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Title:
OPTOELECTRONIC ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/161705
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an optoelectronic assembly (1) comprising at least two semiconductor laser components (10), which are designed to emit electromagnetic radiation, and an optical superpositioning element (20) with at least one radiation inlet surface (20A) and a radiation outlet surface (20B). Each semiconductor laser component (10) is paired with a respective optical element (30), and each semiconductor laser component (10) emits an inlet beam bundle (R1) or a plurality of spatially separated inlet beam bundles (R1). All of the inlet beam bundles (R1) of a semiconductor laser component (10) pass through the respective paired optical element (30), wherein a plurality of inlet beam bundles (R1) emitted by a semiconductor laser component (10) are fanned out relative to each other after passing through the optical element (30) such that the inlet beam bundles (R1) enter the optical superpositioning element (20) at different inlet angles (α). Inlet beam bundles (R1) from different semiconductor laser components (10) exit together at the radiation outlet surface (20B) of the optical superpositioning element (20) in a plurality of outlet beam bundles (R2).

Inventors:
BERNER NICOLE (DE)
SORG JÖRG ERICH (DE)
AUEN KARSTEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/086835
Publication Date:
August 04, 2022
Filing Date:
December 20, 2021
Export Citation:
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Assignee:
AMS OSRAM INT GMBH (DE)
International Classes:
G02B27/09; G02B19/00; G02B27/10; G02B27/48
Foreign References:
US20180131915A12018-05-10
JP2011102901A2011-05-26
US20070273794A12007-11-29
US20190219912A12019-07-18
DE102012203683A12013-09-12
US20020196414A12002-12-26
DE102021102254A2021-02-01
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
- 24 -

Patentansprüche

1. Optoelektronische Anordnung (1) mit

- zumindest zwei Halbleiterlaserbauelementen (10) , die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind, und

- einem optischen Überlagerungselement (20) mit zumindest einer Strahlungseintrittsfläche (20A) und einer Strahlungsaustrittsfläche (20B) , wobei

- jedem Halbleiterlaserbauelement (10) jeweils ein Optikelement (30) zugeordnet ist,

- jedes Halbleiterlaserbauelement (10) ein Eintrittsstrahlenbündel (RI) oder eine Mehrzahl von räumlich getrennten Eintrittsstrahlenbündeln (RI) emittiert,

- alle Eintrittsstrahlenbündel (RI) eines Halbleiterlaserbauelements (10) das jeweils zugeordnete Optikelement (30) passieren wobei mehrere von einem Halbleiterlaserbauelement (10) emittierte Eintrittsstrahlenbündel (RI) nach Durchlauf des Optikelements (30) derart gegeneinander aufgefächert sind, dass die

Eintrittsstrahlenbündel (RI) unter verschiedenen Eintrittswinkeln (a) in das optische Überlagerungselement (20) eintreten, und

- Eintrittsstrahlenbündel (RI) von unterschiedlichen Halbleiterlaserbauelementen (10) an der Strahlungsaustrittsfläche (20B) des optischen Überlagerungselements (20) in einer Mehrzahl von Austrittsstrahlenbündeln (R2) miteinander überlagert austreten .

2. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Optikelemente (30) ein Teil des optischen Überlagerungselements (20) sind.

3. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Optikelemente ( 30 ) einen Abstand (D) von dem optischen Überlagerungselement (20) aufweisen.

4. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Abstand (D) jedes Optikelements (30) derart eingestellt ist, dass die Eintrittsstrahlenbündel (RI) von unterschiedlichen Halbleiterlaserbauelementen (10) an der Strahlungsaustrittsfläche (20B) des optischen Überlagerungselements (20) in gemeinsamen Austrittsstrahlenbündeln (R2) miteinander überlagert austreten .

5. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedes Halbleiterlaserbauelement (10) eine Mehrzahl von Wellenleitern (101) umfasst, die jeweils ein Eintrittsstrahlenbündel (RI) emittieren.

6. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Wellenleiter (110) eines Halbleiterlaserbauelements (10) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

7. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unterschiedliche Eintrittsstrahlenbündel (RI) eines Halbleiterlaserbauelements (10) unterschiedliche Hauptwellenlängen aufweisen.

8. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich entsprechende Eintrittsstrahlenbündel (RI) unterschiedlicher Halbleiterlaserbauelemente (10) eine unterschiedliche Hauptwellenlänge aufweisen.

9. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sich die Hauptwellenlängen von Eintrittsstrahlenbündeln (RI) unterschiedlicher Halbleiterlaserbauelemente (10) um mindestens 10 nm, bevorzugt um mindestens 20 nm unterschieden.

10. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Differenzen der Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel (RI) je eines Halbleiterlaserbauelements (10) um mindestens 0,5 nm voneinander abweichen.

11. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Strahl eines Eintrittsstrahlenbündels

(RI) außerhalb einer optischen Achse (301) des Optikelements (30) auf das Optikelement (30) auftrifft.

12. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Optikelemente (30) mit dem gleichen Material gebildet sind und/oder gleiche geometrische Abmessungen aufweisen . 27

13. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Optikelemente (30) als Kollimationslinsen ausgebildet sind.

14. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterlaserbauelemente (10) gleich viele Eintrittsstrahlenbündel (RI) emittieren.

15. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Halbleiterlaserbauelement (10) einen gleichbleibenden Wellenleiterabstand (W) aufweist.

16. Optoelektronische Anordnung (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Wellenleiterabstände (W) aller Halbleiterlaserbauelemente (10) gleich groß sind.

Description:
Beschreibung

OPTOELEKTRONISCHE ANORDNUNG

Es wird eine optoelektronische Anordnung angegeben . Die optoelektronische Anordnung ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht , eingerichtet .

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine optoelektronische Anordnung anzugeben, die eine elektromagnetische Strahlung mit einer erhöhten spektralen Bandbreite emittiert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst die optoelektronische Anordnung zumindest zwei Halbleiterlaserbauelemente , die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind . Ein Halbleiterlaserbauelement ist insbesondere zur Emission von kohärenter oder teilkohärenter elektromagnetischer Strahlung vorgesehen . Ein Halbleiterlaserbauelement emittiert vorteilhaft elektromagnetische Strahlung mit einer kleinen spektralen Bandbreite , einer geringen Divergenz und einer hohen Strahlintensität .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst die optoelektronische Anordnung ein optisches Überlagerungselement mit zumindest einer Strahlungseintritts fläche und einer Strahlungsaustritts fläche . Die Strahlungseintritts fläche ist insbesondere dafür vorgesehen, elektromagnetische Strahlung in das optische Überlagerungselement einzukoppeln . Beispielsweise umfasst das optische Überlagerungselement eine Mehrzahl von Strahlungseintritts flächen auf unterschiedlichen Seiten des optischen Überlagerungselements . Die Strahlungseintritts fläche und/oder die Strahlungsaustritts fläche weisen insbesondere eine Antireflexionsschicht auf . Durch eine Antireflexionsschicht kann eine unerwünschte Reflexion von elektromagnetischer Strahlung an den Strahlungseintritts flächen und der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements vorteilhaft vermindert oder vermieden werden .

Das optische Überlagerungselement ist dazu eingerichtet , Strahlen, die über die Strahlungseintritts fläche in das optische Überlagerungselement eintreten, miteinander zu überlagern und aus der Strahlungsaustritts fläche austreten zu lassen . Das optische Überlagerungselement ist insbesondere mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet . Beispielsweise weist das optische Überlagerungselement eine Mehrzahl von Reflexions flächen auf , die dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung zu reflektieren und umzulenken . Bevorzugt weisen manche Reflexions flächen eine wellenlängenabhängige Ref lektivität auf . Insbesondere können die Reflexions flächen zumindest teilweise als dichroitische Spiegel ausgebildet sein . Reflexions flächen können weitergehend auch als X/ 4-Plättchen ausgebildet sein, um eine Polarisation einer auf tref f enden elektromagnetischen Strahlung zu verändern .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist j edem Halbleiterlaserbauelement j eweils ein Optikelement zugeordnet . Das Optikelement ist beispielsweise eine Linse . Das Optikelement ist insbesondere mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet . Beispielsweise dient das Optikelement dazu ein Strahlenbündel , das durch das Optikelement hindurchtritt , in seiner Ausbreitungsrichtung und/oder seiner Divergenz zu verändern . Weitergehend können mehrere Optikelemente in einer zusammenhängenden Optikstruktur ausgebildet sein . Die Verwendung einer zusammenhängenden Optikstruktur kann einen Justageaufwand vorteilhaft verringern, da die Optikelemente darin fest miteinander verbunden sind .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung emittiert j edes Halbleiterlaserbauelement ein Eintrittsstrahlenbündel oder eine Mehrzahl von räumlich getrennten Eintrittsstrahlenbündeln . Insbesondere emittiert ein Halbleiterlaserbauelement eine Mehrzahl von Eintrittsstrahlenbündeln und ein Halbleiterlaserbauelement emittiert ein Eintrittsstrahlenbündel . Die Eintrittsstrahlenbündel propagieren beispielsweise in einer Abstrahlrichtung . Bevorzugt sind die Eintrittsstrahlenbündel parallel zueinander ausgerichtet und treten beispielsweise senkrecht zu einer Strahlungsaustritts fläche des Halbleiterlaserbauelements aus dem Halbleiterlaserbauelement aus . Beispielsweise ist ein Eintrittsstrahlenbündel ein Gauß- Strahlenbündel .

