(57)【要約】【課題】比較的簡単なやり方で、殊に可能な限り少ない構成要素で放射されたビームのビーム一致が達成される、マルチカラーレーザディスプレイ用のビーム結合器を提供する。【解決手段】ビーム結合器がレンズを有し、レンズが、少なくとも２つの半導体レーザから放射されたビームによって形成されているビーム路内に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長を有する少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）を備えた光学的な光源（１）を有する、マルチカラーレーザディスプレイ用のビーム結合器において、
レンズ（１４）を有し、
前記レンズ（１４）が、前記少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）から放射されたビームによって形成されているビーム路内に配置されていることを特徴とする、ビーム結合器。
【請求項２】
前記少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）は放射点（２７）を有し、該放射点（２７）は相互に、および／または、前記レンズ（１４）の光学軸から５００μｍ以下の間隔を有する、請求項１記載のビーム結合器。
【請求項３】
前記少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）は放射点（２７）を有し、該放射点（２７）は相互に、および／または、前記レンズ（１４）の光学軸（２９）から１００μｍ以下の間隔を有する、請求項２記載のビーム結合器。
【請求項４】
前記レンズ（１４）は前記半導体レーザ（１１，１３）の前記放射点（２７）から５ｍｍまたはそれよりも小さい間隔を置いて配置されている。
【請求項５】
前記ビーム路において前記レンズ（１４）の後段にはプリズム（２２）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項６】
前記ビーム路において前記レンズ（１４）の後段には複屈折性のプレートが配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項７】
前記ビーム路において前記レンズ（１４）の後段には別のレンズ（２３）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項８】
前記ビーム路において前記レンズ（１４）の後段には回折素子（２４）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項９】
前記レンズ（１４）は色消しレンズである、請求項１から８までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１０】
前記レンズ（１４）は少なくとも１つの自由形状面（２５）を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１１】
前記レンズ（１４）はレンズとして機能する回折光学素子である、請求項１から８までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１２】
前記回折光学素子（１４）は前記半導体レーザ（１１，１２，１３）の異なる波長に関して複数の光学軸（２９，３０，３１）を有し、該複数の光学軸（２９，３０，３１）は横方向において相互にずらされている、請求項１１記載のビーム結合器。
【請求項１３】
前記複数の光学軸（２９，３０，３１）は横方向において相互にずらされて配置されており、前記光学軸は波長に関して、該波長を放射する半導体レーザの放射方向に共直線的に延びる、請求項１２記載のビーム結合器。
【請求項１４】
前記回折光学素子（１４）は前記半導体レーザ（１１，１３）の異なる波長に関して異なる光学軸（２９Ａ，３１Ａ）を有し、該光学軸（２９Ａ，３１Ａ）は相互に斜めに配置されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）は相互に対向する放射層を有し、重ねて配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１６】
前記光学的な光源は３つの半導体レーザ（１１，１２，１３）を有し、該３つの半導体レーザ（１１，１２，１３）は相互に対向する放射層を有し、三角形に配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）は基板（２６）において並べて配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１８】
前記半導体レーザ（１１，１３）のうちの少なくとも１つの半導体レーザの放射点（２７）は、前記レンズ（１４）の光学軸（２９）に平行に延びる方向において、少なくとも１つの別の半導体レーザの放射点に対してずらされて配置されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項１９】
前記半導体レーザ（１１，１３）のうちの少なくとも１つは端面放射型のレーザダイオードである、請求項１から１８までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）は基板（２６）上にモノリシックに集積されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項２１】
前記半導体レーザ（１１，１３）のうちの少なくとも１つは表面放射型の半導体レーザ（１８）である、請求項１から２０までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項２２】
前記表面放射型の半導体レーザ（１８）のビーム路には球体レンズ（１９）が配置されている、請求項２１記載のビーム結合器。
【請求項２３】
前記半導体レーザのうちの少なくとも１つは周波数二倍化半導体レーザ（１８）である、請求項１から２２までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項２４】
前記半導体レーザ（１１，１３）のための制御電子装置（２８）を有し、該制御電子装置（２８）を用いて前記半導体レーザ（１１，１３）を時間的にずらして制御し、少なくとも部分的なビーム一致を生じさせる、請求項１から２３までのいずれか１項記載のビーム結合器。
【請求項２５】
請求項１から２４までのいずれか１項記載のビーム結合器（１）を有することを特徴とする、マルチカラーレーザディスプレイ。
【請求項２６】
少なくとも２つの半導体レーザ（１１，１３）から放射されたレーザビーム（５，６）をスクリーン（３）に偏光するスキャナミラー２を有する、請求項２５記載のマルチカラーレーザディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチカラーレーザディスプレイ用のビーム結合器およびマルチカラーレーザディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許明細書第102007034958.2号および第102007020289.1号の優先権を主張するものであり、それらの開示内容を本願の参考文献とする。
【０００３】
