temperiereinrichtung eine Steuerungseinrichtung vorgesehen. Als Temperiereinrichtung kann somit insbesondere ein hinreichend schnelle schaltbarer Temperaturwiderstand eingesetzt werden.
Besonders weitgehend lässt sich die Wahrnehmbarkeit der Schwankung des Specklekontrastes verringern oder sogar voll- ständig unterdrücken, wenn die Temperaturdifferenz mit einer Frequenz von mehr als 25 Hz eingestellt wird. Dies setzt voraus, dass auch die beiden Zustände der Temperiereinrichtung entsprechend rasch alternierend eingestellt werden können. Von Vorteil ist es daher, wenn die Temperiereinrichtung als Peltierelement ausgebildet ist. Bei einer derartigen Temperiereinrichtung lässt sich das Kühlen und Heizen in besonders rasch wechselnder Folge einstellen. Hierfür braucht lediglich die Polarisation des Peltierelements rasch geändert zu werden, etwa durch Anlegen einer WechselSpannung mit einer ent- sprechend hohen Frequenz. Das Peltierelement fungiert dann abwechselnd als Kühler und dann wieder als Heizer. Dies führt zu einer entsprechenden Temperaturänderung der Laserlichtquelle . Insbesondere bei Ausbildung der Temperiereinrichtung als Pel- tierelement kann über eine Steuerungseinrichtung dafür gesorgt werden, dass das Peltierelement mit eine Wechselspannung ausreichend hoher Frequenz beaufschlagt wird, um eine entsprechend rasche Änderung der Temperatur der Laserlichtquelle zu bewirken.
Damit die Änderung des Zustands der Temperiereinrichtung auch zu einer besonders raschen Änderung der Temperatur der Laserlichtquelle führt, ist es günstig, wenn die Wärmekapazität des Peltierelements sehr gering ist. Dies kann insbesondere durch Vorsehen einer besonders geringen Dicke des Peltierelements erreicht werden, wobei sich eine Dicke von weniger als 1 mm, beispielsweise von ca. 0,5 mm, als besonders günstig und zugleich technisch gut realisierbar herausgestellt hat. Von Vorteil ist es weiterhin, wenn durch das Einstellen der beiden Zustände der Temperiereinrichtung eine Emissionswellenlänge der wenigstens einen Laserlichtquelle um einen Betrag von etwa 1,5 nm bis 3 nm veränderbar ist. Insbesondere ist ein Verändern der Emissionswellenlänge um einen Betrag aus dem Intervall von etwa 2 nm bis etwa 2,5 nm bevorzugt. Bei einer ausreichend raschen Modulation der Emissionswellenlänge in einer derartigen Größenordnung ist nämlich von einem besonders weitgehenden bis vollständigen Reduzieren des vom Betrachter wahrnehmbaren Specklekontrastes auszugehen.
Bevorzugt ist des Weiteren die Temperiereinrichtung mit der wenigstens einen Laserlichtquelle einerseits und mit einer Wärmesenke der Laseranordnung andererseits in Anlage. So lässt sich besonders gut und rasch die Temperatur der Laserlichtquelle verändern. Die Wärmesenke kann hierbei auf beson- ders einfache Art und Weise durch ein Gehäuse der Laseranordnung bereitgestellt sein.
Insbesondere, wenn zum Einstellen der beiden Zustände der Temperiereinrichtung an diese eine Spannung angelegt wird, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Laserlichtquelle auf einer der Temperiereinrichtung zugewandten Seite zumindest bereichsweise passiviert ausgebildet ist. Ein solches Passivieren kann insbesondere durch Oxidieren dieser, der Temperiereinrichtung zugewandten Seite der Laserlichtquelle erfolgen.
