WO2020193014A1 - Lichtaussendevorrichtung und verfahren zum aussenden von licht - Google Patents

Lichtaussendevorrichtung und verfahren zum aussenden von licht Download PDF

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Definitions

  • FIG. 1 shows a schematic representation of a light emitting device 100.
  • the light emitting device 100 has a laser light device 110 which has at least one first laser light source 111 to 1 ln which emits a laser light beam whose beam cross section has a first ellipticity e_l.
  • the first laser light source 111 to 1 ln which emits a laser light beam whose beam cross section has a first ellipticity e_l.
  • Laser light device 110 has at least one further laser light source 11 1 or 11 j which emits a laser light beam whose beam cross section has an ellipticity e i to ej that is different from the first ellipticity e_l.
  • a second ellipticity e_2 can be approximately 3.5 and more generally lie in the range 2.5 ⁇ e_2 ⁇ 4.5.
  • the ellipticities e_l to ej of the laser light sources 111 to 11j can be partially identical.
  • the laser light sources 111 to 11 can preferably be laser diodes and, in particular, edge emitters.
  • the light emitting device 100 preferably has at least three laser light sources 111 to 11.
  • the beam shaping elements 12i to 12j can be designed to the To reduce the major axis of the elliptical beam cross section and / or to enlarge the minor axis of the elliptical beam cross section.
  • Micromirror M2 instead of a pair of micromirrors, the light-emitting device 100 to 300 can also have a micromirror that can be deflected about two axes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300), mit einer Laserlichteinrichtung (110; 210; 310), welche dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Laserlichtstrahlen auszusenden, wobei sich Elliptizitäten von Strahlquerschnitten der Laserlichtstrahlen zumindest teilweise voneinander unterscheiden; einer Strahlformeinrichtung (120; 220; 320), welche in den Strahlengang zumindest eines der Laserlichtstrahlen eingebracht ist, und dazu ausgebildet ist, die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen aneinander anzugleichen; und einer Strahlkombiniereinrichtung (130; 230; 330), welche dazu ausgebildet ist, die Laserlichtstrahlen nach Angleichen der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte durch die Strahlformeinrichtung (120; 220; 320) zu einem Gesamtlichtstrahl zu kombinieren.

Description

Beschreibung
Titel
Lichtaussendevorrichtung und Verfahren zum Aussenden von Licht
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtaussendevorrichtung, insbesondere eine Lichtaussendevorrichtung zur Verwendung mit Mikrospiegeln, etwa beim Einsatz in Projektoren, Scannern oder Sensorsystemen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aussenden von Licht.
Stand der Technik
Lichtaussendevorrichtungen, bei denen mehrere Laserlichtstrahlen zu einem
Gesamtlichtstrahl kombiniert werden, sind beispielsweise als RGB-Module bekannt und eignen sich insbesondere zur Anwendung in Projektoren, (Barcode-)Scannem oder Sensorgeräten. Besonders vorteilhaft können derartige Lichtaussendevorrichtungen mit Mikrospiegeln kombiniert werden, wodurch die Möglichkeit besteht, Laserlichtstrahlen präzise abzulenken, und wobei trotz eines sehr kompakten Aufbaus dennoch eine hohe Lichtintensität und eine gute Auflösung erzielt werden können.
Die ausgesendeten Laserlichtstrahlen weisen insbesondere bei Verwendung von Kantenermittem typischerweise ein asymmetrisches Strahlprofil auf, wobei der Strahlquerschnitt in guter Näherung durch eine Ellipse beschrieben werden kann. Die Divergenz ist in einer Richtung, d. h. entlang der schnellen Achse bzw. Hauptachse, höher als entlang einer dazu senkrechten Richtung, d. h. entlang der langsamen Achse bzw. Nebenachse. Die Laserlichtstrahlen lässt sich als Gaußstrahl beschreiben, wobei für Multimodenlaser gegebenenfalls m-Quadrat-Laktoren berücksichtigt werden können.
