(57)【要約】【課題】輝度が同じでも高い結像品質が達成される解決手段を提供することである。【解決手段】少なくとも１つの第１の発光素子（ＬＥ１）と、第２の発光素子（ＬＥ２）と、少なくとも１つの光加算装置（１）とを有する光学的装置であって、  該光学的装置は、前記第１の発光素子と第２の発光素子（ＬＥ１，ＬＥ２）の光が１つの光ビームに加算されるように構成されている、ことを特徴とする光学的装置。【選択図】図１Ａ
2008219015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の発光素子（ＬＥ１）と、第２の発光素子（ＬＥ２）と、少なくとも１つの光加算装置（１）とを有する光学的装置であって、
該光学的装置は、前記第１の発光素子と第２の発光素子（ＬＥ１，ＬＥ２）の光が１つの光ビームに加算されるように構成されている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学的装置において、
前記第１の発光素子（ＬＥ１）は第１の半導体ベースのレーザダイオード（ＬＥ１）から形成され、前記第２の発光素子（ＬＥ２）は第２の半導体ベースのレーザダイオード（ＬＥ２）から形成されている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項３】
請求項１から２までのいずれか一項記載の光学的装置において、
前記第１の発光素子（ＬＥ１）は所定の第１の波長領域（λ１）の光を放射し、前記第２の発光素子（ＬＥ２）は所定の第２の波長領域（λ２）の光を放射する、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項記載の光学的装置において、
変換装置（４）が設けられている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項５】
請求項４記載の光学的装置において、
前記変換装置（４）は前記光加算装置（１）に後置接続されている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載の光学的装置において、
少なくとも１つの光ファイバ（２）が設けられている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項７】
請求項６記載の光学的装置において、
前記光ファイバ（２）は前記光加算装置（１）に後置接続されている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項記載の光学的装置において、
前記加算装置（１）は、境界面を備える少なくとも１つの光学的素子（ＯＥ）から形成されており、
前記境界面は、所定の角度で入射する、所定の波長領域（λ）の光が当該境界面で反射され、前記所定の波長領域（λ）外の光は当該境界面を透過するように構成されている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項記載の光学的装置において、
前記変換装置（４）は冷却装置（６）と熱的に結合されている、ことを特徴とする光学的装置。
【請求項１０】
第１の発光素子（ＬＥ１）の光と、第２の発光素子（ＬＥ２）の光とを１つの光ビームに加算する光学的方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の光学的方法において、
前記第１の発光素子（ＬＥ１）は第１の個別光ビームを放射し、前記第２の発光素子（ＬＥ２）は第２の個別光ビームを放射する、ことを特徴とする光学的方法。
【請求項１２】
請求項１０から１１までのいずれか一項記載の光学的方法において、
前記第１の個別光ビームは所定の第１の波長領域（λ１）を含み、前記だ２の個別光ビームは所定の第２の波長領域（λ２）を含む、ことを特徴とする光学的方法。
【請求項１３】
請求項１０から１２までのいずれか一項記載の光学的方法において、
光ビームの波長領域（λ）は変換される、ことを特徴とする光学的方法。
【請求項１４】
請求項１０から１３までのいずれか一項記載の光学的方法において、