Zusätzlich oder alternativ kann auf einer Seite der Temperiereinrichtung, welche der wenigstens einen Laserlichtquelle zugewandt ist, ein elektrisch isolierendes Isolierelement vorgesehen sein. Beispielsweise kann auf die Temperiereinrichtung eine dünne, jedoch bevorzugt thermisch besonders gut leitfähige keramische Schicht - oder ein Keramikbauteil - auf diese Seite aufgebracht sein. Dann wird dafür gesorgt, dass ein Beaufschlagen der Temperatureinrichtung mit Spannung die Laserlichtquelle nicht in Mitleidenschaft zieht. Dies ist insbesondere bei Ausbildung der Laserlichtquelle als Laserdiode von Vorteil. Das Isolierelement kann insbesondere aus Aluminiumnitrid (A1N) gebildet sein.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigs- tens eine Laserlichtquelle als eine Laserdiode ausgebildet ist, welche im Betrieb Licht mit einer Wellenlänge aus dem roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Insbesondere bei rotem Licht ist nämlich der Speckle besonders ausgeprägt, da die spektrale Breite des roten Laser- lichts mit einer Größenordnung von etwa 0,5 nm vergleichsweise gering ist. Zudem zeigt eine rote Laserdiode eine besonders ausgeprägte Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge. So führt eine Temperaturänderung von 10 K bei dieser zu einer Änderung der Wellenlänge von etwa 2,4 nm.
Hierbei führt eine Temperaturerhöhung zu einer Vergrößerung der Wellenlänge und eine Temperaturerniedrigung zu einer Verschiebung der Wellenlänge hin zu kleineren Werten. Dies gilt sowohl für eine im Betrieb rot leuchtende Laserdiode, welche beispielsweise aus Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGalnP) gebildet sein kein, als auch für im Betrieb grün oder blau leuchtende Laserdioden, welche beispielsweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN) gebildet sein können.
Dadurch lässt sich selbst bei einer vergleichsweise geringen und somit rasch vornehmbaren Temperaturänderung bereits eine vergleichsweise große Änderung der Wellenlänge des von der roten Laserdiode emittierten Lichts erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens einer ersten Laserlichtquelle eine erste Temperiereinrichtung und wenigstens einer zweiten Laserlichtquelle eine zweite Temperiereinrichtung zugeordnet. Hierbei sind die erste Temperiereinrichtung in den ersten Zustand und zeitgleich die zweite Temperiereinrichtung in den zweiten Zu- stand versetzbar. Durch das entgegengesetzte Ansteuern der Temperiereinrichtungen kann selbst mit einer je Temperatureinheit vergleichsweise kleinen und somit sich vergleichsweise langsam einstellenden Änderung der jeweiligen Emissionswellenlänge eine besonders große Differenz zwischen den bei- den Emissionswellenlängen der beteiligten Laserlichtquellen erreicht werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mittels der Temperiereinrichtung die beiden Zustände lediglich mit vergleichsweise niedriger Frequenz alternierend einstellbar sind oder wenn die Wärmekapazität der beiden Laser- lichtquellen vergleichsweise groß ist.
Darüber hinaus ermöglicht dies auf besonders einfache Art und Weise eine wirksame Verringerung des wahrnehmbaren Speckle- kontrastes selbst bei der Verwendung von Laserlichtquellen, welche eine vergleichsweise geringe Temperaturempfindlich- keit, also eine weniger stark ausgeprägte Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge als eine rot leuchtende Laserdiode aufweisen. Entsprechend kann die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Laserlichtquelle jeweils als im Betrieb Licht mit einer Wellenlänge aus dem grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittierende Laserdiode ausgebildet sein. Eine solche, beispielsweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN) oder Galliumnitrid (GaN) hergestellte Laserdiode weist eine ausgeprägtere Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge auf als eine im Betrieb grün leuchtende Laserdiode. Jedoch ist grundsätzlich als erste und zweite Laser- lichtquelle ebenfalls jeweils eine Laserdiode verwendbar, welche zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge aus dem grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet ist. Auch diese im Betrieb grün leuchtende Laserdiode kann aus Indiumgalliumnitrid oder Galliumnitrid hergestellt sein. Besonders weitgehend lässt sich die Wahrnehmbarkeit des Speckle-Musters bei Verwendung von blau leuchtenden oder grün leuchtenden Laserdioden vermeiden, wenn diese beiden Laserdioden in der Laseranordnung polarisationsgekoppelt sind. Dies führt einerseits zu einer Vergrößerung der Helligkeit des emittierten Laserlichts und andererseits an sich bereits zu einer Verringerung des Specklekontrastes . Diese liegt in der nicht völlig identischen Strahlcharakteristik beider Dioden begründet. Anstelle der polarisationsgekoppelten Anordnung der beiden Laserdioden kann hierbei auch eine winkelgekoppel - te Anordnung vorgesehen sein, wobei die Strahlen der Laserdioden lediglich in einem bestimmten Abstand von den beiden Laserdioden überlagert sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Laseranordnung umfasst folgende Schritte:
a) Bereitstellen wenigstens einer Laserlichtquelle und zumindest einer der wenigstens einen Laserlichtquelle zugeordneten Temperiereinrichtung ; b) Erwärmen der wenigstens einen Laserlichtquelle durch Einstellen eines ersten Zustands der Temperiereinrichtung ; und
O Kühlen der wenigstens einen Laserlichtquelle durch Einstellen eines zweiten Zustands der Temperiereinrichtung .