In der EP 3226064 Bl wird beschrieben, dass zwei Lichtquellen Licht der gleichen Wellenlänge emittieren, wobei die Lichtquellen derart angeordnet sind, dass sich die Strahlprofile um einen Drehwinkel voneinander unterscheiden. Ein Strahldrehelement ist dazu ausgebildet, mindestens eines der Strahlprofile derart zu drehen, dass die
Hauptachsen der Strahlprofile parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann erreicht werden, dass das Strahlprofil unabhängig von der Polarisation verändert wird, sodass bei der Kombination eine Aufweitung des Strahlprofils oder eine Reduktion der
Strahlintensität verringert werden kann.
Weiter ist aus der DE 10 2013 216896 Al eine Lichtquellenvorrichtung bekannt, wobei zwei rote Lichtquellen bereitgestellt sind, deren Wellenlängen sich voneinander unterscheiden, wodurch eine Reduktion des Speckleeffekts erzielt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Lichtaussendevorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Aussenden von Licht mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine
Lichtaussendevorrichtung mit einer Laserlichteinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Laserlichtstrahlen auszusenden. Elliptizitäten von Strahlquerschnitten der Laserlichtstrahlen unterscheiden sich zumindest teilweise voneinander. Die
Lichtaussendevorrichtung umfasst weiter eine Strahlformeinrichtung, welche in den Strahlengang zumindest eines der Laserlichtstrahlen eingebracht ist, und welche dazu ausgebildet ist, die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen aneinander anzugleichen. Weiter umfasst die Lichtaussendevorrichtung eine
Strahlkombiniereinrichtung, welche die Laserlichtstrahlen nach dem Angleichen der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte durch die Strahlformeinrichtung zu einem
Gesamtlichtstrahl kombiniert.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum Aussenden von Licht, wobei eine Vielzahl von Laserlichtstrahlen ausgesendet wird. Die Elliptizitäten von Strahlquerschnitten der Laserlichtstrahlen unterscheiden sich dabei zumindest teilweise voneinander. Die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der
Laserlichtstrahlen werden aneinander angeglichen. Nach dem Angleichen der
Elliptizitäten der Strahlquerschnitte werden die Laserlichtstrahlen zu einem
Gesamtlichtstrahl kombiniert. Vorteile der Erfindung
Eine der Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, bei der Kombination von Laserlichtstrahlen zu berücksichtigen, dass sich die Elliptizitäten von Strahlquerschnitten von Laserlichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge voneinander unterscheiden. Unter Elliptizität ist im Rahmen dieser Erfindung die auch„Elliptizitätsgrad“ genannte Größe zu verstehen, welche durch das Verhältnis der Länge der Hauptachse zur Länge der Nebenachse gegeben ist und typischerweise wellenlängenabhängig zwischen 2 und 4 hegt. Allgemein kann ein elliptischer Strahlquerschnitt auch durch einen anderen die Ellipsenform charakterisierenden Parameter beschrieben werden, etwa durch die durch den Abstand der Brennpunkte zum Mittelpunkt definierte lineare Exzentrizität oder durch die numerische Exzentrizität, welche sich als das Verhältnis der linearen Exzentrizität zur Länge der Hauptachse ergibt. Ziel von Lichtaussendevorrichtungen ist es typischerweise, einen Gesamtlichtstrahl auszusenden, dessen Strahlquerschnitt eine möglichst geringe Elliptizität aufweist, d. h. möglichst kreisförmig ist. Werden die einzelnen
Laserlichtstrahlen zuerst zu einem Gesamtlichtstrahl kombiniert und anschließend die Elliptizität des Querschnitts des Gesamtlichtstrahls korrigiert, ergibt sich im Allgemeinen eine Reduktion der Lichtintensität oder eine verschlechterte Auflösung, da eine derartige Korrektur die unterschiedlichen Elliptizitäten der Querschnitte der einzelnen
Laserlichtstrahlen, welche sich zu dem Gesamtlichtstrahl kombinieren, nicht
berücksichtigt. Daher ist erfmdungsgemäß vorgesehen, dass die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen bereits vor dem Kombinieren der
Laserlichtstrahlen aneinander angeglichen werden. Die Strahlformeinrichtung ist allgemein dazu ausgebildet, die Laserlichtstrahlen derart zu formen, dass die
Strahlquerschnitte im Wesentlichen identisch und gleich ausgerichtet sind, wobei unter einer gleichen Ausrichtung zu verstehen ist, dass die Hauptachsen und Nebenachsen der elliptischen Querschnitte der verschiedenen Laserlichtstrahlen zueinander parallel verlaufen. Dadurch wird erreicht, dass beim Kombinieren der Laserlichtstrahlen und bei einem optionalen anschließenden Korrigieren einer verbleibenden Elliptizität des Gesamtlichtstrahls die Intensität nicht verringert wird und gleichzeitig eine gute
Auflösung erzielt werden kann.