前記発光素子の少なくとも１つの光ビームは光ファイバによって加算のために供給され、および／または光ビームは光ファイバによって離れた個所に導かれる、ことを特徴とする光学的方法。
【請求項１５】
請求項１０から１４までのいずれか一項記載の光学的方法において、
前記第１の個別光ビームと前記第２の個別光ビームは相互に異なる方向から光学的素子（ＯＥ）に供給され、該光学的素子（ＯＥ）の境界面で前記第１の個別光ビームは当該境界面を透過し、前記第２の個別光ビームは前記境界面で反射され、
前記第１と第２の個別光ビームは前記境界面を共通の光ビームとして去る、ことを特徴とする光学的方法。
【請求項１６】
請求項１０から１５までのいずれか一項記載の光学的方法において、
変換により形成された熱が排出される、ことを特徴とする光学的方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学的装置および光学的方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い光度、高い光密度ないし高い輝度を備える光源は日常の生活の種々の領域で使用されている。例えばここでは、レーザランプ、内視鏡または顕微鏡に対する光源を挙げておく。同様に日常生活の領域からのさらなる適用はプロジェクタ適用に関するもの、例えばビーム発生器またはディスプレイであり、やはり輝度の高い、強力にフォーカシングされた光源が個々の画像ピクセルの提示のために重要である。材料処理においても、輝度の高い、強力にフォーカシングされた光源が使用される。これは例えば溶接、グラビア彫刻、または材料の切断である。
【０００３】
とりわけ最後に述べた適用はこれまで、輝度の高い、強力にフォーカシングされた光源によってのみ可能である。非常に高い輝度はこれまでレーザ光源によってのみ達成可能である。
【０００４】
強力にフォーカシングされた光源を形成するために、これまではパラボラミラーまたはレンズが使用されている。このことは例えば刊行物"Trichroic prism assembly for separating and recombining colors in a compact projection display", Hoi-Sing Kwok et al.に示されている。この種の光学的装置は光源として比較的大きな寸法を有し、その広がりが少なくとも１ｍｍまたはそれ以上の光源となる。さらにこの種の光源から放射される光ビームは相互に平行ではなく、星状の経過を有する。
【０００５】
個々の画像ピクセルから形成された全体画像を提示する画像投影では、個々のピクセルの平面広がりが画像品質に対して非常に重要である。個々のピクセルの平面広がりが小さければ、結像の光学的品質がより良好に感じられる。しかし画素の平面広がりだけでなく、個々の画素の明度も重要であり、結像の品質感覚に関与する。弱い光源は発光の強力な光源に対して、くすんでおり、コントラストが弱く感じる画像を引き起こす。
【非特許文献１】"Trichroic prism assembly for separating and recombining colors in a compact projection display", Hoi-Sing Kwok et al.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の課題は、輝度が同じでも高い結像品質が達成される解決手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発光素子と第２の発光素子を設け、それらの個々の光ビームを１つの共通の光ビームに加算的に統合することによって、第１または第２の発光素子の各個別の輝度よりも高い全体輝度が得られる。相互に異なる方向から到来する、複数の発光素子の個別の光ビームを１つの共通の光ビームに統合する光加算装置によって輝度の加算が行われる。この手段によって、これにより形成された光源の全体強度が、発光素子の個々の輝度に対して上昇する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