Es kann hierbei auch der Schritt des Kühlens vor dem Schritt des Erwärmens vorgenommen werden.
Da sich durch das Erwärmen bzw. Kühlen der Laserlichtquelle deren Emissionswellenlänge beeinflussen lässt, kann auf besonders einfache Art und Weise eine Verringerung des wahrnehmbares Specklekontrastes erreicht werden.
Die für die erfindungsgemäße Laseranordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Laseranordnung, bei welcher zwischen einer Laserdiode und einer Wärmesenke ein Peltierele- ment angeordnet ist; Fig. 2 eine Änderung der Temperatur der Laserdiode gemäß Fig.
1 in Abhängigkeit von der jeweils am Peltierelement anliegenden Spannung; und
Fig. 3 das gegengleiche Kühlen bzw. Heizen von zwei Laserdio- den einer alternativen Laseranordnung mittels jeweiliger Peltierelemente als Funktion der Zeit;
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Eine in Fig. 1 schematisch gezeigte Laseranordnung 10 umfasst als Laserlichtquelle eine Laserdiode 12, welche beispielsweise zum Emittieren von Licht mit eine Wellenlänge aus dem ro- ten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet ist. Eine solche, rot leuchtende Laserdiode 12 weist eine vergleichsweise ausgeprägte Temperaturabhängigkeit ihrer Emissionswellenlänge auf. So kann bei einer Temperaturänderung der Laserdiode 12 von 10 K eine Änderung ihrer Emissi - onswellenlänge um etwa 2,4 nm erreicht werden.
Das Modulieren der Temperatur der Laserdiode 12 wird vorliegend zum Zweck der Reduktion des Speckies eingesetzt, welcher vom Betrachter im Allgemeinen als störend empfunden wird und auf die Kohärenz des Laserlichts zurückzuführen ist, welche zu Interferenzeffekten führt.
Um eine hinreichend schnelle Modulation der Temperatur der Laserdiode 12 zu erreichen, ist zwischen eine Wärmesenke 14 der Laseranordnung 10 und die Laserdiode 12 ein Peltierelement 16 eingebracht. Dieses Peltierelement 16 wird von einer Wechselspannungsquelle 18 versorgt, sodass mit der Änderung der an dem Peltierelement 16 anliegenden Spannung dieses abwechselnd als Kühler oder als Heizer wirkt.
Dieses abwechselnde Kühlen bzw. Heizen der Laserdiode 12 mittels des Peltierelements 16 führt zu einer entsprechenden Temperaturänderung der Laserdiode 12, welche in Fig. 2 durch eine Kurve 20 veranschaulicht ist.
In einem in Fig. 2 gezeigten Graphen 22 ist des Weiteren auf einer Ordinate 24 die Spannung U des Peltierelements 16 bzw. die Temperatur T der Laserdiode 12 als Funktion der Zeit t angegeben, wobei die Zeit t auf einer Zeitachse 26 angegeben ist. Eine Kurve 28 veranschaulicht die je nach Polarisation des Peltierelements 16 abrupt sich ändernde Spannung, welche in der Folge zum Ansteigen bzw. Absinken der Temperatur der Laserdiode 12 führt.