Allgemein ergeben sich die Anforderungen an die Lichtaussendevorrichtung bei Verwendung mit Mikrospiegeln aus der Spiegelgeometrie und der Pixelgröße bei einem gegebenen Abstand. Die Auflösung eines derartigen Systems kann anhand des Rayleighkriteriums bestimmt werden, sodass zwei Punkte als unterscheidbar angesehen werden, wenn das Hauptmaximum des einen Punkts mit dem ersten Minimum des anderen Punkts zusammenfallt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Lichtaussendevorrichtung eine weitere Strahlformeinrichtung auf, welche im Strahlgang des Gesamtlichtstrahls angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, eine Elliptizität des Querschnitts des Gesamtlichtstrahls zu korrigieren. Unter einem Korrigieren der Elliptizität des Gesamtlichtstrahls kann verstanden werden, dass der nach der Kurskorrektur resultierende Gesamtlichtstrahl einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung weisen die Strahlformeinrichtung und/oder die weitere Strahlformeinrichtung mindestens eine Zylinderlinse und/oder ein Zylinderteleskop auf, wodurch die Hauptachse des elliptischen Strahlquerschnitts des entsprechenden Laserlichtstrahls bzw. des Gesamtlichtstrahls reduziert und der Nebenachse angeglichen wird. Umgekehrt kann die Nebenachse des elliptischen Strahlquerschnitts erhöht und der Hauptachse angeglichen werden. Auch eine gleichzeitige Anpassung von Hauptachse und Nebenachse ist möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung weisen die Strahlformeinrichtung und/oder die weitere Strahlformeinrichtung ein Prismenteleskop zum Korrigieren der Elliptizität des Gesamtlichtstrahls auf. Das Prismenteleskop kann eine Vielzahl von Prismen aufweisen, insbesondere ein Prismenpaar. Das
Prismenteleskop ist dazu ausgebildet, die Hauptachse des elliptischen Strahlquerschnitts zu reduzieren und/oder die Nebenachse des elliptischen Strahlquerschnitts zu vergrößern und somit Hauptachse und Nebenachse anzugleichen.
Die Anteile unterschiedlicher Wellenlängen an dem Gesamtlichtstrahl weisen leicht voneinander abweichende Aussendewinkel auf. Zur Korrektur kann ein achromatisches amorphes Prismenpaar verwendet werden. Gemäß einer weiteren, kostengünstigeren Ausführungsform werden die Laserlichtstrahlen direkt nach dem Aussenden mittels Kollimationslinsen kollimiert. Durch Peinanpassung der Ausrichtung der
Kollimationslinsen in einer Ebene senkrecht zur Aussenderichtung der Laserlichtstrahlen kann erreicht werden, dass die Laserlichtstrahlen bereits unter leicht unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Strahlformeinrichtung treffen, sodass die wellenlängenbedingte Abweichung der Aussendewinkel gerade kompensiert werden kann. Die
Kollimationslinsen werden somit für verschiedene Wellenlängen der Laserlichtstrahlen mit unterschiedlichem Versatz relativ zur Aussenderichtung des entsprechenden
Laserlichtstrahls angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung ist die
Strahlformeinrichtung dazu ausgebildet, die Elliptizitäten derart anzugleichen, dass die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen nach dem Angleichen jeweils in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere zwischen 1,5 und 2,5 hegen. Insbesondere kann somit auch nach dem Angleichen der Elliptizitäten noch eine gewisse Abweichung der Elliptizitäten zugelassen werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Grad der Abweichung vorgegeben werden. So kann die Strahlformeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen sich höchstens um einen vorgegebenen Prozentsatz von einem Mittelwert der Elliptizitäten unterscheiden, etwa um 5 Prozent, 10 Prozent oder 20 Prozent.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung ist die
Strahlformeinrichtung dazu ausgebildet, die Elliptizitäten derart anzugleichen, dass die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen nach dem Angleichen denselben Wert annehmen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung ist die