改善形態によれば、前記発光素子は少なくとも１つの第１の半導体ベースのレーザダイオードと、少なくとも１つの第２の半導体ベースのレーザダイオードから形成される。この手段により、各個々の発光素子の放射光は平行ビームに縦方向に配向されて放射される。これにより放射光のさらなる加算が簡単になる。とりわけ半導体ベースのレーザダイオードは、その放射面積に関連して高い出力を有する。
【０００９】
別の改善形態によれば、第１と第２の発光素子に対して、放射光の相互に異なる波長領域が選択される。２つまたはそれ以上のレーザダイオードの異なる波長により、異なる色で放射される光を加算することにより、個々のレーザダイオードでの個々の輝度が変化され、これによって光源の色調を変化することができる。従って光加算装置によって、色調が可変である光源が形成される。
【００１０】
別の改善形態によれば、光学的装置のビーム路に光学的変換装置が配置されている。光学的変換装置は、これを通過して出射する光の波長の変化および変換を行う。有利には通過する光の少なくとも一部は、変換された光の波長が変換されない光の波長よりも大きくなるように変換される。例えば変換されない光は青色光であり、変換される光は例えば黄色光とすることができる。
【００１１】
ビーム路にある光学的変換装置は、光加算装置に前置または後置することができる。変換装置から出射する光は、入射する光の波長とは異なる波長を有する。適切な変換材料と半導体ベースのレーザダイオードを組み合わせることにより、正確に所定の色調を有する光源を形成することができる。従って種々異なる色温度を備える白色光もこのようにして形成される。
【００１２】
改善形態によれば、光学的加算装置への光の供給は光ファイバによって行われる。光ファイバにより、第１および／または第２の発光素子を光加算装置とは別の個所に配置することができ、光ファイバにより光はこの光加算装置に導かれる。光を光学的加算装置から光ファイバによって導出することもこの改善形態では可能である。これにより光源を、光学的加算装置から離れた個所に形成することができる。変換装置も光ファイバの端部にあり、従って光の出射点に配置することができる。
【００１３】
このことは空間的寸法が制限されているため、または構成または適用に起因する要求のため、個々の部分要素を相互に離れた個所に配置すべき場合に有利である。これに対する例は、内視鏡である。
【００１４】
改善形態によれば、光加算装置は少なくとも１つの光学素子から形成される。この光学素子は境界面を有し、この境界面は所定の波長領域の光が境界面により反射されるように構成されている。この波長領域外の光は境界面を通過する。このようにして少なくとも２つの発光素子からの光が加算される。このために第１の発光素子の波長領域は、これから放射された光が境界面を通過するように設定されている。第２の発光素子は、これから放射される光が境界面で反射されるように設定されている。第１の発光素子の光が境界面に当たると、この光は境界面を通過する。このとき光は偏向されないか、またはわずかに偏向されるが、反射はされない。第２の発光素子の光が境界面に当たると、この光は境界面により反射される。境界面の配置構成を発光素子の位置と配向に関して選択することによって、第２の発光素子の反射光と、境界面を通過した第１の発光素子の光とが光学的に加算される。
【００１５】
改善形態によれば、変換装置は冷却装置と熱的に結合されている。これにより、高い光エネルギーのため変換の際に発生する熱が変換装置から放出され、変換装置の損傷が回避される。
【実施例】
【００１６】
以下に実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。  
図１は、光学的装置の第１の実施例を示す。
図１Ａは、反射能力と放射波長との関係を示す線図である。
図２は、光学的装置の第２の実施例を示す。
図２Ａは、反射能力と放射波長との関係を示す線図である。
図３から図１４は、光学的装置の別の実施例を示す。
【００１７】