Die Eintrittsstrahlenbündel tref fen auf die Strahlungseintritts fläche des optischen Überlagerungselements in einem Eintrittsabstand zueinander auf . Ein Eintrittsabstand ist eine kürzeste Entfernung zwischen zwei Eintrittsstrahlenbündeln auf der Strahlungseintritts fläche des optischen Überlagerungselements . Bevorzugt ist der Eintrittsabstand zwischen allen Eintrittsstrahlenbündeln eines Halbleiterlaserbauelements gleich groß .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung passieren alle Eintrittsstrahlenbündel eines Halbleiterlaserbauelements das j eweils zugeordnete Optikelement wobei mehrere von einem Halbleiterlaserbauelement emittierte Eintrittsstrahlenbündelnach Durchlauf des Optikelements derart gegeneinander aufgefächert sind, dass die Eintrittsstrahlenbündel unter verschiedenen Eintrittswinkeln in das optische Überlagerungselement eintreten . Vorzugsweise tri f ft dabei eines der Eintrittsstrahlenbündel senkrecht auf die Eintritts fläche des optischen Überlagerungselements .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung treten Eintrittsstrahlenbündel von unterschiedlichen Halbleiterlaserbauelementen an der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements in einer Mehrzahl von Austrittsstrahlenbündel miteinander überlagert aus . Die Austrittsstrahlenbündel weisen einen Austrittsabstand auf . Der Austrittsabstand entspricht einer kürzesten Entfernung von zwei Austrittsstrahlenbündel zueinander auf der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements . Bevorzugt weisen alle Austrittsstrahlenbündel den gleichen Austrittsabstand zueinander auf .

Mit anderen Worten, es erfolgt eine Überlagerung von Eintrittsstrahlenbündel von verschiedenen Halbleiterlaserbauelementen in j eweils einem gemeinsamen Punkt auf der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements . So wird eine Mehrzahl von Eintrittsstrahlenbündeln verschiedener Halbleiterlaserbauelemente in einem Austrittsstrahlenbündel abgebildet . Die in einem gemeinsamen Punkt überlagerten Austrittsstrahlenbündel verlassen das optische Überlagerungselement bevorzugt unter einem gemeinsamen Austrittswinkel . Verschiedene Austrittsstrahlenbündel treten beispielsweise an unterschiedlichen Austrittspunkten und unter unterschiedlichen Austrittswinkeln zueinander aus der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements aus . Bevorzugt sind die Austrittsstrahlenbündel gegeneinander auf gefächert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst die optoelektronische Anordnung

- zumindest zwei Halbleiterlaserbauelemente , die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sind, und

- ein optisches Überlagerungselement mit zumindest einer Strahlungseintritts fläche und einer Strahlungsaustritts fläche , wobei

- j edem Halbleiterlaserbauelement j eweils ein Optikelement zugeordnet ist ,

- j edes Halbleiterlaserbauelement ein Eintrittsstrahlenbündel oder eine Mehrzahl von räumlich getrennten Eintrittsstrahlenbündeln emittiert ,

- alle Eintrittsstrahlenbündel eines

Halbleiterlaserbauelements das j eweils zugeordnete Optikelement passieren, wobei mehrere von einem Halbleiterlaserbauelement emittierte Eintrittsstrahlenbündel nach Durchlauf des Optikelements derart gegeneinander aufgefächert sind, dass die Eintrittsstrahlenbündel unter verschiedenen Eintrittswinkeln in das optische Überlagerungselement eintreten, und