Strahlformeinrichtung dazu ausgebildet, die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen an die Elliptizität des Strahlquerschnitts eines der Laserlichtstrahlen anzugleichen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nur die Elliptizitäten von einer Teilmenge der Vielzahl von Laserlichtstrahlen angeglichen wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung weist die Laserlichteinrichtung eine Vielzahl von Laserlichtquellen auf, welche dazu ausgebildet sind, Laserlichtstrahlen mit zumindest teilweise voneinander verschiedenen Wellenlängen auszusenden. Insbesondere können die Laserlichtquellen Laserlichtstrahlen mit
Wellenlängen im roten und/oder grünen und/oder blauen Spektralbereich aussenden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Lichtaussendevorrichtung weist die Strahlkombiniereinrichtung wellenlängenselektive Spiegel zum Kombinieren der Laserlichtstrahlen zu einem gemeinsamen Lichtstrahl auf. Darunter können insbesondere dielektrische bzw. dichroitische Spiegel verstanden werden, welche Laserlichtstrahlen aus einem bestimmten Spektralbereich reflektieren und Laserlichtstrahlen aus anderen Spektralbereichen transmittieren, sodass die Laserlichtstrahlen zu dem Gesamtlichtstrahl überlagert werden, ohne dass die optischen Eigenschaften der Laserlichtstrahlen darüber hinaus beeinflusst werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Fichtaussendevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Fichtaussendevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Fichtaussendevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Mikrospiegelanordnung als Teil einer erfmdungsgemäßen Fichtaussendevorrichtung;
Figur 5 eine Illustration der Auflösung in Abhängigkeit von der Apertur eines
Mikrospiegels und einem Projektionsabstand vom Mikrospiegel;
Figur 6 eine schematische Illustration der Divergenz bezüglich der schnellen
Achse für rotes Ficht bei Verwendung einer erfmdungsgemäßen
Fichtaussendevorrichtung;
Figur 7 eine schematische Illustration der Divergenz bezüglich der langsamen
Achse für rotes Ficht bei Verwendung einer erfmdungsgemäßen
Fichtaussendevorrichtung;
Figur 8 eine schematische Illustration der Divergenz bezüglich der schnellen
Achse für grünes Ficht bei Verwendung einer erfmdungsgemäßen Fichtaussendevorrichtung;
Figur 9 eine schematische Illustration der Divergenz bezüglich der langsamen
Achse für grünes Ficht bei Verwendung einer erfmdungsgemäßen Fichtaussendevorrichtung; und
Figur 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aussenden von Ficht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lichtaussendevorrichtung 100. Die Lichtaussendevorrichtung 100 weist eine Laserlichteinrichtung 110 auf, welche mindestens eine erste Laserlichtquelle 111 bis 1 ln aufweist, welche einen Laserlichtstrahl aussendet, dessen Strahlquerschnitt eine erste Elliptizität e_l aufweist. Die erste
Elliptizität kann beispielsweise ungefähr 2,0 betragen und allgemeiner im Bereich 1,5 < s_l < 2,5 hegen. Insbesondere kann die mindestens eine erste Laserlichtquelle 111 bis 1 ln Laserlichtstrahlen im roten Wellenlängenbereich aussenden. Die
Laserlichteinrichtung 110 weist mindestens eine weitere Laserlichtquelle 1 li bzw 1 lj auf, welche einen Laserlichtstrahl aussendet, deren Strahlquerschnitt eine von der ersten Elliptizität e_l verschiedene Elliptizität e i bis ej aufweist. Insbesondere kann eine zweite Elliptizität e_2 ungefähr 3,5 betragen und allgemeiner im Bereich 2,5 < e_2 < 4,5 liegen. Die Elliptizitäten e_l bis ej der Laserlichtquellen 111 bis 1 lj können teilweise identisch sein. Bei den Laserlichtquellen 111 bis 1 lj kann es sich vorzugweise um Laserdioden und insbesondere um Kantenemitter handeln. Vorzugsweise weist die Lichtaussendevorrichtung 100 mindestens drei Laserlichtquellen 111 bis 1 lj auf.