Vorliegend wird die Spannung U des Peltierelements 16 mit einer Frequenz von mindestens 25 Hz verändert, sodass sich auch ein sehr rascher Temperaturwechsel der Laserdiode 12 einstellt. Durch die ebenfalls mit einer Frequenz von 25 Hz sich einstellende Temperaturänderung ΔΤ der Laserdiode 12 wird eine hinreichend rasche Modulation der Emissionswellenlänge der Laserdiode 12 im Bereich von 2 nm erreicht. In der Folge kommt es zu einer deutlichen bis kompletten Unterdrückung des vom Betrachter wahrnehmbaren Specklekontrastes .
Zur Vermeidung einer Schädigung der Laserdiode 12 durch die an dem Peltierelement 16 anliegende Spannung kann das Peltierelement 16 elektrisch isoliert ausgebildet sein, etwa durch Aufbringen einer dünnen, thermisch leitfähigen Keramik auf selbiges .
Anhand eines in Fig. 3 gezeigten Graphen 30 ist der Betrieb einer alternativen Laseranordnung veranschaulicht, bei welcher zwei bevorzugt polarisationsgekoppelte Laserdioden 32, 34 zum Einsatz kommen.
Jeder dieser Laserdioden 32, 34 ist ein (nicht gezeigtes) Peltierelement zugeordnet, wobei die beiden Peltierelemente gegengleich angesteuert werden. Dies führt dazu, dass während des Aufheizens der ersten Laserdiode 32, deren Temperaturverlauf durch eine Kurve 36 veranschaulich ist, die zweite La- serdiode 34 abgekühlt wird. Der Temperaturverlauf der zweiten Laserdiode 34 ist in dem in Fig. 3 gezeigten Graphen 30 durch eine weitere Kurve 38 veranschaulicht.
Entsprechend ist die Spannung, welche an dem Peltierelement der ersten Laserdiode 32 anliegt, jeweils von der Polarität her der Spannung entgegengesetzt, welche an dem der zweiten Laserdiode 34 zugeordneten Peltierelement anliegt. Der zu der ersten Laserdiode 32 gehörige Spannungsverlauf des dieser zugeordneten Peltierelements ist in dem Graphen 30 durch eine rechteckförmige Kurve 40 veranschaulicht, und der Spannungsverlauf des Peltierelements, welchem die zweite Laserdiode 34 zugeordnet ist, durch eine weitere rechteckförmige Kurve 42. Dadurch, dass die erste Laserdiode 32 erwärmt wird, während die zweite Laserdiode 34 abgekühlt wird, tritt während des Durchlaufens lediglich eines Rechteckimpulses der an den beiden Peltierelementen anliegenden, einander entgegengesetzten Spannung U zweimal eine maximale Temperaturdifferenz ΔΤ zwischen den beiden Laserdioden 32, 34 auf. Dies ermöglicht es, auch bei einer geringeren Temperaturabhängigkeit der Emissi - onswellenlänge der beiden Laserdioden 32, 34 als sie bei der in Fig. 1 gezeigten Laserdiode 12 vorliegt, mit einer hinreichend hohen Frequenz die erwünschte Temperaturänderung und damit die Veränderung der Emissionswellenlänge der beiden Laserdioden 32, 34 einzustellen.