マルチカラーレーザディスプレイにおいては、レーザ光源から放出されたレーザビームが例えばスクリーン上に投影され、マルチカラーの画像が表示される。レーザ光源のレーザは例えば赤色、緑色および青色のレーザビームを放出する。良好な品質のマルチカラー画像を表示するために、投影されたレーザビームがスクリーン上で良好なビーム一致を有することが望ましい。レーザビームは例えばビーム統合器により統合されてスクリーンに投影され、マルチカラーの画像が表示される。
【０００４】
ビーム統合器としてプリズムビーム統合器を使用することができる。プリズムビーム統合器は例えば特許文献１から公知である。プリズムの側面は異なる誘電性コーティングを有しており、その反射および透過は異なる色がプリズムビーム統合器の異なる側面において入力結合されるように調整されている。例えば、赤色、緑色および青色のビームが３つの異なる側面に入力結合される。例えばスクリーンに投影するために、第４の側面において３つのビームが統合されてプリズムビーム統合器から放出される。
【０００５】
ビームの統合をビーム統合プレートによっても達成することができる。このビーム統合プレートにおいてはビームを統合するために誘電性にコーティングされたガラスプレートが使用される。相互に９０°の角度にある２つの方向からビーム統合プレートに入射する少なくとも２つの異なる色のビームが統合される。例えば、一方の色のビームが反射され、他方の色のビームが透過される。
【０００６】
ビームを統合するための二色性ミラーを備えたビーム統合器は例えば特許文献２から公知である。
【特許文献１】US 6,154,259 A
【特許文献２】US 6,426,781 B1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、比較的簡単なやり方で、殊に可能な限り少ない構成要素で放射されたビームのビーム一致が達成される、マルチカラーレーザディスプレイ用のビーム結合器を提供することである。さらに、マルチカラーレーザディスプレイが提供されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ビーム結合器に関する課題は、ビーム結合器がレンズを有し、レンズ（１４）が、少なくとも２つの半導体レーザから放射されたビームによって形成されているビーム路内に配置されていることによって解決される。またマルチカラーレーザディスプレイに関する課題は、このマルチカラーレーザディスプレイがその種のビーム結合器を有することによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
マルチカラーレーザディスプレイ用のビーム結合器は光学的な光源を含み、この光源は少なくとも２つの半導体レーザを有する。半導体レーザの放射されたビームは異なる波長を有するので、異なる色が放射される。殊に、光学的な光源は３つの半導体レーザを有することができ、これら３つの半導体レーザは赤色、緑色および青色のビームを放射する。ビーム結合器はレンズを含み、このレンズは少なくとも２つの半導体レーザから放射されたビームによって形成されているビーム路内に配置されている。レンズを用いることにより半導体レーザのビームには有利には少なくとも部分的にビーム一致がもたらされる。
【００１０】
ビーム結合器は有利には簡単な構造を有し、極少数の構成要素、有利なただ１つのレンズが使用される。したがってビーム結合器の簡単な調整も実現される。別の利点はビーム結合器の製造コストが比較的低く、またこのビーム結合器の大きさが小さいことである。
【００１１】
少なくとも２つの半導体レーザはそれぞれ放射点を有し、これらの放射点は有利な実施形態において相互に、および／または、レンズの光学軸から５００μｍ以下の間隔を有する。半導体レーザの放射点とは、半導体レーザの半導体ボディから放射されるレーザビームの中心に当たる点と解される。有利には、半導体レーザの放射点は相互に、および／または、レンズの光学軸から１００μｍ以下の間隔を有する。光学軸からそれぞれの放射点までの間隔が短いことによって、レンズを通過して放出したビームにビーム一致をもたらすことが容易になる。放射点の間隔が短くされるとビーム一致は改善される。ビームがビームずれ角を有してレンズから放射されることも考えられる。ここでビームずれ角とはビームとレンズの光学軸との間の角度と解される。ビームずれ角は光学軸から放射点までの間隔が短くなればなるほど、またはレンズの焦点距離が長くなればなるほど小さくなる。
【００１２】
レンズが半導体レーザの放射点から僅かな間隔を置いて配置されている場合にはさらに有利である。有利には、半導体レーザの放射点とレンズとの間隔は５ｍｍまたはそれよりも小さく、殊に有利には３ｍｍまたはそれよりも小さい。
【００１３】
別の有利な実施形態においては、ビーム路においてレンズの後段にプリズムが配置されている。プリズムを通過した後にビームは有利には平行になる。ビームがプリズムから放出された際に所定のビーム発散を有するようにプリズムが構成または配置されていることも考えられる。
【００１４】
別の有利な実施形態においては、ビーム路においてレンズの後段に複屈折性のプレート、殊に複屈折ガラスから成るプレートが配置されている。半導体レーザ、例えば２つの半導体レーザの放射されたビームは９０°異なる分極方向を有する。ビームがプレートを通過する際には複屈折に基づき、ビームのうちの一方が他方のビームよりも大きく屈折するので、ビームはプレートの通過後に有利には相互に平行になる。ビームが複屈折ガラスからなるプレートの通過後に所定のビームずれ角だけ相互にずれて延びることも考えられる。
【００１５】
別の有利な実施形態においては、ビーム路においてレンズの後段にコリメータとして機能する別のレンズが配置されている。この別のレンズの通過後にビームは有利には平行になるか、所定のビームずれ角を有する。
【００１６】
別の実施形態においては、ビーム路においてレンズの後段に回折素子が配置されている。ビームは回折素子の通過後に波長に依存して種々に回折するので、これらのビームは回折素子の通過後に有利には相互に平行になるか、所定のビームずれ角を有する。回折素子は表面において回折が行われる素子、例えば格子または表面ホログラムであるか、体積体内で回折が行われる素子、例えば体積ホログラムである。
【００１７】
ビームの波長が異なる場合には、レンズの材料、例えばガラスまたはプラスチックの分散に基づきレンズの焦点の位置が異なることが考えられる。有利な実施形態においてはレンズが色消しレンズであるので、分散の作用が低減されるか、それどころか完全に除去される。色消しレンズは色収差を低減するために少なくとも２つのガラスタイプの組合せを含む。この場合、複数の半導体レーザの異なる波長に関するレンズの焦点は有利には１つの平面内、または少なくとも近似的に１つの平面内にある。
【００１８】
レンズは例えば球面レンズまたは非球面レンズでよい。有利には、レンズが少なくとも１つの自由形状面を有し、この自由形状面により有利には、レンズの光学的な特性が光学的な光源内の半導体レーザの配置構成に所期のように適合され、放射されたレーザビームの良好なビーム一致が達成される。それぞれの光学的な光源に適したレンズの自由形状面を、半導体レーザおよびレンズの所定の幾何学的な配置構成ならびに放射されるレーザビームの所定の波長に関してシミュレーション計算により決定することができる。
【００１９】
別の実施形態においてレンズは回折光学素子（ＤＯＥ）である。レンズとして機能する回折光学素子は有利にはガラスプレートまたはプラスチックプレートであり、このプレートには回折性の表面構造が設けられている。表面構造は通常の場合、焦点合せされるべきレーザビームの波長よりも短い寸法を有する。択一的に、この回折光学素子は体積ホログラムでよい。回折光学素子の適切な表面構造または適切な体積ホログラムを所望の結像特性に関してシミュレーションにより計算することができる。