Die Lichtaussendevorrichtung 100 umfasst weiter eine Strahlformeinrichtung 120, welche in den Strahlengang zumindest eines der Laserlichtstrahlen eingebracht ist. Die
Strahlformeinrichtung 120 kann Strahlformelemente 12i bis 12j aufweisen, welche jeweils in einen Strahlgang eines Laserlichtstrahls eingebracht sind. In die Strahlengänge einiger der Laserlichtstrahlen kann auch kein Strahlformelement eingebracht sein. So können beispielsweise die Laserlichtstrahlen der mindestens einen ersten Laserlichtquelle 111 bis 1 ln von der Strahlformeinrichtung 120 nicht beeinflusst werden, während die von den weiteren Laserlichtquellen 1 li bis 1 lj ausgesendeten Laserlichtstrahlen durch die jeweils zugeordneten Strahlformelemente 12i bis 12j derart geformt werden, dass die Elliptizitäten e i bis ej der jeweiligen Strahlquerschnitte nach dem Durchgang durch die Strahlformeinrichtung 120 der ersten Elliptizität e_l entsprechen, welche vorzugsweise den kleinsten Wert der Elliptizitäten e_l, e i bis ej annimmt. Die Strahlformelemente 12i bis 12j umfassen vorzugsweise Zylinderlinsen, können jedoch auch durch
Prismenpaare oder beliebige weitere optische Elemente zum Verändern der Elliptizität realisiert werden. Die Strahlformelemente 12i bis 12j können dazu ausgebildet sein, die Hauptachse des elliptischen Strahlquerschnitts zu verringern und/oder die Nebenachse des elliptischen Strahlquerschnitts zu vergrößern.
Weiter umfasst die Lichtaussendevorrichtung 100 eine Strahlkombiniereinrichtung 130, welche die Laserlichtstrahlen zu einem Gesamtlichtstrahl kombiniert. Die
Strahlkombiniereinrichtung 130 kann hierzu wellenlängenselektive Spiegel, insbesondere dielektrische bzw. dichrotische Spiegel umfassen. Weiter kann im Strahlgang des Gesamtlichtstrahls eine weitere Strahlformeinrichtung 140 angeordnet sein, welche die Elliptizität des Strahlquerschnitts des Gesamtlichtstrahls korrigiert, sodass der
Strahlquerschnitt des Gesamtlichtstrahls eine nullte Elliptizität s_0 aufweist, deren Wert beispielsweise ungefähr 1,0 beträgt und allgemeiner im Bereich 0,6 < s_0 < 1,4 hegen kann. Der Gesamtlichtstrahl weist somit einen möglichst kreisförmigen Strahlquerschnitt auf. Beispielsweise kann die erste Elliptizität s_l mit einem Strahlformfaktor von 1,9 und die zweite Elliptizität s_2 mit einem Gesamtstrahlformfaktor von 3,2 auf die nullte Elliptizität s_0 korrigiert werden. Die Strahlformeinrichtung 120 kann eingestellt werden, einen Strahlformfaktor von 1,9 bereitzustellen, während die weitere
Strahlformeinrichtung 140 einen Strahlformfaktor von 3, 2/1, 9 = 1,7 bereitstellt.
Die Lichtaussendevorrichtung 100 kann darüber hinaus mindestens einen Mikrospiegel aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, den gegebenenfalls korrigierten
Gesamtlichtstrahl abzulenken.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Lichtaussendevorrichtung 200 mit einer Laserlichteinrichtung 210, welche fünf Laserdioden 211 bis 215 aufweist, wobei erste bis dritte Laserdioden 211 bis 213 Laserlichtstrahlen aussenden, deren
Strahlquerschnitt eine erste Elliptizität s_l aufweist, während vierte und fünfte
Laserdioden 214, 215 Laserlichtstrahlen aussenden, deren Strahlquerschnitt eine zweite Elliptizität s_2 aufweisen. Eine Strahlformeinrichtung 220 umfasst ein erstes
Strahlformelement 221 und ein zweites Strahlformelement 222, welche in den
Strahlengang des von der vierten Laserdiode 214 ausgesendeten Laserlichtstrahls bzw. des von der fünften Laserdiode 215 ausgesendeten Laserlichtstrahls eingebracht sind und die zweite Elliptizität s_2 der Strahlquerschnitte an die erste Elliptizität s_l angleichen.