Es kann so innerhalb der jeweils zum Aufheizen bzw. Abkühlen der beiden Laserdioden 32, 34 zur Verfügung stehenden Zeit die maximal mögliche Differenz der Emissionswellenlängen beider Laserdioden 32, 34 in rascher Abfolge alternierend eingestellt werden. Es wird so selbst bei einer geringeren Fre- quenz des Änderns der jeweiligen Polarität der beiden Peltie- relemente eine ausreichend rasche Modulation der Emissionswellenlängen der Laserdioden 32, 24 der Laseranordnung erreicht. Es kann nämlich jeweils über einen längeren Zeitraum hinweg die erste Laserdiode 32 erwärmt und zugleich die zweite Laserdiode 34 gekühlt werden, um eine entsprechend starke Änderung der jeweiligen Emissionswellenlängen der beiden Laserdioden 32, 34 zu bewirken. Auch auf diese Weise wird eine vom Betrachter wahrnehmbare Reduktion des Specklekontrastes erreicht, ohne dass der Betrachter das Ändern der jeweiligen Emissionswellenlängen der beiden Laserdioden 32, 34 bemerkt. Bei den beiden Laserdioden 32, 34 kann es sich beispielsweise um jeweils grün leuchtende Laserdioden oder um jeweils blau leuchtende Laserdioden handeln. Insbesondere grün leuchtende Laserdioden ermöglichen jedoch aufgrund ihrer höheren Temperaturempfindlichkeit eine größere Modulationstiefe als blau leuchtende Laserdioden.

Claims

Patentansprüche
1. Laseranordnung mit wenigstens einer Laserlichtquelle (12, 43, 34),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Laseranordnung (10) eine Temperiereinrichtung (16) umfasst, wobei die wenigstens eine Laserlichtquelle (12, 32, 34) durch Einstellen eines ersten Zustands der Temperiereinrichtung (16) erwärmbar und durch Einstellen eines zweiten Zustands der Temperiereinrichtung (16) kühlbar ist .
2. Laseranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch das alternierende Einstellen der beiden Zustände der Temperiereinrichtung (16) das Einstellen eine Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen zwei durch das Erwärmen und das Kühlen erreichbaren Temperaturen der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) mit einer Frequenz von mehr als 10 Hz, insbesondere mit einer Frequenz von mehr als 25 Hz, bewirkbar ist.
3. Laseranordnung nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiereinrichtung als Peltierelement (16) ausgebildet ist.
4. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch das Einstellen der beiden Zustände der Temperiereinrichtung (16) eine Emissionswellenlänge der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) um einen Betrag von etwa 1,5 nm bis 3 nm, insbesondere von etwa 2 nm bis etwa 2,5 nm, veränderbar ist.
5. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperiereinrichtung (16) mit der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) einerseits und mit einer, insbesondere durch ein Gehäuse der Laseranordnung (10) bereitgestellten, Wärmesenke (14) der Laseranordnung (10) andererseits in Anlage ist.
6. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Laserlichtquelle (12, 32, 34) auf einer der Temperiereinrichtung (16) zugewandten Seite zumindest bereichsweise passiviert ausgebildet und/oder auf einer der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) zugewandten Seite der Temperiereinrichtung (16) ein elektrisch isolierendes Isolierelement angeordnet ist.
7. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
als die wenigstens eine Laserlichtquelle eine Laserdiode (12) vorgesehen ist, welche zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge aus dem roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet ist.
8. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens einer ersten Laserlichtquelle (32) eine erste Temperiereinrichtung (16) und wenigstens einer zweiten Laserlichtquelle (34) eine zweite Temperiereinrichtung (16) zugeordnet ist, wobei zeitgleich die erste Tempe- riereinrichtung (16) in den ersten Zustand und die zweite Temperiereinrichtung (16) in den zweiten Zustand versetzbar sind.
Laseranordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
als die wenigstens eine erste und die wenigstens eine, insbesondere mit der wenigstens einen ersten Laserlichtquelle polarisationsgekoppelte und/oder winkelgekoppelte, zweite Laserlichtquelle jeweils zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge aus dem blauen oder aus dem grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgebildete Laserdioden (32, 34) vorgesehen sind.
Verfahren zum Betreiben einer Laseranordnung (10) mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen wenigstens einer Laserlichtquelle (12, 32, 34) und zumindest einer der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) zugeordneten Temperiereinrichtung (16);
b) Erwärmen der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) durch Einstellen eines ersten Zustands der Temperiereinrichtung (16); und
c) Kühlen der wenigstens einen Laserlichtquelle (12, 32, 34) durch Einstellen eines zweiten Zustands der Temperiereinrichtung (16) .
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