- Eintrittsstrahlenbündel von unterschiedlichen

Halbleiterlaserbauelementen an der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements in einer Mehrzahl von Austrittsstrahlenbündeln miteinander überlagert austreten . Einer hier beschriebenen optoelektronischen Anordnung liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde : Zur Herstellung einer kompakten optischen Anordnung zum Einsatz in einem tragbaren System eignen sich insbesondere Halbleiterlaserbauelemente . Mit Halbleiterlaserbauelementen kann eine elektromagnetische Strahlung mit einer besonders hohen Strahlintensität in einem geringen Raumwinkel erzeugt werden, so dass sie sich besonders für einen Einsatz in Anzeigeeinheiten oder Proj ektionsvorrichtungen eignen . Bei der Verwendung eines Laserbauelements in einem sichtbaren Wellenlängenbereich sind j edoch mitunter unerwünschte Interferenzef fekte , beispielsweise in Form von Speckeln, für einen Betrachter wahrnehmbar . Diese Interferenzef fekte führen zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung und störenden Mustern . Ferner ist eine Verwendung von di f fraktiven Optiken zusammen mit elektromagnetischer Strahlung mit einer großen Kohärenzlänge durch weitere unerwünschte Interferenzef fekte erschwert .

Die hier beschriebene optoelektronische Anordnung macht unter anderem von der Idee Gebrauch, elektromagnetische Strahlung von einer Mehrzahl von Halbleiterlaserbauelementen in einem optischen Überlagerungselement zu überlagern, um so eine elektromagnetische Strahlung mit einer erhöhten spektralen Bandbreite und folglich mit einer verminderten Kohärenzlänge zu erzeugen, die dennoch eine hinreichend gute Strahlqualität aufweist . Mithil fe von Optikelementen können parallel Strahlenbündel der Halbleiterlaserbauelemente vor dem Eintritt in das optische Überlagerungselement aufgefächert werden, um eine besonders einfache Überlagerung von Strahlenbündeln aus verschiedenen Halbleiterlaserbauelementen in einer Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements zu erreichen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung sind die Optikelemente ein Teil des optischen Überlagerungselements . Mit anderen Worten, die Optikelemente sind in dem optischen Überlagerungselement integriert . Die Optikelemente können mit dem gleichen Material gebildet sein wie das optische Überlagerungselement . So ist eine vereinfachte Herstellung der integrierten Optikelemente möglich . Ein Abstand der Optikelemente zu dem optischen Überlagerungselement ergibt sich durch die geometrischen Abmessungen des optischen Überlagerungselements . Ein derart ausgeführtes optisches Überlagerungselement weist eine besonders hohe mechanische Stabilität auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weisen die Optikelemente einen Abstand von dem optischen Überlagerungselement auf . Der Abstand ist die kürzeste direkte Verbindung zwischen einem Optikelement und dem optischen Überlagerungselement . Der Abstand zwischen dem Optikelement und dem optischen Überlagerungselement beeinflusst den Eintrittsabstand der Eintrittsstrahlenbündel eines Halbleiterlaserbauelements beim Auftref fen auf die Strahlungseintritts fläche des optischen Überlagerungselements . Ein größerer Abstand zwischen dem optischen Überlagerungselement und dem Optikelement vergrößert ebenso einen Eintrittsabstand der Eintrittsstrahlenbündel beim Auftref fen auf das optische Überlagerungselement .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung ist der Abstand j edes Optikelements derart eingestellt , dass die Eintrittsstrahlenbündel von unterschiedlichen Halbleiterlaserbauelementen an der

Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements in gemeinsamen Austrittsstrahlenbündel miteinander überlagert austreten . Jedes Austrittsstrahlenbündel umfasst zumindest ein Eintrittsstrahlenbündel von j edem Halbleiterlaserbauelement . Beispielsweise bildet so j edes Austrittsstrahlenbündel eine von weiteren Austrittsstrahlenbündeln unabhängige Weißlichtquelle .