図１は、光加算装置１の概略図である。光加算装置１には光が３つの発光素子ＬＥ１〜ＬＥ３から供給される。ＬＥ１からＬＥ３はこの実施例では半導体ベースのレーザダイオードから形成されている。
【００１８】
レーザダイオードＬＥ１〜ＬＥ３から放射される光は、それぞれその波長λが異なる。とりわけいわゆる可視領域にある光の波長λは、放射される光の色に対する尺度である。レーザダイオードＬＥ１〜ＬＥ３は、波長λ１、λ２およびλ３の光を相互に独立して放射する。放射される光の異なる波長λ１、λ２およびλ３は、図１Ａの座標にも、横軸での棒状のマーキング（λ）により示されている。図１および１Ａでも、レーザダイオードＬＥ１〜ＬＥ３に波長λ１、λ２およびλ３が割り当てられている。光加算装置１は光学的素子ＯＥ１，ＯＥ２およびＯＥ３から形成されており、これらの光学的素子はそれぞれ部分透過性のミラー面を有する。これらのミラー面は、所定の波長領域の波長に対しては高反射性であるように構成されている。その波長領域以外の波長に対して、光学的素子の表面は透過性である。
【００１９】
第１の光学的素子ＯＥ１の代わりに安価な偏向ミラーを使用することもできる。なぜなら光学的素子ＯＥ１は第１のレーザダイオードＬＥ１の光だけにより照射されるからである。光学的素子ＯＥ１はこの構成では光ビームを透過しない。
【００２０】
第１のレーザダイオードＬＥ１の偏向されたビームλ１は次に、そのさらなるビーム経過で裏面から光学的素子ＯＥ２に入射する。光学的素子ＯＥ２も、光学的素子ＯＥ１および光学的素子ＯＥ３と同様に、入射光ビームλ１、λ２およびλ３に対して４５°の角度で傾斜している。入射する光ビームλ１、λ２およびλ３は相互に間隔をおいて平行に、光学的素子ＯＥ１、ＯＥ２およびＯＥ３に当たる。この構成によって一方では、レーザダイオードから放射された光ビームがそれぞれの光学的素子で９０°偏向され、従って反射されるようになる。他方ではこの構成により、裏面から光学的素子ＯＥ２に当たる光ビームλ１はこれを透過し、偏向されなくなる。光学的素子ＯＥ２は、波長λ２の光ビームに対しては高反射性であり、波長λ１の光ビームに対しては反射せずに透過できるように構成されている。
【００２１】
従って光学的素子が４５°傾斜した構成により、光ビームλ１とλ２が加算される。さらなるビーム経過で、２つの光ビームλ１とλ２の和は裏面から第３の光学的素子ＯＥ３に当たる。ここで光学的素子ＯＥ３は、λ１またはλ２の波長に対しては透過性に作用し、第３のレーザダイオードの波長λ３に対して高反射性特性を有するように構成されている。従って光ビームλ１、λ２およびλ３は共に平行に光学的素子ＯＥ３、すなわち光学的光加算装置１を去る。このようにして光源５が形成され、この光源は個別の光ビームλ１、λ２およびλ３からなる和を含んでいる。このようにして、個別のレーザダイオードＬＥ１〜ＬＥ３の輝度の加算によって輝度が形成される光が作られる。
【００２２】
図１Ａはさらに、レーザダイオードの個々の波長領域λ１、λ２およびλ３間の関係を示し、例として個々の光学的素子ＯＥ１，ＯＥ２およびＯＥ３の反射スペクトルが示されている。これによれば光学的素子ＯＥ１は、図示の実施例で発生する波長λ１、λ２およびλ３のすべての波長を反射する。なぜならそれらの波長領域は第１の光学的素子ＯＥ１の反射スペクトル内にあるからである。図１の実施例は、図１Ａとの組み合わせで、光学的素子ＯＥ１は３つの波長λ１、λ２またはλ３のいずれに対しても透過性である必要がないことを示している。レーザダイオードＬＥ１の波長λ１だけが反射される。
【００２３】
図１はさらに、波長λ１の光ビームは光学的素子ＯＥ２では反射されないことを示している。図１Ａが示すように、波長λ１は光学的素子ＯＥ２の反射領域の外にある。波長λ２は、光学的素子ＯＥ２が反射性に作用する波長領域内にある。従って波長λ２の光ビームは光学的素子ＯＥ２で反射される。波長λ１の光は光学的素子ＯＥ２で反射されず、光学的素子ＯＥ２を通過する。波長λ２の光ビームは光学的素子ＯＥ２で反射される。従って光学的素子ＯＥ３が反射性に作用する波長領域は、波長λ３だけが反射され、波長λ２またはλ１は反射されないように構成されている。従って波長λ２またはλ１の光は光学的素子ＯＥ３を通過し、波長λ３の光は光学的素子ＯＥ３で反射される。