Nach dem Kombinieren der angeglichenen Laserlichtstrahlen durch eine oben beschriebene Strahlformeinrichtung 230 wird ein dadurch erzeugter Gesamtlichtstrahl mittels einer oben beschriebenen weiteren Strahlformeinrichtung 240 derart korrigiert, dass die Elliptizität des Strahlquerschnitts des korrigierten Gesamtlichtstrahls der nullten Elliptizität s_0 entspricht.
Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Lichtaussendevorrichtung 300, welche eine Laserlichteinrichtung 310 mit ersten bis vierten Laserdioden 311 bis 314 aufweist, wobei die erste Laserdiode 311 einen Laserlichtstrahl im Infrarotbereich, die zweite Laserdiode 312 einen Laserlichtstrahl im roten Wellenlängenbereich, die dritte Laserdiode 313 einen Laserlichtstrahl im grünen Wellenlängenbereich und die vierte Laserdiode 314 einen Laserlichtstrahl im blauen Wellenlängenbereich aussendet. Die Elliptizität des Strahlquerschnitts beträgt für rotes Licht typischerweise 2,0, für grünes Licht typischerweise 3,5 und für blaues Licht typischerweise 4,0. Die ausgesendeten Laserlichtstrahlen werden durch jeweilige im Strahlengang der Laserlichtstrahlen angeordnete asphärische Kollimationslinsen 351 bis 354 einer Kollimationseinrichtung 350 kollimiert. Der von der dritten Laserdiode 313 ausgesendete Laserlichtstrahl und der von der vierten Laserdiode 314 ausgesendete Laserlichtstrahl werden durch jeweilige Strahlformelemente 321, 322 einer Strahlformeinrichtung 320 der
Lichtaussendevorrichtung 300 derart geformt, dass die Elliptizitäten der
Strahlquerschnitte dieser Laserlichtstrahlen an die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der von der ersten Laserdiode 311 und von der zweiten Laserdiode 312 ausgesendeten Laserlichtstrahlen angepasst werden. Insbesondere kann durch geeignete Wahl der Strahlformelemente 321, 322 erreicht werden, dass die Elliptizitäten sämtlich in einem vorgegebenen Bereich liegen und beispielsweise nur um einen vorgegebenen Prozentsatz von einem Mittelwert abweichen. Die angeglichenen Laserlichtstrahlen werden mittels einer Strahlkombiniereinrichtung 330, welche wellenlängenselektive Spiegel umfasst, zu einem Gesamtlichtstrahl kombiniert. Eine weitere Strahlformeinrichtung 340 umfasst ein Prismenpaar 341, 342, wodurch eine noch verbleibende Elliptizität korrigiert wird, d. h. ein im Wesentlichen kreisförmiger Strahlquerschnitt des Gesamtlichtstrahls erzielt wird. Um einen wellenlängenabhängigen Aussendewinkel zu korrigieren, können die
Kollimationslinsen 351 bis 354 in einer Ebene senkrecht zur Aussenderichtung der Laserlichtstrahlen versetzt werden.
Wenn die Hauptachse mit der Strahlformeinrichtung 320 reduziert wird, müssen die Brennweiten der Kollimationslinsen 353 bis 354 relativ zu einem Szenario ohne
Strahlformeinrichtung 320 entsprechend angepasst werden, d. h. falls ohne Strahlformeinrichtung 320 eine Brennweite f_a für eine bestimmte Wellenlänge erforderlich ist, und die Strahlweite durch die Strahlformeinrichtung 320 um einen Faktor M reduziert wird, muss die Brennweite der Kollimationslinsen 353 bis 354 auf f_b = f_a * M eingestellt werden. Die Brennweite ist dadurch größer, sodass gegebenenfalls unerwünschte Überschneidungen mit weiteren Bauelementen vermieden werden können.
Figur 4 zeigt ein Mikrospiegelpaar Ml, M2, welches Teil einer der oben illustrierten Lichtaussendevorrichtungen 100 bis 300 sein kann. Die Mikrospiegel Ml, M2 sind um einen ersten Winkel a bzw. um einen zweiten Winkel ß um eine erste Achse Al bzw. eine zweite Achse A2 auslenkbar, welche senkrecht zueinander stehen. Durch Auslenken der Mikrospiegel Ml, M2 kann auf einem Bildschirm B ein Muster abgetastet werden, wobei ein Mikrospiegel Ml mit einer höheren Frequenz ausgelenkt wird als der zweite
Mikrospiegel M2. Anstelle eines Mikrospiegelpaars kann der Lichtaussendevorrichtung 100 bis 300 auch einen um zwei Achsen auslenkbaren Mikrospiegel aufweisen.