Mittels einer Mehrzahl von Austrittsstrahlenbündeln erfolgt insbesondere eine Darstellung von mehreren Bildpunkten in einer Proj ektionsanwendung . In guter Näherung kann der Abstand der einzelnen Optikelemente derart gewählt werden, dass die optischen Weglängen der Eintrittsstrahlenbündel von allen Halbleiterlaserbauelementen zwischen ihrem Austritt aus dem Optikelement und der Strahlungsaustritts fläche des optischen Überlagerungselements gleich groß sind .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung umfasst j edes Halbleiterlaserbauelement eine Mehrzahl von Wellenleitern, die j eweils ein Eintrittsstrahlenbündel emittieren . Ein Wellenleiter ist dazu eingerichtet , eine elektromagnetische Strahlung geometrisch zu führen und beeinflusst durch seine Abmessungen ein Anschwingen von bestimmten elektromagnetischen Schwingungsmoden der Strahlung . Der Wellenleiter ist beispielsweise als ein Stegwellenleiter oder als ein Rippenwellenleiter des j eweiligen Halbleiterbauelements ausgeführt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung sind die Wellenleiter eines Halbleiterlaserbauelements unabhängig voneinander ansteuerbar . Durch die Möglichkeit der unabhängigen, separaten Ansteuerung der einzelnen Wellenleiter j edes Halbleiterlaserbauelements können gleichzeitig mehrere Bildpunkte über einen nachgeordneten, beweglichen Spiegel erzeugt werden, was eine Proj ektion mit einer besonders hohen Auflösung und Bildwiederholrate ermöglicht .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weisen unterschiedliche Eintrittsstrahlenbündel eines Halbleiterlaserbauelements unterschiedliche Hauptwellenlängen auf . Die Hauptwellenlänge eines Eintrittsstrahlenbündels ist die Wellenlänge , bei der die elektromagnetische Strahlung des Eintrittsstrahlenbündels ein globales Intensitätsmaximum aufweist .

Unterschiedliche Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel eines Halbleiterlaserbauelements bewirken eine vorteilhaft vergrößerte spektrale Bandbreite der elektromagnetischen Strahlung, die von einem Halbleiterlaserbauelement emittiert wird . Dadurch können unerwünschte optische Interferenzef fekte in der optoelektronischen Anordnung vermindert oder vermieden werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weisen sich entsprechende Eintrittsstrahlenbündel unterschiedlicher Halbleiterlaserbauelemente eine unterschiedliche Hauptwellenlänge auf . Mittels einer unterschiedlichen Hauptwellenlänge erfolgt eine spektrale Verbreiterung der elektromagnetischen Strahlung, die in den Austrittsstrahlenbündeln überlagert ist .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung unterscheiden sich die Hauptwellenlängen von Eintrittsstrahlenbündel unterschiedlicher Halbleiterlaserbauelemente um mindestens 10 nm, bevorzugt um mindestens 20 nm voneinander . Insbesondere emittieren unterschiedliche Halbleiterlaserbauelemente j eweils eine elektromagnetische Strahlung mit einer für den Menschen unterschiedlich wahrnehmbare Farbe . Beispielsweise emittiert ein Halbleiterlaserbauelement eine elektromagnetische Strahlung im roten Spektralbereich, ein weiteres Halbleiterlaserbauelement elektromagnetische Strahlung in einem grünen Spektralbereich und ein weiteres Halbleiterlaserbauelement elektromagnetische Strahlung in einem blauen Spektralbereich . Vorteilhaft kann so durch eine Mischung der elektromagnetischen Strahlungen der Halbleiterlaserbauelemente eine elektromagnetische Strahlung emittiert werden, die einen Farbort aufweist , der innerhalb eines Farbraums liegt , der von den einzelnen Farben der emittierten elektromagnetischen Strahlung auf gespannt ist .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weichen die Di f ferenzen der Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel j e eines Halbleiterlaserbauelements um mindestens 0 , 5 nm voneinander ab . Unterschiedliche Di f ferenzen der Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel eines Halbleiterlaserbauelements können unerwünschte Interferenzef fekte vorteilhaft vermindern oder vermeiden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung tri f ft zumindest ein Eintrittsstrahlenbündel außerhalb einer optischen Achse des Optikelements auf das Optikelement auf . Die optische Achse des Optikelements ist bevorzugt eine Symmetrieachse des Optikelements . Ein Strahlenbündel , das außerhalb der optischen Achse auf das Optikelement auftri f ft , erfährt eine Änderung seiner Ausbreitungsrichtung gegenüber einem auf der optischen Achse eintretenden Strahlenbündel . So entsteht vorteilhaft eine Auf fächerung der Eintrittsstrahlenbündel eines Halbleiterlaserbauelements .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung sind die Optikelemente mit dem gleichen Material gebildet und/oder weisen gleiche geometrische Abmessungen auf . Insbesondere weisen die Optikelemente die gleichen optischen Eigenschaften, bevorzugt den gleichen optischen Brechungsindex, auf . Insbesondere weisen die Optikelemente den gleichen optischen Brechungsindex für die j eweils durch sie hindurch tretenden Eintrittsstrahlenbündel auf . Mit anderen Worten, die Optikelemente weisen hinsichtlich der Abbildung der j eweils durch sie hindurch tretenden Eintrittsstrahlenbündel gleiche Abbildungseigenschaften auf . Der Brechungsindex der Optikelemente ist bevorzugt derart an die Hauptwellenlänge des j eweils durch sie hindurch tretenden Eintrittsstrahlenbündels angepasst , dass sich eine gleiche Brennweite für die Optikelemente ergibt .