【００２０】
有利な実施形態においては、回折光学素子は半導体レーザの種々の波長に関する複数の光学軸を有する。この構成により回折光学素子の回折特性を、半導体レーザの焦点合せすべき光の波長に依存させることができる。適切な表面構造または適切な体積ホログラムにより、回折光学素子が半導体レーザの異なる波長に関して複数の光学軸を有することを達成することができる。複数の光学軸は有利には相互にずらして配置されており、しかも有利には光学軸が所定の波長に関して、この波長を放射する半導体レーザの放射方向に共直線的にそれぞれ延びるように配置されている。
【００２１】
択一的な実施形態においては、レンズとして機能する回折光学素子の光学軸が相互に斜めに延びる。このようにしてレーザビームの「斜視化」が達成され、これによってビーム一致をさらに改善することができる。
【００２２】
別の有利な実施形態においては、少なくとも２つの半導体レーザが放射層を相互に対向させた状態で重ねて平行に配置されている。この実施形態においては例えば各半導体レーザが１つの基板を有し、この基板が相互に対向するように半導体レーザは配置されている。少なくとも２つの半導体レーザの放射点の間隔はこの実施形態において有利には小さく、有利には２０μｍまたはそれよりも小さく、これによって殊に半導体レーザの放射点をレンズの光学軸の非常に近傍に配置することができる。
【００２３】
別の有利な実施形態においては、光学的な光源が３つの半導体レーザを有し、これらの半導体レーザは放射されたビームのビーム一致のためにそれぞれ相互に対向する放射層を有し、また三角形に配置されている。各半導体レーザは例えば１つの基板を有し、これらの基板は相互に対向している。すなわち基板は三角形を形成し、これらの基板上に配置されている放射層は三角形の内側に対して示される。このようにして、３つの半導体レーザの放射点間の間隔を有利には小さく、有利には１００μｍまたはそれよりも小さくすることができる。殊に、このようにして半導体レーザの放射点をレンズの光学軸の非常に近傍に配置することができる。有利には、放射点は相互等しい間隔を置いており、有利にはレンズの光学軸からも等しい間隔を置いている。
【００２４】
有利な実施形態においては、少なくとも２つの半導体レーザが共通の基板上に並べて配置されている。別の有利な実施形態においては、少なくとも２つの半導体レーザが１つの基板上にモノリシックに集積されている、すなわち共通の層列内に配置されている。
【００２５】
別の有利な実施形態においては、少なくとも２つの半導体レーザのうちの少なくとも１つの半導体レーザがレンズの光学軸に対して平行に延びる方向において、半導体レーザのうちの少なくとも１つに対してずらされて配置されている。この場合、例えばずらされて配置されている半導体レーザのレンズまでの間隔は、別の半導体レーザのレンズまでの間隔よりも小さい。このようにして、レンズの分散の効果を有利には低減することができるか、完全に補償することができ、これに基づきレンズは異なる色のレーザビームに関して異なる焦点距離を有する。異なる色のレーザをずらして配置することにより、放射されたビームの焦点は１つの平面内、殊にレーザディスプレイの１つのスクリーン上にある。
【００２６】
光学的な光源においては、少なくとも２つの半導体レーザのうちの少なくとも１つは端面放射型の半導体レーザである。さらに、少なくとも２つの半導体レーザのうちの少なくとも１つは垂直共振器を備えた表面放射型の半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）または外部垂直共振器を備えた表面放射型の半導体レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）でもよい。光学的な光源は殊に少なくとも１つの端面放射型の半導体レーザおよび少なくとも１つの表面放射型の半導体レーザを同時に有することができる。例えば、光学的な光源はそれぞれ赤色の端面放射型の半導体レーザおよび青色の端面放射型の半導体レーザおよび緑色の表面放射型の半導体レーザを有することができる。殊に有利には、緑色の端面放射型の半導体レーザは青色または赤色の端面放射型の半導体レーザに比べて実現が困難であるので、緑色に関しては有利には表面放射型の半導体レーザが使用される。
【００２７】
表面放射型の半導体レーザ、殊にＶＣＳＥＬまたはＶＥＣＳＥＬから放射されるビームは通常の場合、端面放射型の半導体レーザのビームとは異なるビームプロフィールを有する。光学的な光源が半導体レーザとして少なくとも１つの端面放射型の半導体レーザ、また同時に少なくとも１つの表面放射型の半導体レーザを有する場合には、放射されるビームの同種のビームプロフィールを達成するために、周波数二倍化半導体レーザのビーム路内に有利には球体レンズが配置されている。
【００２８】
別の有利な実施形態においては、少なくとも２つの半導体レーザのうちの少なくとも１つが周波数二倍化半導体レーザである。殊に、周波数二倍化半導体レーザは表面放射型の半導体レーザ、例えばＶＣＳＥＬまたはＶＥＣＳＥＬ、もしくはＤＦＢ（分布帰還型レーザ）でよい。
【００２９】
別の有利な実施形態においては、ビーム結合器が半導体レーザのための制御電子装置を有し、この制御電子装置は少なくとも部分的なビーム一致が達成されるように半導体レーザを時間的にずらして制御することに適している。
【００３０】
本発明によるビーム結合器を包含するマルチカラーレーザディスプレイにおいては、半導体レーザから放射されたビームが例えばスキャナミラーを介してスクリーンに投影され、このスクリーン上に画像が表示される。ビームにはビーム結合器を用いて有利には、このビームがスクリーンに入射する際に完全にまたは少なくとも部分的に重畳するようにして一致部が生じる。スクリーンとスキャナミラーの間隔は可変でよい。
【実施例】
【００３１】
以下では本発明を図１から図１８に示した実施形態に基づき詳細に説明する。
【００３２】
図面において同一また同様に作用する構成要素には同一の参照番号が付されている。図面は縮尺通りに示されたものではなく、むしろより明確にするために個々の要素は誇張して大きく示されている場合もある。
【００３３】
図１は、ビーム結合器を備えたマルチカラーレーザディスプレイの概略図を示す。ビーム結合器は、２つの半導体レーザ１１，１３を備えた光学的な光源１と、これらの半導体レーザ１１，１３から放射された光ビーム５，６のビーム路内に配置されているレンズ１４とを含む。レーザディスプレイはさらにスキャナミラー２を有し、このスキャナミラー２は半導体レーザ１１，１３から放射されたレーザビーム５，６をスクリーン３に偏光するために使用される。スキャナミラー２からさらに離れた場所に図示されている別のスクリーン４は、スクリーン３からスキャナミラー２までの距離が固定されているのではなく、むしろスクリーン３，４はスキャナミラー２まで種々の間隔を置いて配置できることを示唆している。
【００３４】
この実施形態において光学的な光源１は２つの半導体レーザ１１，１３を有する。一方の半導体レーザ１１は例えば６６０ｎｍの波長を有する例えば赤色の光を放射する。他方の半導体レーザ１３は例えば４４０ｎｍの波長を有する、例えば青色の光を放射する。
【００３５】
赤色のレーザビーム５および青色のレーザビーム６がビーム結合器の光学的な光源１の半導体レーザ１１，１３から放射され、スキャナミラー２に入射する。スキャナミラー２は赤色のビーム５および青色のレーザビーム６をスクリーン３，４に投影する。スクリーン３，４に入射する際にビーム５，６はスクリーン３，４上でビームずれΔｘを有する。赤色のビーム５および青色のビーム６はスクリーン３，４に入射する際に相互にビーム発散Δαを有する。