【００２４】
図２および図２Ａは、図１に示された実施例に対して安価に作製可能な実施例を示す。図２の実施例は、図１の実施例に対して光学的素子ＯＥが１つ少ない。偏向ミラーとしてだけ機能する光学的素子ＯＥ１は図１の実施例に対して、図２の実施例では省略されている。レーザダイオードＬＥ１は図１の実施例に対して、このレーザダイオードＬＥ１により放射される光ビームλ１が４５°だけ変化された方向で、光学的素子ＯＥ２の裏面に、先行の偏向なしで直接当たるように変更して構成されている。これにより光学的素子ＯＥ１が節約される。従って光学的素子ＯＥ１と結び付いた材料コストおよび取り付けコストが、この光学的装置の製作では省略される。
【００２５】
図２Ａは、光学的素子ＯＥ１の反射スペクトルを省略しても、光学的素子ＯＥ２とＯＥ３により反射のために十分な波長領域が存在することを示す。レーザダイオードＬＥ２とＬＥ３の波長は光学的素子ＯＥ２とＯＥ３で反射され、従って同様に光加算装置１の出力端で、３つの光ビームλ１、λ２およびλ３により形成される全体光ビーム、および光源が得られる。
【００２６】
図３は、全部で３つの異なる波長領域λ１〜λ３を備える全部で６つのレーザダイオードＬＥ１ａ、ＬＥ１ｂ、ＬＥ２ａ、ＬＥ２ｂ、ＬＥ３ａおよびＬＥ３ｂからなる光加算装置を示す。ここでも３つの異なる波長領域が１つの共通の光源５に加算される。この光加算装置はプリズム状の光学的素子ＯＥ１，ＯＥ２およびＯＥ３から形成されており、これらの光学的素子は図１または図２の実施例の光学的素子と同じように、これらに配属された光放射素子ＬＥ１，ＬＥ２およびＬＥ３のそれぞれの波長を反射するように構成されている。これらに配属されない発光素子の光は光学的素子ＯＥ２またはＯＥ３を通過する。図１と２の実施例ですでに説明したのと同様に、光学的素子１の表面は、レーザダイオードＬＥ１ａおよびＬＥ１ｂにより放射された波長λ１の光が第１の光学的素子ＯＥ１の表面で反射されるように構成されている。レーザダイオードは、それぞれ相互に異なる方向でレーザダイオードＬＥ１ａおよびＬＥ１ｂの光ビームが第１の光学的素子ＯＥ１の表面に当たるように配置されている。実施例での幾何学的構成では、第１の光学的素子ＯＥ１の表面がレーザダイオードの光ビームに対して４５°の角度で傾斜している。従って光ビームは９０°の角度で偏向され、光学的素子ＯＥ１を平行に去る。
【００２７】
光学的素子ＯＥ１の表面は、レーザダイオードＬＥ１ａとＬＥ１ｂにより放射された光の波長を精確に反射するように構成されている。さらに光学的素子ＯＥ２は、波長λ１が光学的素子ＯＥ２を通過するように構成されている。レーザダイオードＬＥ２ａとＬＥ２ｂの波長は光学的素子ＯＥ２の表面で反射される。波長λ１の光ビームは光学的素子ＯＥ２に当たり、偏向されることなくレーザダイオードＬＥ２ａおよびＬＥ２ｂの光ビームと平行の方向に去る。光学的素子ＯＥ２の表面はレーザダイオードＬＥ２ａおよびＬＥ２ｂに対して、波長λ２の放射ビームがこの表面で反射され、波長λ１の光ビームと同じ方向で光学的素子ＯＥ２を去るように配向されている。このようにして形成された、レーザダイオードＬＥ１ａ、ＬＥ１ｂ、ＬＥ２ａおよびＬＥ２ｂのビームλ１とλ２の和は、共通の光ビームとして光学的素子ＯＥ３の裏面に当たる。
【００２８】
光学的素子ＯＥ３は、これが波長λ１とλ２の光に対しては透過性に作用し、レーザダイオードＬＥ３ａおよびＬＥ３ｂにより放射された波長λ３の光をその表面で反射するように構成されている。光学的素子ＯＥ３の表面もまた、発光素子ＬＥ３ａＬＥ３ｂから放射された波長λ３の光ビームが反射され、光ビームλ１とλ２が共通に光学的素子ＯＥ３を同じ方向で去るように構成されている。これにより光加算装置１の端部では、個別の光ビームλ１、λ２およびλ３から加算され、従ってその強度がレーザダイオードＬＥ１ａ，ＬＥ１ｂ，ＬＥ２ａ，ＬＥ２ｂ，ＬＥ３ａおよびＬＥ３ｂの光ビームの個々の強度の和である光源５が形成される。
【００２９】