Gleiche geometrische Abmessungen sind hier und im Folgenden als gleiche Abmessungen im Rahmen einer Herstellungstoleranz zu verstehen . Durch eine gleiche Ausgestaltung der Optikelemente kann eine besonders einfache Überlagerung der Eintrittsstrahlenbündel von verschiedenen Halbleiterlaserbauelementen in gemeinsamen Austrittsstrahlenbündeln erreicht werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung sind die Optikelemente als Kollimationslinsen ausgebildet . Insbesondere sind die Optikelemente als Kollimationslinsen für die Eintrittsstrahlenbündel ausgebildet . Beispielsweise vermindern die Optikelemente die Divergenz der Eintrittsstrahlenbündel in der Fast-Axis . Kollimierte Eintrittsstrahlenbündel können einfach und ef fi zient in ein weiteres optisches System weitergeleitet werden und weitere applikationsrelevante Optiken und Komponenten können vorteilhaft besonders klein ausgeführt sein . So kann eine Größe der optoelektronischen Anordnung weiter verringert werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung emittieren die Halbleiterlaserbauelemente j eweils gleich viele Eintrittsstrahlenbündel . Die Eintrittsstrahlenbündel der Halbleiterlaserbauelemente können in dem optischen Überlagerungselement derart miteinander überlagert werden, dass j edes Austrittsstrahlenbündel genau ein Eintrittsstrahlenbündel aus j edem Halbleiterlaserbauelement enthält .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung weist zumindest ein Halbleiterlaserbauelement einen gleichbleibenden Wellenleiterabstand auf . Gleichbleibend meint hier und im Folgenden im Rahmen einer Herstellungstoleranz gleich groß . Der Wellenleiterabstand ist eine kürzeste Entfernung zwischen zwei benachbarten Wellenleitern eines Halbleiterlaserbauelements . Der Wellenleiterabstand und folglich ein Abstand zwischen den Eintrittsstrahlenbündeln quer zu ihrer Abstrahlrichtung beeinflusst einen Ort , an denen die Eintrittsstrahlenbündel auf das zugeordnete Optikelement auftref fen . Dadurch ist auch ein Winkel der Auf fächerung durch das Optikelement bestimmt . Bevorzugt weist ein Halbleiterlaserbauelement einen gleich großen Wellenleiterabstand zwischen allen Wellenleitern auf . Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung sind die Wellenleiterabstände aller Halbleiterlaserbauelemente gleich groß . Gleich große Wellenleiterabstände bei allen Halbleiterlaserbauelementen ermöglichen eine besonders einfache Überlagerung der Eintrittsstrahlenbündel von verschiedenen Halbleiterlaserbauelementen in gemeinsamen Austrittsstrahlenbündeln . Zusammen mit einer Verwendung von gleich ausgebildeten Optikelementen ist so eine besonders einfache Justage der optischen Anordnung ermöglicht .

Eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung eignet sich insbesondere zum Einsatz in sogenannten " Smart Eyewear- Produkten" , mit denen Augmented Reality (AR) beziehungsweise Virtual Reality (VR) -Einheiten realisiert werden . Die hier beschriebene optoelektronische Anordnung ist auch in verschiedenen Proj ektionssystemen zur Anzeige von Bildinhalten, beispielsweise in einer Brille , nahe am Auge oder zur direkten Proj ektion eines Bildes in ein menschliches Auge verwendbar .

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Halbleiterlaserbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen .

Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel , Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,

Figur 3 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,

Figur 4 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel ,

Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel ,

Figur 6 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel , und

Figur 7 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel .

Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein . Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene optoelektronische Anordnung 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Die optoelektronische Anordnung 1 umfasst drei Halbleiterlaserbauelemente 10 , drei Optikelemente 30 und ein optisches Überlagerungselement 20 .