【００３６】
スキャナミラー２によってビーム５，６はスキャン角度γでスクリーン３，４に投影され、いわゆるフライングスポット方法によりマルチカラー画像がスクリーン３，４上に表される。スクリーン３，４へのビーム５，６の偏向は水平方向（ｘ方向）においても図面の平面に対して垂直に延びる垂直方向（ｙ方向、図示せず）においても行われる。
【００３７】
ビーム５，６は有利には少なくとも部分的にビーム一致を示すので、これらのビーム５，６はスクリーン３，４上で少なくとも部分的に重畳する。ビームずれΔｘは有利には＋／−０．１ｍｍであるかそれよりも小さいことが望ましい。ビームがスクリーンに入射する際のビーム発散Δαは有利には＋／−０．０２°であるかそれよりも小さいことが望ましい。放射発散Δαが小さくなればなるほど、また半導体レーザの放射点の間隔が短くなればなるほど、ビーム一致がもはや存在しなくなるほどビームずれΔｘが大きくなることなく、スクリーン３，４をスキャナミラー２からより遠くに配置することができる。ビーム結合器に含まれるレンズ１４によって、レーザビーム５，６のビーム発散Δαは有利にはスキャナミラー２に入射する前に既に低減される。
【００３８】
ビーム結合器は有利には半導体レーザ１１，１３のための制御電子装置２８を有し、この制御電子装置２８は例えば光学的な光源１に組み込まれている。以下では制御電子装置２８の機能を図２に基づき詳細に説明する。
【００３９】
図２には、スクリーン上の考えられるビーム像の複数の例が示されており、これらの像をビーム結合器によって達成することができる。図示されていない光学的な光源はこの実施形態において３つの半導体レーザを有し、これらの半導体レーザは赤色、緑色および青色のビームを放射する。図２Ａから図２Ｅは例示的に、複数のピクセル１０を有するレーザディスプレイのスクリーン上でのビーム断面の位置を示す。
【００４０】
図２Ａには青色のレーザのビーム断面７、緑色のレーザのビーム断面８および赤色のレーザのビーム断面９が示されている。ここで図示されているケースは理想的なケースを表し、半導体レーザから放射されたビームのビーム断面７，８，９はビーム偏向が生じることなくスクリーンの単一のピクセル１０に入射している。
【００４１】
放射されたビームがレーザディスプレイのスクリーンに入射する際に相互にビーム発散Δαを有する場合には、この理想的なビーム一致の達成は困難である。
【００４２】
図２Ｂは青色のビーム断面７、赤色のビーム断面９および緑色のビーム断面８が１つの行の隣接するピクセル１０にそれぞれ入射する例を示す。すなわち緑色のビーム８は赤色のビーム９に対してｘ方向において１ピクセルずれてスクリーンに入射する。青色のビーム７は赤色ビームに対してｘ方向において２ピクセルずれてスクリーンに入射する。
【００４３】
この種のビームずれを別の光学素子を用いることなく半導体レーザのための制御電子装置により補償調整することができる。このために制御電子装置は、例えばスキャナミラーの所定の位置において赤色のレーザが所定の画素の色情報でもって駆動され、緑色のレーザが１ピクセルずれた画素の色情報でもって駆動され、また青色のレーザが２ピクセルずれた画素の色情報でもって駆動されるように半導体レーザを時間的にずらして制御する。このようにして制御電子装置により画素の赤、緑および青に関する色情報がスクリーン上の同一のピクセルにマッピングされる。すなわち制御電子装置を用いることにより、画像を表す際には図２Ａに示されたような状態が生じる。もっともこの実施形態ではスクリーンの端部においてそれぞれ２つのピクセル１０が失われる。何故ならばそれらのピクセル３つ全ての色によって覆われず、したがって画像生成に利用することができないからである。
【００４４】
図２Ｃは、ビームがｘ方向においてもｙ方向においても相互に若干ずれてスクリーンに入射するようにビームがスクリーンに投影されるケースを示す。ビーム断面７，８，９の直径は例えば２５０μｍ〜４５０μｍであり、またビーム放射点の間隔は例えば３００μｍ〜８００μｍである。図２Ｃにおいては３つのビーム断面７，８，９の位置はスクリーン上において相互に比較的隣接しているので、ディスプレイの共通の１つのピクセル１０を形成することができる。すなわちピクセル１０は３つ全ての色を含む。もっとも、ピクセル１０の大きさはレーザビームの直径が等しいにも拘わらず図２Ａに示した理想的なビーム一致の場合に比べて拡大しており、これによって画像品質は低減される。
【００４５】
図２Ｄは図２Ｃに示したケースに比べて改善された解決手段を示し、このケースにおいてはレーザビームのビームずれに起因する解像度の低下が適切な制御電子装置によって回避される。スクリーンにずれて入射し、それぞれがビーム断面７，８，９を有する３つのビームは画像のそれぞれ異なるピクセル１０を形成する。制御電子装置でもって半導体レーザが時間的にずらされて適切に駆動制御されることにより、図２Ｂに示した例と同様に、各画素の赤、緑および青に関する色情報をスクリーン上の同一のピクセル１０にマッピングすることができる。
【００４６】
レーザビームが隣接するピクセル１０を形成するために使用できないほどの大きさのずれでレーザビームがスクリーンに入射する場合には、ビーム間の間隔は画像の複数のピクセル１０におよぶ可能性がある。図２Ｅはそのようなケースを示す。第１のピクセル１０Ａにはビーム断面９を有する赤色のビームが入射し、ビーム断面８を有する緑色のビームは別のピクセル１０Ｂに入射し、この別のピクセル１０Ｂは第１のピクセル１０Ａからピクセル間隔ｎを有する。ピクセル間隔ｎはスクリーン上のビームずれΔｘに対応する。この実施形態においてはピクセル間隔ｎ＝３ピクセルである。さらにビーム断面７を有する青色のビームはｎ＝３ピクセルのさらなるピクセル間隔を置いて、図２Ｅに示した一番右側のピクセル１０Ｃに入射する。
【００４７】
この実施形態においてもビーム一致は、図２Ｂおよび図２Ｄに関連させて既に説明した制御電子装置により行われるが、ずれたビームのピクセル間隔ｎが大きくなればなるほど、スクリーンの各辺において画像生成に使用できるピクセルの数は少なくなる。しかしながらこのピクセル間隔ｎを、ビーム発散Δαがビーム結合器のレンズ１４によって最小にされることによって短くすることができ、これによりスクリーン上のビームのビームずれΔｘないしピクセル間隔ｎは僅か数ピクセルになる。
【００４８】
ビームずれが図２Ｂおよび２Ｅに示した例のようにピクセル１０の１つの行内にしか存在しない場合、すなわちｘ軸方向にしか存在しない場合には有利である。何故ならば、画像はこの方向において表されるからである。このケースにおいては制御電子装置に関する煩雑さが、図２Ｄに示されている例のケースのように、ピクセル１０の列、すなわちｙ軸の方向におけるビームずれも同時にこの制御電子装置により補正しなければならない場合に比べて少なくなる。
【００４９】
図３は、レンズ１４とヒートシンク１５上に配置されている赤色の半導体レーザ１１、緑色の半導体レーザ１２および青色の半導体レーザ１３とを備えたビーム結合器の実施形態を示す。図３Ａはレンズ１４の面における光学的な光源の半導体レーザ１１，１２，１３の断面図を示し、図３Ｂはビーム結合器の平面図を示す。
【００５０】
図３Ａはヒートシンク１５上に並んで配置されている３つの半導体レーザ１１，１２，１３を示す。３つの半導体レーザ１１，１２，１３はこの実施形態において端面放射型のレーザダイオードであり、ヒートシンク１５上に並んではんだ付けされている。半導体レーザ１１，１２，１３は、ｐ側のコンタクトがヒートシンクと対向するようにヒートシンク１５上に配置されている。レンズ１４は例えばガラスまたはプラスチックから製造されている。