図４は、光学的素子ＯＥ１〜ＯＥ３が散乱および吸収損失のない透過ゾーン７を有する実施例を示す。この透過ゾーンは光ビームが妨げられずに通過するように構成されている。これにより、光学的素子の通過時に通常は発生する吸収損失が回避される。実施例でこのことは、光学的素子ＯＥ１〜ＯＥ３が光学的素子ＯＥ１ａおよびＯＥ１ｂ、ＯＥ２ａおよびＯＥ２ｂ、並びにＯＥ３ａおよびＯＥ３ｂに分離されていることによって示されている。さらに、図４の実施例は図３に示された実施例に相応している。反射性表面での偏向により形成されたビーム束は、散乱および吸収損失のない透過ゾーン７に沿って妨げられずに、散乱および吸収損失なしで光加算装置を通過する。これにより光強度は、光源５での損失が小さいので図３に示した実施例よりも大きい。
【００３０】
図５は、発光素子ＬＥ１ａ，ＬＥ１ｂ，ＬＥ１ｅ，ＬＥ１ｄ，ＬＥ１ｅおよびＬＥ１ｆが設けられている実施例を示す。これらの発光素子はすべて同じ波長λ１の光を放射する。図５の実施例の光加算装置１の光学的素子ＯＥ１〜ＯＥ１ｆの幾何学的構成は、図４に示された実施例の光加算装置１に相応する。光学的素子ＯＥ１ａ〜ＯＥ１ｆの表面は波長λ１を反射するように構成されている。散乱および吸収損失のない透過ゾーン７を個々の光学的素子ＯＥ１とＯＥ１ｂ、ＯＥ１ｃとＯＥ１ｄ、およびＯＥ１ｅとＯＥ１ｆに形成することにより、光源５として共通の光ビームが得られる。この光ビームは、個々の発光素子ＬＥ１ａ，ＬＥ１ｂ，ＬＥ１ｅ，ＬＥ１ｄ，ＬＥ１ｅおよびＬＥ１ｆの光強度を加算したものであり、ビーム路全体にわたり波長λ１を有する。
【００３１】
図６は、レーザダイオードＬＥ４ａとＬＥ４ｂが赤色レーザビームの光だけを、レーザダイオードＬＥ５ａとＬＥ５ｂが緑色レーザビームの光だけを、そしてレーザダイオードＬＥ６ａとＬＥ６ｂが青色レーザビームの光だけを放射する実施例を示す。色制御に従い、光加算装置１での加算によってビーム束が形成される。このビーム束は、個々の発光素子の光強度を加算したものであるだけでなく、それらの色の加算により色印象にも作用する。このことは波長λ６、λ５およびλ４により象徴的に示されている。従って、赤、緑、および青の光成分の混合によってプロジェクタ適用に得に適する光源が形成される。
【００３２】
従って光源５は、平面広がりの少ない光源であり、その色調と色合いは白色光から他の各色まで任意に変化することができる。個々のレーザダイオードＬＥ４ａ，ＬＥ４ｂ，ＬＥ５ａ，ＬＥ５ｂ，ＬＥ６ａおよびＬＥ６ｂの強度を変化することにより、非常に広いカラースペクトルが得られる。このことはプロジェクタ技術領域での適用に非常に重要である。このようにして任意の色の光点ないし画像ピクセルを高い強度で形成することができる。
【００３３】
図７は、光加算装置１の実施例を示し、ここでは光学的素子ＯＥ１、ＯＥ２およびＯＥ３がいわゆるＸキューブに配置されている。前記の原理により、ここでも光学的素子ＯＥ１、ＯＥ２およびＯＥ３の表面は相応に反射性に構成されている。この実施例で選択された構成に基づき、反射面は個々の光学的素子ＯＥ１、ＯＥ２およびＯＥ３の間に配置されている。これらは所定の波長λ１またはλ３の光がこの反射面で反射されるように構成されている。図示の実施例では、光学的素子ＯＥ１と光学的素子ＯＥ２との間に境界面が形成されており、その表面は波長λ１の光がここで反射されるように構成されている。Ｘキューブの配置により、この反射面は４５°の角度でＸキューブの外表面に対して配置される。従って外面に対して垂直に入射し、光学的素子ＯＥ１へ当たる波長λ１の光ビームはこの境界面で反射され、Ｘキューブ構成体を９０°偏向されて去る。同じように光学的素子ＯＥ２とＯＥ３の境界面でこの表面は、光学的素子ＯＥ３に外から入射する波長λ３の光が反射されるように構成されている。ここで境界面は、光学的素子ＯＥ２に当たる波長λ２の光は境界面を妨げされずに透過できるように構成されている。このようにして、波長λ１，λ２およびλ３の個々の光ビームから一方向で形成される全体光ビームが得られ、これは光源５を形成する。この実施例はさらに、波長λ１，λ２およびλ３の光ビームはそれぞれ、このＸキューブに前置接続された光加算装置の結果としての４つの個別光ビームの象徴的代表であり、このＸキューブで再度相互に加算できることを示している。
