激光二极管条照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的照明装置。另外，本发明涉及一种根据权利要求5前序部分所述的照明装置。本发明还涉及一种根据权利要求9前序部分所述的照明装置。
【背景技术】
[0002]“传播方向”指的是光的中间传播方向，尤其是当光不是平面波或至少部分会聚或发散时。除非另外明确说明，光束、子光束或束并非指几何光学器件的理想光束，而是指真实光束、如具有高斯分布的激光束，其不具有无限小的光束横截面、而是具有扩大的光束横截面。
[0003]激光二极管条作为激光源由现有技术已知并且包括多个沿第一方向、即所谓的慢轴方向(长轴)彼此隔开并列设置的半导体发射器。慢轴方向是半导体二极管的有源层延伸的方向，而所谓的快轴方向(短轴)则是与之垂直的方向。由激光二极管条的各个发射器发出的子光束在快轴方向上比在慢轴方向上具有大得多的发散。这导致子光束在短轴上比在长轴上更快地扩展。
[0004]在现有技术中，具有至少一个激光二极管条的、尤其是光纤耦合的照明装置构造为，使得激光二极管条的光束参数积借助例如在EP 1006 382 Al中公开的光束变换器件对称化。这种光束变换器件具有激光可穿过的、包括多个彼此平行设置的柱面透镜区段的光入射侧以及包括多个彼此平行设置的柱面透镜区段的光出射侧。光入射侧和光出射侧上的柱面透镜区段的轴线与光束变换器件的沿第一方向(X方向)延伸的基侧成45°角。在例如可由激光二极管条生成的、线状地射到光束变换器件上的激光束穿过光束变换器件时，各子光束共同经受90°的光束旋转。
[0005]出于几何结构原因，在从光束变换器件射出的各个子光束之间必须保持相对大的间距。这个必要的间距导致光束参数积在光束变换器件下游在长轴中相对于理论上可能的值显著变差，光束参数积是可描述光束质量并因此描述激光束的聚焦能力的物理参数。一种可能的用于改善光束参数积的方法例如在于，在光束变换器件下游设置扩束器件、尤其是具有多个望远镜器件的望远镜阵列。由此可至少在理论上减小各个子光束的发散。此夕卜，可增大各个光束宽度并且消除相邻子光束之间理论上不必要的空隙。但在实践应用中这种做法却基于激光二极管条发射器的所谓“微笑”变形而失败。该“微笑”变形的原因在于激光二极管条的与制造有关的弯曲，该弯曲导致子光束在光束变换器件下游不彼此平行地传播。在具有快轴准直器件和光束变换器件的照明装置的真实结构中，该“微笑”变形这样起作用:激光二极管条的一些发射器并未在光轴高度上辐照。用于每个发射器的光轴在此通过优选构造为柱面透镜装置的快轴准直器件的顶点来定义。激光二极管条的发射器的在“错误”高度中射到快轴准直器件上的子光束虽然被良好地准直，但该发射器的被准直的子光束的坡印亭却相对于其余位于“正确”高度中的发射器具有误差。该坡印亭误差可以下述方式估算:高度误差[μπι]/快轴准直器件的焦距[mm]=坡印亭误差[mrad]。
[0006]在子光束通过光束变换器件旋转后坡印亭误差也旋转。结果是激光二极管条的所有发射器的角度分布的包络线对应增大(扩展)。
【发明内容】
[0007]本发明所基于的任务在于提供一种照明装置，该照明装置能够有效补偿“微笑”变形，以便由此使光束参数积尽可能接近理论上可能的极限。
[0008]该任务通过具有权利要求1特征部分特征的照明装置来解决。该任务的一种替代解决方案提供一种具有权利要求5特征部分特征的照明装置。该任务的另一种替代解决方案提供一种具有权利要求9特征部分特征的照明装置。从属权利要求涉及本发明的有利扩展方案。
[0009]根据权利要求1，本发明的照明装置的特征在于，该照明装置包括棱镜阵列，该棱镜阵列沿光束传播方向设置在光束变换器件下游并且具有数量对应于发射器数量的棱镜器件，所述棱镜器件沿第一方向并列设置并且分别具有用于各子光束之一的光入射面和光出射面，具有高度偏移的子光束所穿过的棱镜器件的光入射面和/或光出射面构造为，使得能通过使这些子光束平行化来补偿坡印亭误差。换言之，这样构造棱镜阵列，使得能够沿光束传播方向在光束变换器件下游通过以适当方式成形的棱镜器件为每个发射器校正坡印亭误差。因此有效补偿了“微笑”变形，使得光束参数积能尽可能接近理论上可能的极限。