【００５１】
半導体レーザ１１，１２，１３はそれぞれワイヤコンタクト１６を有し、個別に電気的に制御可能である。３つの半導体レーザ１１，１２，１３はそれぞれ放射点２７を有する。緑色の半導体レーザ１２はレンズ１４の光学軸上に配置されている。赤色の半導体レーザ１１の放射点２７とレンズ１４の光学軸との間隔ｄ１ならびに青色の半導体レーザ１３の放射点２７とレンズ１４の光学軸２９との間隔ｄ２は、半導体レーザ１１，１２，１３によって放射されるビームの良好なビーム一致を達成するために可能な限り小さいことが望ましい。
【００５２】
半導体レーザ１１，１２，１３の放射点２７からレンズ１４の光学軸２９までの距離は有利には５００μｍ以下、殊に有利には１００μｍ以下である。すなわち、半導体レーザ１１，１２，１３はヒートシンク１５上で相互に非常に小さい間隔を有する。
【００５３】
図３Ｂは図３Ａのビーム結合器の平面図を示す。レンズ１４は半導体レーザ１１，１２，１３の放射点２７から、有利にはレンズ１４の焦点距離ｆに等しい間隔ｄをおいて配置されている。半導体レーザ１１，１２，１３の放射点２７からレンズまでの間隔ｄは有利には５ｍｍまたはそれよりも小さく、殊に有利には３ｍｍまたはそれよりも小さく、例えば２ｍｍである。放射されたビームはレンズ１４を通過して延びる。図３Ｂにおいてはレンズ１４の中心を通って延びる半導体レーザのビームが示されている。例えば、レンズの中心の方向に放射される青色の半導体レーザの１３のビームは、光学軸２９に関するビームずれ角Δβ１＝ａｒｃｔａｎ（ｄ１／ｆ）でレンズ１４を通過する。ビームずれ角Δβ１は半導体レーザ１１の放射点２７からレンズの光学軸までの間隔ｄ１が短くなればなるほど、またレンズ１４の焦点距離ｆが大きくなればなるほど小さくなる。
【００５４】
ビームずれ角Δβ１により、青色の半導体レーザ１３のビームは、レンズの光学軸２９上に配置されている放射点を有する緑色の半導体レーザ１２のビームに対してｎピクセルずれてスクリーンに入射する。ディスプレイのスキャン角度γおよび行毎のピクセルの数Ｎとすると、ずれてスクリーンに入射するビームのピクセル間隔ｎに関して次式が当てはまる：
ｎ＝Ｎ（Δβ１／γ）＝Ｎ［ａｒｃｔａｎ（ｄ１／ｆ）／γ］。
【００５５】
計算の例として、赤色の半導体レーザの放射点２７からレンズの光学軸までの間隔ｄ１は例えば１００μｍである。レンズの焦点距離ｆは２ｍｍである。スキャン角度γは４４°であり、スクリーンにおける１つの行のピクセルの数Ｎは６４０である。スクリーンにおける１つの行のピクセル間隔ｎ、すなわちｘ方向におけるピクセル間隔ｎは４２ピクセルである。
【００５６】
半導体レーザ１１，１２，１３の放射されたビームの波長は異なるので、ビームの焦点距離が分散に起因して同一面内にない可能性がある。分散の少ない色消しレンズ１４または特殊ガラスからなるレンズを使用することによって、分散の影響を低減することができるか、完全に打ち消すことができる。
【００５７】
図４は、２つの半導体レーザ１１，１３を備えたビーム結合器の別の実施形態を示す。図４Ａはレンズ１４の面における光学的な光源の半導体レーザ１１，１３の断面図を示す。図４Ｂはビーム結合器の平面図を示す。
【００５８】
図４Ａはレンズ１４と、ヒートシンク１５上に並んで配置されている赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３とを示す。図３における実施形態と同様に、半導体レーザ１１，１３は端面放射型のレーザダイオードであり、ワイヤコンタクト１６を介して個別に電気的に制御される。半導体レーザ１１，１３は有利には、ｐ側のコンタクトがヒートシンクと対向するようにヒートシンク１５上に配置されている。
【００５９】
赤色の半導体レーザ１１の放射点２７とレンズ１４の光学軸２９との間隔ｄ１ならびに青色の半導体レーザ１３の放射点２７とレンズ１４の光学軸２９との間隔ｄ２は、ビームが光学軸２９に対する僅かなビームずれ角でレンズ１４に入射するよう可能な限り小さいことが望ましい。
【００６０】
図４Ｂに示されているように、例えばレンズ放射点の方向に放射される青色の半導体レーザ１３のビームはレンズの通過後にビームずれ角Δβ１を有する。ビームずれ角Δβ１は図３の実施例に比べて小さい。何故ならば、半導体レーザ１１の放射点２７からレンズ１４の光学軸までの間隔ｄ１はより小さいからである。スクリーンにおけるビームずれをこのようにして低減することができ、したがって改善された画像品質を達成することができる。
【００６１】
図５は、三角形に配置されている３つの半導体レーザ１１，１２，１３を備えたビーム結合器１の別の実施形態を示す。レンズ１４の面における３つの半導体レーザ１１，１２，１３の配置の断面図が示されており、半導体レーザ１１，１２，１３はそれぞれ基板２６上に配置されている。
【００６２】
半導体レーザ１１，１２，１３のそれぞれの放射層は相互に対向している。半導体レーザ１１，１２，１３は有利には、ｐコンタクト面が半導体レーザ１１，１２，１３の基板２６側とは反対側において相互に対向するよう配置されている。このようにして、半導体レーザの基板に対向させる配置構成に比べて、放射点２７からレンズ１４の光学軸までの短い間隔が達成される。
【００６３】
半導体レーザ１１，１２，１３の放射点２７は円によって表されており、またこの実施形態においてはレンズ１４の光学軸の非常に近傍に配置されている。レンズ１４の光学軸は線の交点にあるレンズの中心を通って延在している。放射点の間隔は有利には１００μｍまたはそれよりも小さく、殊に有利には５０μｍまたはそれよりも小さく、これにより良好なビーム一致、したがってスクリーン上の僅かなビームずれΔｘを達成することができる。それぞれの放射点２７は有利にはレンズ１４の光学軸から同じ距離にある。
【００６４】
図６は、半導体レーザが重ねて配置されているビーム結合器の別の実施形態を示す。平行に重ねて配置されている２つの半導体レーザ１１，１３のレンズ１４の面における断面図が示されている。半導体レーザ１１，１３はそれぞれ基板２６上に設けられており、これらの基板２６は相互に対向していない。この実施形態においては、それぞれの半導体レーザ１１，１３の放射層が相互に対向している。例えば、半導体レーザ１１は逆さまの状態で半導体レーザ１３の上方に配置されている。その種の配置構成によって、それぞれの半導体レーザ１１，１３の放射点２７から、破線の交点に存在するレンズの光学軸までの間隔は非常に短くなる。有利には、半導体レーザ１１，１３の放射点２７の間隔は僅か２０μｍまたはそれよりも小さく、殊に有利には僅か１０μｍまたはそれよりも小さい。これによって、ビームの良好なビーム一致が達成される。
【００６５】
この実施形態において、半導体レーザ１１，１３は有利には、この半導体レーザ１１，１３のｐ側のコンタクトがそれぞれ基板２６に対向する表面に配置されるようにそれぞれ基板２６上に配置されている。
【００６６】
対向して配置されている半導体レーザは、図６に示されているように、僅かな空隙を介して相互に間隔を空けているか、ｐコンタクト面において相互に接続されている。例えば、半導体レーザをｐコンタクト面において相互にはんだ付けすることができるので、これらの半導体レーザは有利には１μｍ〜８μｍの厚さのはんだ層を介して相互に間隔を置いている。さらに半導体レーザ１１，１３の相互的なはんだ付けは半導体レーザがそのようにして熱的に接続されるという利点を有する。例えば、青色の半導体レーザ１３は良好な熱伝率の点において優れているＧａＮからなる基板２６を有することができる。半導体レーザ１１，１３を熱的に接続する場合、有利には、例えば赤色の半導体レーザである別の半導体レーザ１１の熱を少なくとも部分的に青色の半導体レーザ１３の基板を介して排出することができる。