【００３４】
このことは前記形式の光加算装置１を任意に組み合わせ、直列に配置できることを示している。従って個々のレーザダイオードにおけるバリエーションを組み合わせ、それらの光強度を加算できるだけでなく、多種多様の適用可能性と拡張可能性が得られる。光加算装置のカスケードが形成され、強度の強い光源を加算により形成することができる。
【００３５】
図８は、赤色光に対する波長λ４の光、緑色光に対する波長λ５の光、青色光に対する波長λ６の光がＸキューブで全体光ビームに加算してまとめられ、光源５を形成する実施例を示す。図８の実施例は、それ以外の点で図７の実施例の原理と同じである。
【００３６】
図９は、図８の実施例の改善形態による別の実施例を示す。この実施例では、Ｃキューブから出射した波長λ４，λ５およびλ６の光が光学レンズ３によって光ファイバ２に導入され、この光ファイバの長さに応じて任意の別の個所にさらに導かれる。従って光源５は光ファイバ２の端部に存在する。ここで光ファイバ２は、その側方の境界面では波長λ４，λ５およびλ６の光ビームが完全に反射され、これによりほぼ損失なしで波長λ４，λ５およびλ６の光ビームが光ファイバの端部で出射するように構成されている。この構成は内視鏡および顕微鏡の領域において、照明目的で白色光源を形成するために非常に重要である。ここでは点光源が接近の困難な個所で必要であり、点光源が同様に、輝度の高い赤色光源、緑色光源および青色光源を形成すべきである投影適用のために必要だからである。色調が可変である高輝度の光源を形成するためにもこの構成は重要である。なぜなら、個々の光源ないしは個々のレーザダイオードと光加算装置１の外寸が、離れた光源５の光点に対して何の影響も及ぼさないからである。
【００３７】
図１０の実施例は、波長λ４，λ５またはλ６の光ビーム、または他の任意の波長の光ビームが光ファイバによって光加算装置に供給可能である変形を示す。この変形実施例は、Ｘキューブの構成に限定されるものではなく、図１から９に示した他のすべての構成にも原理的に適用可能である。
【００３８】
図１１は、図５ですでに説明した構成を次のようにさらに改善するものである。すなわち、光加算装置１から出射した波長λ１の光ビームが変換装置４に当たり、この変換装置が入射した光の波長を変換するのである。例えば図示の実施例では、４４５ｎｍから４７０ｎｍのレーザビームを、ＣｅｒドープされたＹＡＧ変換器と関連して白色光源に組み合わせることができる。このＹＡＧ変換器は例えばガラスまたはプラスチックまたはケイ酸塩に被着されているか、またはこれに埋め込まれている。
【００３９】
短縮Ｃｅｒはセリウムに対するものであり、従ってセリウムのドープされた変換材料を表わす。また短縮ＹＡＧはイットリウム−アルミニウム−ガーネット結晶に対するものである。従ってＣｅｒドープされたＹＡＧ変換器は、セリウムがドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネット結晶変換器を意味する。
【００４０】
これとは択一的に、変換材料としてユーロピウムベースの材料を使用することができる。これにより例えば波長３７０ｎｍから４００ｎｍのレーザにより赤変換、緑変換または青変換が達成され、それらの結合により白色光源を形成することができる。
【００４１】
図１２は図１１の実施例を次のように改善したものである。すなわち、変換装置４で変換に起因して発生する熱を冷却装置６により放熱可能とした点で改善したものである。冷却装置６は、例えば水または他の冷媒が通流する冷却構成部材であるか、または例えば金属ケースのような高い熱伝導率を有する冷却素子である。さらなる点では、図１２の実施例は図１１にすでに示された実施例に相応している。
【００４２】
図１３の実施例は別の変形実施例を示す。この変形実施例では、変換装置４がいわゆるＸキューブのビーム出口に直接配置されており、そこでＸキューブを出射する光ビームの波長を変換する。
【００４３】