Jedes Halbleiterlaserbauelement 10 umfasst drei Wellenleiter 110 und ist zur Emission von drei Eintrittsstrahlenbündeln RI eingerichtet . Zur vereinfachten Darstellung sind in den Figuren 1 , 6 und 7 j eweils nur ein zentraler Strahl der Eintrittsstrahlenbündel RI sowie der Austrittsstrahlenbündel R2 dargestellt . Jeder dieser zentralen Strahlen stellt einen vollständigen Satz von Strahlen dar, die ein Laserstrahlenbündel mit einer gewissen Dimension und Divergenz bilden . Die Wellenleiter 101 j edes Halbleiterlaserbauelements 10 sind in einem Wellenleiterabstand W parallel zueinander angeordnet . Die Wellenleiterabstände W innerhalb der verschiedenen Halbleiterlaserbauelemente 10 sind gleich groß im Rahmen einer Herstellungstoleranz .

Die Halbleiterlaserbauelemente 10 sind parallel zueinander ausgerichtet . Die Eintrittsstrahlenbündel RI verlassen die Halbleiterlaserbauelemente 10 in einer Abstrahlrichtung Y . Ein Halbleiterlaserbauelement 10 ist zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im roten Spektralbereich eingerichtet , ein Halbleiterlaserbauelement 10 ist zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im grünen Spektralbereich eingerichtet und ein Halbleiterlaserbauelement 10 ist zur Emission von elektromagnetischer Strahlung im blauen Spektralbereich eingerichtet . Die Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel RI der Halbleiterlaserbauelemente 10 unterscheiden sich um mindestens ± 10 nm, bevorzugt um mindestens ±20 nm . Die Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel RI der Halbleiterlaserbauelemente 10 unterscheiden sich um 40 nm bis 400 nm .

Die Wellenleiter 110 innerhalb eines Halbleiterlaserbauelements 10 sind zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer j eweils unterschiedlichen Hauptwellenlänge eingerichtet . Die Di f ferenzen der Hauptwellenlängen der Eintrittsstrahlenbündel RI j e eines Halbleiterlaserbauelements 10 weichen um mindestens 0 , 5 nm voneinander ab .

Jedem Halbleiterlaserbauelement 10 ist j eweils ein Optikelement 30 zugeordnet . Die Optikelemente 30 sind den Halbleiterlaserbauelementen 10 in der Abstrahlrichtung nachgeordnet . Jedes Optikelement 30 weist eine optische Achse 301 auf , die j eweils eine Symmetrieachse eines Optikelements 30 ist . Die Optikelemente 30 sind Kollimationslinsen, um j eweils die Fast-Axis der Eintrittsstrahlenbündel RI zu kollimieren . Alle Optikelemente 30 sind mit dem gleichen Material gebildet und weisen den gleichen Brechungsindex auf . Ferner weisen alle Optikelemente 30 im Rahmen einer Herstellungstoleranz gleiche geometrische Abmessungen auf .

Das optische Überlagerungselement 20 ist mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet und umfasst eine Strahlungseintritts fläche 20A und eine Strahlungsaustritts fläche 20B . Das optische Überlagerungselement 20 weist eine Mehrzahl von Reflexions flächen 201 auf , die dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung zu reflektieren und umzulenken . Insbesondere weisen manche Reflexions flächen 201 eine stark wellenlängenabhängige Ref lektivität auf . Beispielsweise sind manche Reflexions flächen 201 mit dichroitischen Spiegeln gebildet .

Zumindest ein Eintrittsstrahlenbündel RI j edes Halbleiterlaserbauelements 10 tritt außerhalb der optischen Achse 301 des j eweils zugeordneten Optikelements 30 in das Optikelement 30 ein . Dadurch werden die Eintrittsstrahlenbündel RI nach dem Durchlaufen des Optikelements 30 zueinander auf gefächert . Die Eintrittsstrahlenbündel RI sind derart auf gefächert , dass sie unter verschiedenen Eintrittswinkeln a in das optische Überlagerungselement 20 eintreten . Beispielsweise tritt ein Eintrittsstrahlenbündel RI , das senkrecht zu einer Austritts fläche des Halbleiterlaserbauelements 10 und parallel zur Abstrahlrichtung Y des Halbleiterlaserbauelements 10 verläuft und das Optikelement 30 entlang seiner optischen Achse 301 durchlaufen hat , senkrecht zur Strahlungseintritts fläche 20A in das optische Überlagerungselement 20 ein . Ein weiteres Eintrittsstrahlenbündel RI des gleichen Halbleiterlaserbauelements 10 , das das Optikelement 30 außerhalb seiner optischen Achse 301 durchlaufen hat , tritt hingegen unter einem Eintrittswinkel a in das optische Überlagerungselement ein .