【００６７】
図７は、光源がモノリシックに集積されているマルチカラー半導体レーザ２１を有する、ビーム結合器の別の実施形態の平面図を示す。モノリシックに集積されている半導体レーザ２１は複数の放射層を有し、これらの放射層は共通の基板上に配置されている。殊に、複数の放射層は半導体レーザ２１のエピタキシャルに製造された層系において重なって配置されている。有利には、モノリシックに集積された半導体レーザ２１は赤色、緑色および青色のための３つの放射層を有する。複数の放射層はコンタクト１６を介して別個に制御される。
【００６８】
モノリシックに集積されている半導体レーザ２１の複数の放射層の放射点は有利には僅か数μｍだけ相互に間隔を置いている。したがって全ての放射点をほぼレンズ１４の光学軸上に配置することができる。したがってレンズ１４を通過した後でも放射されたビームは非常に小さいビームずれ角しか有していない。さらにモノリシックに集積された半導体レーザ２１は、別個に製造された半導体レーザに比べて実装の際の位置決めエラーが回避されるという利点を有する。
【００６９】
動作時に生じる熱を排出するために、モノリシックに集積された半導体レーザ２１は有利にはヒートシンク１５上に配置されている。
【００７０】
図８は、放射方向が相互にずれて配置されている２つの半導体レーザ１１，１３を備えたビーム結合器１の別の実施形態を示す。
【００７１】
光学的な光源は例えば赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３を有する。半導体レーザ１１，１３はこの実施形態において端面放射型のレーザダイオードである。青色の半導体レーザ１３の放射点２７は赤色の半導体レーザ１１の放射点２７に対して、レンズ１４の光学軸に沿って間隔Δｚだけずらされている。
【００７２】
間隔Δｚだけ半導体レーザ１１，１３を相互にずらして配置することによって、レンズ材料の分散に起因するレンズの色エラー（色収差）が補償される。そのような色収差によって、異なる波長の光、例えば赤色の光および青色の光に関する焦点が一致しなくなる。例えば、青色の光に関する分散に起因するレンズの焦点距離が赤色の光に関する分散に起因するレンズの焦点距離よりも短い場合には、青色のレーザ１３は赤色のレーザ１１よりもレンズ１４の近くに配置される。
【００７３】
半導体レーザ１１，１３をずらして配置することによりレンズ１４の色エラーを補償することは、放射されたビームがレンズ１４を通過した後に光学軸に対して、半導体レーザをずらして配置しない場合に比べてビームずれ角Δβ１が小さくなるという利点を有する。
【００７４】
図９はビーム結合器の別の実施形態を示す。光学的な光源は、赤色の光および青色の光を放射する端面放射型のレーザダイオード１７を有する。端面放射型のレーザダイオード１７は殊に赤色の光と青色の光のための２つのモノリシックに集積された放射層を有することができる。
【００７５】
さらに光学的な光源は、緑色の光を放射する周波数二倍化半導体レーザ１８を有する。周波数二倍化半導体レーザ１８は殊に、光学的または電気的にポンピングすることができる垂直外部共振型の表面放射型のレーザ（VECSEL:Vertical External Cavity Surface Emitting Laser）であるか、分布帰還型レーザ（Distributed Feed Back Laser）である。半導体レーザ１８の周波数二倍化は例えば非線形の光学結晶を用いて行われる。例えば、半導体レーザ１８は１０６４μｍの基本波長を有し、周波数二倍化により５３２ｎｍの波長を有する緑色の光が生成される。
【００７６】
緑色の周波数二倍化半導体レーザ１８のビームプロフィールは端面放射型の半導体レーザ１７のビームプロフィールとは異なる。このことは、周波数二倍化表面放射型のレーザは典型的に、端面放射型の半導体レーザに比べて僅かなビーム発散および大きいビーム直径を有することに起因する。
【００７７】
半導体レーザ１７，１８の異なるビームプロフィールはビーム結合器によるビーム一致の達成を困難にする。したがって有利には、半導体レーザ１７，１８のビームプロフィールはビーム結合器のレンズ１４を通過する前に相互に適合される。緑色の半導体レーザ１８のビームプロフィールを端面放射型の半導体レーザ１７のビームプロフィールに適合させるために、有利には球体レンズ１９が緑色の半導体レーザ１８のビーム路内に配置される。球体レンズ１９はこの実施形態において小さい直径、殊に３００μｍ、またはそれよりも小さい直径を有する。この外部の短焦点距離の球体レンズ１９を使用することにより、緑色のビームのビームプロフィールを端面放射型の半導体レーザ１７の赤色および青色のビームに適合させることができる。球体レンズ１９の焦点２７Ａは準放射点を表し、この準放射点からは端面放射型の半導体レーザ１７の放射点２７から放出されたビームに類似するビームプロフィールを有するビームが放出される。
【００７８】
したがって赤色、緑色および青色のビームは少なくとも近似的に等しいビームプロフィールでビーム結合器のレンズ１４に入射する。複数のビームのための図９に示した２つのレンズ１４の代わりに、半導体レーザ１７，１８の赤色、青色および緑色のビームのための共通のレンズも使用することができ、これによってビーム結合器の光学的な構造は有利には簡略化される。
【００７９】
図１０は、３つの半導体レーザ１１，１３，１８からなる光学的な光源を備えた放射結合器１の別の実施形態を示す。図１０Ａはレンズ１４の面における光学的な光源の断面図を示し、図１０Ｂはビーム結合器の平面図を示す。
【００８０】
光学的な光源は赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３を有し、これらの半導体レーザは両方とも端面放射型の半導体レーザである。さらに光学的な光源は、緑色のビームを放射する周波数二倍化半導体レーザ１８を有する。図９を参照しながら説明した実施形態のように、周波数二倍化半導体レーザ１８は殊にＶＥＣＳＥＬでよい。
【００８１】
緑色の半導体レーザ１８のビームプロフィールを赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３のビームプロフィールに適合させるために、前述の実施例と同様に球体レンズ１９が設けられている。球体レンズ１９は赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３の上方に配置されている。赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３の放射点２７はレンズ１４の光学軸から間隔ｄ１，ｄ２を有する。赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３の上方に球体レンズ１９を配置することによって、これらの半導体レーザを有利には光学軸から僅かな間隔ｄ３を空けて配置することができるので、光学軸までの間隔ｄ１，ｄ２，ｄ３は可能な限り小さくなる。
【００８２】
択一的に、球体レンズ１９を赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３の隣に配置することもできる。このことは、図２Ｅに示したようなビームの線形の配置が達成されるという利点を有する。