Figur 5 illustriert die mögliche Auflösung in Abhängigkeit von der Apertur A eines Mikrospiegels Ml, M2 (bzw. bei mehreren Mikrospiegeln Ml, M2 des kleinsten Mikrospiegels Ml, M2) und von dem Abstand d des Bildschirms B von den
Mikrospiegeln Ml, M2. Eine untere Grenze ist durch eine erste Funktion fl gegeben, bei welcher benachbarte Pixel direkt aneinander angrenzen. Bei größerem Abstand der Pixel reduziert sich die Lichtintensität. Ein Pixel kann dadurch definiert werden, dass die Intensität auf einen Wert l/eA2 reduziert ist. Eine obere Grenze ist durch eine zweite Funktion f2 gegeben, bei welcher die Pixel doppelt so groß sind. Bei einem noch geringeren Abstand benachbarter Pixel reduziert sich die mögliche Auflösung.
Figur 6 illustriert die Divergenz bezüglich der Hauptachse bzw. schnellen Achse für rotes Licht, Figur 7 die Divergenz bezüglich der Nebenachse bzw. langsamen Achse für rotes Licht, Figur 8 die Divergenz bezüglich der Hauptachse bzw. schnellen Achse für grünes Licht und Figur 9 die Divergenz bezüglich der Nebenachse bzw. langsamen Achse für grünes Licht, jeweils bei Verwendung einer erfindungsgemäßen
Lichtaussendevorrichtung 100 bis 300. Eine dritte Funktion f3, fünfte Funktion f5, siebte Funktion f7 und neunte Funktion f9 entspricht jeweils einem maximalen
Divergenzwinkel und eine vierte Funktion f4, sechste Funktion f6, achte Funktion f8 und zehnte Funktion flO entspricht jeweils einem minimalen Divergenzwinkel, wobei maximaler und minimaler Divergenzwinkel sich aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung der Laserdioden ergeben. Wie man den Figuren 6 bis 9 entnehmen kann, verlaufen die dritten bis zehnten Funktionen f3 bis flO für ausreichend große Abstände d sämtlich innerhalb des durch die erste Funktion fl und durch die zweite Funktion f2 vorgegebenen Bereichs. Somit kann mit einer einzigen Einstellung für sämtliche
Wellenlängenbereich eine gute Auflösung bei ausreichender Intensität gewährleistet werden. Würden die Elliptizitäten nicht vor dem Kombinieren zu einem Gesamtlichtstrahl angeglichen werden, wäre dies im Allgemeinen nicht möglich. In diesem Fall könnte durch geeignete Wahl einer weiteren Strahlformeinrichtung zum Korrigieren einer Elliptizität des Gesamtlichtstrahls zwar für bestimmte Wellenlängenbereiche erreicht werden, dass die entsprechende Divergenz in einem gewünschten Bereich von Abständen d (für Picoprojektoren typischerweise zwischen 0,5 und 2 Metern) innerhalb des durch die erste Funktion fl und durch die zweite Funktion f2 vorgegebenen Bereichs liegt, jedoch kann dies nicht gleichzeitig für sämtliche Wellenlängenbereiche gewährleistet werden. Gleiches gilt für die Verwendung einer kreisförmigen Apertur als weitere Strahlformeinrichtung ohne vorhergehende Angleichung der Elliptizitäten der
Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen, wodurch die Lichtintensität stark verringert wird und zusätzliche Rauscheffekte generiert werden. Die vorhergehende Angleichung der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen führt somit zu einer deutlichen Verbesserung von Lichtintensität und Auflösung.
Figur 10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aussenden von Licht. In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden mindestens zwei Laserlichtstrahlen ausgesendet, wobei sich Elliptizitäten von Strahlquerschnitten der Laserlichtstrahlen zumindest teilweise voneinander unterscheiden.