[0010]可通过下述方式特别有效地补偿“微笑”变形:具有高度偏移的子光束所穿过的棱镜器件的光出射面沿第一方向构造成楔形的。该棱镜器件的光入射面优选构造成平面的。
[0011]为了在借助棱镜阵列补偿“微笑”变形后填充被准直的子光束之间的空隙并且有效减小发散，在一种特别有利的实施方式中提出，沿光束传播方向在棱镜阵列下游设置至少一个扩束器件。在一种特别有利的实施方式中，所述扩束器件能够包括具有多个望远镜器件的望远镜阵列，所述望远镜器件沿第一方向并列设置。在此优选为每个发射器或者说为每个子光束配置正好一个望远镜器件。
[0012]根据权利要求5规定本发明任务的一种替代解决方案:具有高度偏移的子光束所穿过的望远镜器件的光入射面和/或光出射面构造为，使得能通过使这些子光束平行化来补偿坡印亭误差。与根据权利要求1所描述的解决方案相反，该照明装置包括用于扩展子光束和减小光束发散的望远镜阵列，在此一些望远镜器件特殊成形，以便补偿坡印亭误差。由此也有效补偿“微笑”变形，使得光束参数积尽可能接近理论上可能的极限。
[0013]在一种优选实施方式中可规定，具有高度偏移的子光束所穿过的望远镜器件的光入射面和/或光出射面关于配置给其的子光束的光轴构造成不对称的。
[0014]在一种优选实施方式中，具有高度偏移的子光束所穿过的望远镜器件也可相对于光轴具有侧向偏移。
[0015]在一种特别有利的实施方式中规定，所述望远镜器件的光入射面成形为凹形的，并且所述望远镜器件的光出射面成形为凸形的。由此可实现子光束的有效扩展。
[0016]根据权利要求9规定本发明任务的另一种替代解决方案:具有高度偏移的子光束所穿过的光入射侧和/或光出射侧上的柱面透镜区段构造为，使得能通过使这些子光束平行化来补偿坡印亭误差。由此也有效补偿“微笑”变形，使得光束参数积能够尽可能接近理论上可能的极限。与第一种和第二种方案不同，借助本发明第三种方案可实现的“微笑”补偿在两个轴中、即在慢轴方向和快轴方向上都起作用。然而，由此引入尚未准直的轴的坡印亭误差与该轴的发散相比非常小。在借助慢轴准直器件进行慢轴准直后，光束直径仅比以前稍大。
[0017]在一种优选实施方式中提出，具有高度偏移的子光束所穿过的望远镜器件的光入射面和/或光出射面关于配置给其的子光束的光轴构造成不对称的。
[0018]在一种替代实施方式中，光入射侧和/或光出射侧上的配置给具有高度偏移的子光束的柱面透镜区段成形为对称的并且相对于配置给其的子光束的光轴具有侧向偏移。
[0019]本发明的基本思想在于减小由至少一个激光二极管条的发射器发出的激光辐射的发散，该激光辐射例如可用于光纤耦合。根据本发明的照明装置能再次校正各个发射器的坡印亭误差，使得角度分布的包络线对应于发射器的角度分布。
[0020]在补偿“微笑”变形后，一个柱面透镜可在照明装置的所有在此提出的实施例中准直慢轴的发散。通过这种方式被准直和对称化的激光束可借助两个柱面透镜或一个构造成球面或非球面的透镜而耦合到光纤中。
【附图说明】
[0021]借助下述优选实施例说明并参考附图阐述本发明的其它特征和优点。附图如下:
[0022]图1为照明装置的极为简化的示意性侧视图，该照明装置根据本发明的第一种优选实施例构造；
[0023]图2为照明装置的极为简化的示意性侧视图，该照明装置根据本发明的第二种优选实施例构造；
[0024]图3为照明装置的极为简化的示意性侧视图，该照明装置根据本发明的第三种优选实施例构造。
【具体实施方式】
[0025]下面会参考图1详细说明照明装置I的第一种实施例。为了简化下述说明，在图1中加入笛卡尔坐标系，其中z方向是激光的传播方向。
[0026]照明装置I包括激光源，该激光源包括激光二极管条100。激光二极管条100具有多个沿第一方向(X方向)并列设置并且彼此间隔开的发射器101、102、103。由激光二极管条100的各个发射器101、102、103发出的激光束(下面称为子光束10、11、12)在对应于x方向的长轴中比在对应于y方向的第二短轴中具有明显更小的发散。通常，发散大的方向(短轴)称为“快轴方向”并且发散小的方向(长轴)称为“慢轴方向”。已知在上述类型的激光