【００８３】
周波数二倍化半導体レーザ１８の手前には補正プレート２０が配置されており、この補正プレート２０は平面状または楔状に構成されており、また傾倒可能である。補正プレートを用いることにより、緑色のビームのための球体レンズ１９の焦点が赤色および青色の半導体レーザ１１，１３の放射点と同じ高さに位置するように緑色の半導体レーザ１８のビームを偏向することができる。
【００８４】
赤色のおよび青色の半導体レーザ１１，１３の放射点２７および球体レンズ１９の焦点２７Ａを同一平面内に配置しないことも有利である。半導体レーザ１１，１３の放射点２７または球体レンズ１９の焦点２７Ａがレンズ１４の光学軸の方向において相互にずらされて配置されている場合には、例えば図８に示されている実施形態のように、レンズ１４の分散を補償することができる。
【００８５】
図１１は別の実施形態であり、ビーム路においてプリズム２２がレンズ１４の後方に配置されている、図１０のビーム結合器の変形形態を示す。プリズム２２を用いることにより、半導体レーザ１１，１３，１８のビームがレンズ１４の通過後に示すビームずれ角は低減され、ビームはプリズム２２の後方において有利にはほぼ０のビームずれ角を有する。
【００８６】
ビームはレンズ１４の通過後に相互にビームずれ角Δβ１ずれて延びるので、有利には、可能な限り僅かなビームずれを達成するためにレンズ１４の可能な限り近傍においてビームずれ角が低減される。プリズム２２をレンズ１４の近くに配置すればするほど、スクリーンにおけるビームのビームずれは小さくなる。
【００８７】
プリズム２２の作用は放射された各レーザビームが異なる波長を有することを基礎とする。例えば、青色の半導体レーザ１３は４４０ｎｍの波長を有し、緑色の半導体レーザ１８は５３０ｎｍの波長を有し、また赤色の半導体レーザ１１は６４０ｎｍの波長を有する。ビーム路においてレンズ１４の後方に置かれているプリズム２２は分散に基づき３つの色のビームを異なる大きさに屈折させる。光学的なガラスを適切に選択することにより、またレンズ１４に関してプリズム２２を配向することにより、放射されたビームがプリズム２２の通過後に平行になることが達成される。
【００８８】
殊に、スクリーン上のビームのピクセル間隔ｎをプリズム２２により低減することができる。例えば、プリズム２２を使用しない４４ピクセルのピクセル間隔はプリズム２２の使用下では３ピクセルに低減される。
【００８９】
スクリーン上のビームずれがそれぞれのビームのビーム半径よりも大きければ、ビームが平行に配向されるのではなく、ビームずれ角度Δβ＝γ／Ｎ相互にずれて延びる場合には有利である。ここでγはスキャン角度であり、Ｎはレーザディスプレイの行毎のピクセルの数である。Δβ＝γ／Ｎは単一のピクセルが占める角度領域である。このようにして、ビームがスクリーンと光源との間の間隔が異なる場合であっても相互に同一の間隔を有することが達成される。例えば、Δβが４４°のスキャン角度であり、行毎のピクセルの数Ｎが６４０である場合には、Δβ＝４４°／６４０＝０．０７°である。
【００９０】
図１２は別の実施形態であり、レンズ１４に付加的にコリメータレンズ２３を有する、図１０のビーム結合器の変形形態を示す。
【００９１】
ビームずれ角を低減するために、ビーム路においてレンズ１４の後段にコリメータレンズ２３が配置されている。レンズ１４とコリメータレンズ２３との間隔ｄはこの実施形態において有利にはコリメータレンズ２３の焦点距離ｆ２に等しい。その種の配置構成によって、ビームがコリメータレンズ２３の通過後に相互に並列であるように屈折されるか、択一的に図１１を参照しながら説明したように、所定のビームずれ角Δβ＝γ／Ｎを有するように屈折される。
【００９２】
図１３は別の実施形態であり、ビーム路においてレンズ１４の後段に回折光学素子２４が配置されている、図１０のビーム結合器の変形形態を示す。
【００９３】
回折光学素子２４は赤色、緑色および青色の半導体レーザ１１，１８，１３のビームをその波長に応じて回折させるので、それらのビームは回折光学素子２４の通過後に相互に平行になるか、例えば所定のビームずれ角Δβ＝γ／１だけ相互にずれて延びる。
【００９４】
回折光学素子２４は表面において回折が行われる素子、例えば格子または表面ホログラムであるか、体積体内で回折が行われる素子、例えば体積ホログラムである。回折光学素子２４の代わりに、択一的に複屈折材料からなるプレート、殊に複屈折ガラスをビーム路においてレンズ１４の後段に配置することができ、これによりビームは平行に配向されるか、所定のビームずれ角に調整される。
【００９５】
図１４は別の実施形態であり、レンズ１４が自由形状面２５を有する、図１０のビーム結合器の変形形態を示す。自由形状面は有利には、半導体レーザ１１，１３，１８のビームがレンズ１４の通過後に相互に平行になるよう構成されている。適切な自由形状面２５を半導体レーザ１１，１３，１８の配置構成に依存して、例えばシミュレーション計算により決定することができる。レンズ１４は有利には２つの自由形状面を備えた色消しレンズでもよい。
【００９６】
図１５はビーム結合器の別の実施形態を示す。レンズ１４の面における平面図が示されている。ビーム結合器の光学的な光源は重ねて配置されている２つの半導体レーザ１１，１３を有し、これらの半導体レーザ１１，１３は２つの端面放射型のレーザダイオードであり、また周波数二倍化半導体レーザ（図示せず）を有する。半導体レーザ１１，１３の隣には球体レンズ１９が配置されており、この球体レンズ１９は周波数二倍化半導体レーザのビーム路内に配置されている。円によって示されている端面放射型のレーザの放射点の間隔およびレンズ１４の中心を通るレンズ１４の光学軸から球体レンズ１９までの間隔は非常に小さく、有利には１００μｍ以下である。このようにして、僅かなビームずれ角Δβ、したがって良好なビーム一致を達成することができるので、スクリーン上でのビームずれΔｘは有利には小さい。
【００９７】
図１６Ａおよび図１６Ｂはビーム結合器の別の実施形態を示し、この実施形態においてはレンズ１４が回折光学素子である。図１６Ａはレンズとして機能する回折光学素子の面における光学的な光源の断面図を示し、図１６Ｂはビーム結合器の平面図を示す。光学的な光源は３つの半導体レーザ１１，１２，１３を有し、これらの半導体レーザは殊に端面放射型の半導体レーザである。回折光学素子１４は有利にはガラスプレートまたはプラスチックプレートであり、このプレートには回折性の表面構造が設けられている。表面構造は、通常の場合半導体レーザ１１，１２，１３の波長よりも短い寸法を有する。択一的に、この回折光学素子１４は体積ホログラムでよい。回折光学素子内または回折光学素子上に形成されている回折構造は半導体レーザ１１，１２，１３から放射されたレーザビームに対する仮想のレンズとして機能する。回折光学素子のための適切な表面構造または適切な体積ホログラムを仮想のレンズ１４の所望の結像特性に関してシミュレーションにより計算することができる。
【００９８】
回折光学素子１４は有利には、半導体レーザ１１，１２，１３の異なる波長に関して複数の光学軸２９，３０，３１を有する。この構成により回折光学素子１４の回折特性を、半導体レーザの焦点合せすべき光の波長に依存させることができる。適切な表面構造または適切な体積ホログラムにより、回折光学素子１４が半導体レーザ１１，１２，１３の異なる波長に関して複数の光学軸２９，３０，３１を有することを達成することができる。
【００９９】