In einem anschließenden Verfahrensschritt S2 werden die Elliptizitäten der
Strahlquerschnitte an eine gemeinsame Elliptizität angeglichen.
In einem Verfahrensschritt S3 werden die Laserlichtstrahlen nach dem Angleichen der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte durch die Strahlformeinrichtung zu einem
Gesamtlichtstrahl kombiniert. Der Gesamtlichtstrahl wird anschließend ausgesendet. Optional kann der Gesamtlichtstrahl noch von mindestens einem Mikrospiegel abgelenkt werden. Das Verfahren kann unter Verwendung einer der oben beschriebenen Lichtaussendevorrichtungen 100 bis 300 durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300), mit: einer Laserlichteinrichtung (110; 210; 310), welche dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Laserlichtstrahlen auszusenden, wobei sich Elliptizitäten von Strahlquerschnitten der Laserlichtstrahlen zumindest teilweise voneinander unterscheiden; einer Strahlformeinrichtung (120; 220; 320), welche in den Strahlengang zumindest eines der Laserlichtstrahlen eingebracht ist, und dazu ausgebildet ist, die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen aneinander anzugleichen, indem eine Hauptachse und eine Nebenachse des Strahlquerschnitts des zumindest einen Laserlichtstrahls aneinander angepasst werden; und einer Strahlkombiniereinrichtung (130; 230; 330), welche dazu ausgebildet ist, die Laserlichtstrahlen nach Angleichen der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte durch die Strahlformeinrichtung (120; 220; 320) zu einem Gesamtlichtstrahl zu kombinieren.
2. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach Anspruch 1, mit einer weiteren Strahlformeinrichtung (140; 240; 340), welche im Strahlgang des
Gesamtlichtstrahls angeordnet ist, und dazu ausgebildet ist, eine Elliptizität eines Querschnitts des Gesamtlichtstrahls zu korrigieren.
3. Lichtaussendevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die weitere
Strahlformeinrichtung (140; 240; 340) ein Prismenteleskop zum Korrigieren der Elliptizität des Gesamtlichtstrahls aufweist.
4. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Strahlformeinrichtung (120; 220; 320) mindestens eine in einen Strahlgang eines der Laserlichtstrahlen eingebrachte Zylinderlinse und/oder ein Zylinderteleskop aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die Elliptizität des Strahlquerschnitts des Laserlichtstrahls zu verringern.
5. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Strahlformeinrichtung (120; 220; 320) dazu ausgebildet ist, die Elliptizitäten derart anzugleichen, dass die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen nach dem Angleichen jeweils in einem vorgegebenen Bereich, insbesondere zwischen 1,5 und 2,5 hegen.
6. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlformeinrichtung (120; 220; 320) dazu ausgebildet ist, die Elliptizitäten derart anzugleichen, dass die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen nach dem Angleichen denselben Wert annehmen.
7. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Strahlformeinrichtung (120; 220; 320) dazu ausgebildet ist, die Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen an die Elliptizität des Strahlquerschnitts eines der Laserlichtstrahlen anzugleichen.
8. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Laserlichteinrichtung (110; 210; 310) eine Vielzahl von Laserlichtquellen aufweist, welche dazu ausgebildet sind, Laserlichtstrahlen mit zumindest teilweise voneinander verschiedenen Wellenlängen auszusenden.
9. Lichtaussendevorrichtung (100; 200; 300) nach einem der vorangehenden
Ansprüche, wobei die Strahlkombiniereinrichtung (130; 230; 330)
wellenlängenselektive Spiegel zum Kombinieren der Laserlichtstrahlen zu einem gemeinsamen Lichtstrahl aufweist.
10. Verfahren zum Aussenden von Licht, mit den Schritten:
Aussenden einer Vielzahl von Laserlichtstrahlen, wobei sich Elliptizitäten von Strahlquerschnitten der Laserlichtstrahlen zumindest teilweise voneinander unterscheiden;
Angleichen der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte der Laserlichtstrahlen, indem eine Hauptachse und eine Nebenachse des Strahlquerschnitts zumindest eines Laserlichtstrahls aneinander angepasst werden; und
Kombinieren der Laserlichtstrahlen nach Angleichen der Elliptizitäten der Strahlquerschnitte zu einem Gesamtlichtstrahl.
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