このようにして種々異なる適用に適した実施例を見つけることができ、平面広がりが非常に小さく、輝度が非常に高い光源をそれぞれ獲得することができる。
【００４４】
図１４の実施例は６つのレーザダイオードＬＥ１ａ〜ＬＥ１ｆを備える別の実施例を示す。これらのレーザビームは光加算装置１により加算され、光ファイバ２に供給される。光ファイバ２の端部には光学的素子ＯＥ７が配置されており、これは偏向プリズムである。光学的素子ＯＥ７のビーム出口には変換装置４によって光源５が形成されている。この光源は、レーザダイオードにより放射された光の波長との相互作用で変換物質に依存した、平面広がりが小さく、所定の色調を有する光源である。
【００４５】
前記実施例でレーザダイオードが発光素子として使用される場合であっても、本発明の技術思想はレーザダイオードだけに制限されるものではない。他の発光素子も適する。レーザダイオードの使用は、その輝度と平行な光放射の理由から特に適する。
【００４６】
例えば発光ダイオードによっても同様に平面広がりの小さい光源を形成することができる。しかしその輝度は非常に小さいか、または大きく制限される。約１ｍｍ×１ｍｍの放射面積を有することのできるチップに配置したＩｎＧａＮベースのＬＥＤにより、約０．１ｋＷ／ｃｍ２の光学的出力密度が達成される。光加算装置をカスケード構成することにより、多数のこの種の発光ダイオードによって高い輝度を達成することができる。  
発光ダイオードに対して択一的に、レーザベースの光源、例えばＩｎＧａＮベースのレーザにより、高い光学的出力を個々の発光素子で達成することができる。ＩｎＧａＮベースのレーザは１μｍから２０μｍ×０．３μｍの放射面積を有し、これは単純な発光ダイオードよりも格段に小さく、従って４０００ｋＷ／ｃｍ２までの光学的出力密度が達成される。光学的出力が上昇すると，レーザダイオード、とりわけレーザのファセットが損傷する危険性が増大する。光加算装置によって、複数のレーザダイオードの個々の光出力を、レーザダイオードのファセットが損傷する危険性なしで一つの光源にまとめることができ、その光出力は個々のレーザダイオードの光出力よりも格段に大きい。光加算装置をカスケード構成することは、形成可能な光源の輝度をさらに上昇させる。
【００４７】
なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これにはことに特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【００４８】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００７００９８２０．２号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、光学的装置の第１の実施例を示す。
【図１Ａ】図１Ａは、反射能力と放射波長との関係を示す線図である。
【図２】図２は、光学的装置の第２の実施例を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、反射能力と放射波長との関係を示す線図である。
【図３】光学的装置の実施例を示す。
【図４】光学的装置の実施例を示す。
【図５】光学的装置の実施例を示す。
【図６】光学的装置の実施例を示す。
【図７】光学的装置の実施例を示す。
【図８】光学的装置の実施例を示す。
【図９】光学的装置の実施例を示す。
【図１０】光学的装置の実施例を示す。
【図１１】光学的装置の実施例を示す。
【図１２】光学的装置の実施例を示す。
【図１３】光学的装置の実施例を示す。
【図１４】光学的装置の実施例を示す。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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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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