複数の光学軸２９，３０，３１は有利には相互にずらして配置されており、しかも有利には、光学軸が光学的な光源のそれぞれの半導体レーザの波長に関してそれぞれの半導体レーザの放射方向に対して共直線的に延びるように配置されている。例えば、回折光学素子１４は赤色の半導体レーザ１１のビームに対する光学軸２９を有し、この光学軸２９は赤色の半導体レーザ１１の放射方向に共直線的に延びている。さらに、回折光学素子１４は緑色の半導体レーザ１２の波長に関する光学軸３０を有し、この光学軸３０は緑色の半導体レーザ１２の放射方向に対して共直線的に延びており、また赤色の半導体レーザ１１の波長に関する光学軸２９から間隔ｄ１だけずれている。さらに、回折光学素子１４は青色の半導体レーザ１３の波長に関する光学軸３１を有し、この光学軸３１は青色の半導体レーザ１３の放射方向に対して共直線的に延びており、また緑色の半導体レーザ１２の波長に関する光学軸３０から間隔ｄ２だけずれている。したがって回折光学素子１４の作用は、図１６Ｂにおいて破線によって示唆されている３つの異なる仮想のレンズの作用に相当する。
【０１００】
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されているビーム結合器の実施形態は、実質的に図１６Ａおよび図１６Ｂに示した実施形態に対応するが、光学的な光源は３つの半導体レーザの代わりに２つの半導体レーザ１１，１３、つまり赤色の半導体レーザ１１および青色の半導体レーザ１３のみを有している。例えば赤色の半導体レーザ１１の放射方向に共直線的に延びている、この赤色の半導体レーザ１１の波長に関する光学軸２９を有している回折光学素子１４はレンズとして機能する。さらに、回折光学素子は青色の半導体レーザ１３のビームに関する光学軸３１を有し、この光学軸３１は青色の半導体レーザ１１の放射方向に共直線的に延びている。
【０１０１】
択一的な有利な実施形態においては、回折光学素子１４は半導体レーザ１１，１３のそれぞれの放射方向に対して共直線的に配置されている光学軸２９，３１の代わりに、破線で示唆されている光学軸２９Ａ，３１Ａを有し、これらの光学軸２９Ａ，３１Ａは相互に斜めに延びており、また半導体レーザのそれぞれの放射方向に対して斜めに延びている。このようにして、半導体レーザ１１，１３のレーザビームが回折光学素子１４の通過後に相互に斜めに延びるようになり、これによってほぼ斜視的な光源を形成することができる。このようにしてビーム一致をさらに改善することができる。
【０１０２】
図１８Ａおよび図１８Ｂに示されている実施形態は、実質的に図１６Ａおよび図１６Ｂに示した実施形態に対応するが、光学的な光源は３つの端面放射型の半導体レーザの代わりに２つの端面放射型の半導体レーザ、つまり赤色の半導体レーザ１１と青色の半導体レーザ１３しか有しておらず、また付加的に非端面放射型の緑色の半導体レーザ１８を有し、この半導体レーザ１８は殊に周波数二倍化半導体レーザ１８である。光源の実施形態および機能は図１０の実施形態に対応し、またレンズとして機能する回折光学素子の実施形態および機能は図１６の実施形態に対応する。したがってここでは再度詳細に説明しない。
【０１０３】
実施形態に基づいた本発明の説明は、もちろん本発明をそれらの実施形態に制限すべきであるとみなすべきではない。むしろ本発明は開示されている特徴を単独でも含んでおり、またそれらの特徴の考えられるあらゆる組合せも含むものであり、これはそれらの組合せがたとえ明示的に請求項に記載されていなくとも該当する。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】ビーム結合器の実施形態を備えたマルチカラーレーザディスプレイの実施形態の概略図を示す。
【図２Ａ】ビーム結合器の実施形態に関するスクリーン上のビーム像の例を示す。
【図２Ｂ】ビーム結合器の実施形態に関するスクリーン上のビーム像の例を示す。
【図２Ｃ】ビーム結合器の実施形態に関するスクリーン上のビーム像の例を示す。
【図２Ｄ】ビーム結合器の実施形態に関するスクリーン上のビーム像の例を示す。
【図２Ｅ】ビーム結合器の実施形態に関するスクリーン上のビーム像の例を示す。
【図３Ａ】３つの半導体レーザを備えたビーム結合器の概略的な断面図を示す。
【図３Ｂ】３つの半導体レーザを備えたビーム結合器の概略的な平面図を示す。
【図４Ａ】２つの半導体レーザを備えたビーム結合器の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図４Ｂ】２つの半導体レーザを備えたビーム結合器の実施形態の概略的な平面図を示す。
【図５】三角形に配置されている３つの半導体レーザを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図６】重ねて配置されている半導体レーザを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図７】モノリシックに集積されている半導体レーザを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図８】ずらして配置されている半導体レーザを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図９】２つの端面放射型のレーザダイオードと１つの周波数二倍化半導体レーザとを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図１０Ａ】２つの端面放射型のレーザダイオードの上に配置されている球体レンズを備えたビーム結合器の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図１０Ｂ】２つの端面放射型のレーザダイオードの上に配置されている球体レンズを備えたビーム結合器の実施形態の概略的な平面図を示す。
【図１１】プリズムを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図１２】コリメータレンズを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図１３】回折素子を備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図１４】自由形状面を有するレンズを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図１５】重ねて配置されている端面放射型のレーザダイオードと球体レンズとを備えたビーム結合器の実施形態の概略図を示す。
【図１６Ａ】レンズとして機能する回折光学素子を備えたビーム結合器の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図１６Ｂ】レンズとして機能する回折光学素子を備えたビーム結合器の実施形態の概略的な平面図を示す。
【図１７Ａ】レンズとして機能する回折光学素子を備えたビーム結合器の別の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図１７Ｂ】レンズとして機能する回折光学素子を備えたビーム結合器の別の実施形態の概略的な平面図を示す。
【図１８Ａ】レンズとして機能する回折光学素子を備えたビーム結合器の別の実施形態の概略的な断面図を示す。
【図１８Ｂ】レンズとして機能する回折光学素子を備えたビーム結合器の別の実施形態の概略的な平面図を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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