Die Optikelemente 30 sind j eweils in einem Abstand D von der Strahlungseintritts fläche 20A des optischen Überlagerungselements 20 angeordnet . Der Abstand D j edes Optikelements 30 von dem optischen Überlagerungselement 20 beeinflusst einen lateralen Eintrittsabstand E , den unterschiedliche Eintrittsstrahlenbündel RI beim Eintritt in das optische Überlagerungselement 20 auf der Strahlungseintritts fläche 20A zueinander aufweisen . Über den Abstand D der einzelnen Optikelemente 30 kann so eine möglichst exakte Überlagerung der Eintrittsstrahlenbündel RI aller Halbleiterlaserbauelemente 10 in j eweils einem Austrittsstrahlenbündel R2 erzielt werden .

In guter Näherung kann der Abstand D derart gewählt werden, dass eine optische Weglänge der Eintrittsstrahlenbündel RI aller Halbleiterlaserbauelemente 10 ab ihrem Austritt aus dem Optikelement 30 und der Strahlungsaustritts fläche 20B des optischen Überlagerungselements 20 gleich ist . Eine optische Weglänge setzt sich zusammen aus der geometrischen Weglänge und dem Brechungsindex der durchstrahlten Materialien entlang des geometrischen Weges . So kann vorteilhaft eine besonders einfache Überlagerung der Eintrittsstrahlenbündel RI von verschiedenen Halbleiterlaserbauelementen 10 in mehreren Austrittsstrahlenbündeln R2 erzielt werden .

Aus der Strahlungsaustritts fläche 20B des optischen Überlagerungselements 20 treten drei Austrittsstrahlenbündel R2 in einem Austrittsabstand A zueinander aus . In j edem Austrittsstrahlenbündel R2 ist ein Eintrittsstrahlenbündel RI von j edem der Halbleiterlaserbauelemente 10 abgebildet . Jedes Austrittsstrahlenbündel R2 tritt in einem unterschiedlichen Austrittspunkt und unter einem Austrittswinkel ß aus der Strahlungsaustritts fläche 20B aus . Aufgrund des geringen Austrittsabstandes A der Austrittsstrahlenbündel R2 zueinander und der auch nach Durchlaufen des optischen Überlagerungselements 30 noch vorhandenen Kollimation der Austrittsstrahlenbündel R2 können weitere nachgeordnete Optiken und Komponenten klein bleiben und eine Systemgröße vorteilhaft minimal gehalten werden . Ferner können durch die unterschiedlichen Austrittswinkel ß der Austrittsstrahlenbündel R2 und der Möglichkeit der separaten Ansteuerung der einzelnen Wellenleiter 110 j edes Halbleiterlaserbauelements 10 gleichzeitig mehrere Bildpunkte über einen nachgeordneten, beweglichen Spiegel erzeugt werden, was eine Proj ektion mit einer besonders hohen Auflösung und Bildwiederholrate ermöglicht .

Für einen angenommenen Divergenzwinkel aller Halbleiterlaserbauelemente von 11 , 25 ° in der fast-axis und einem Wellenleiterabstand von 70 pm ergibt sich ein Austrittsabstand von ebenfalls 70 pm .

In den Figuren 2 bis 5 sind zur vereinfachten Darstellung die Eintrittsstrahlenbündel RI sowie die Austrittsstrahlenbündel R2 j eweils als einzelne breitere Strahlen dargestellt . Jeder Strahl kann hierbei auch als eine Mehrzahl von Eintrittsstrahlenbündeln RI oder Austrittsstrahlenbündeln R2 aufgefasst werden . Im Wesentlichen entsprechen das zweite , dritte , vierte und fünfte Aus führungsbeispiel dem in der Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel .

Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zum ersten Aus führungsbeispiel weist das optische Überlagerungselement 20 zwei Strahlungseintritts flächen 20A auf . Ferner umfasst das optische Überlagerungselement 20 zwei Reflexions flächen 201 und kann so besonders einfach hergestellt werden . Ein Halbleiterlaserbauelement 10 ist quer zu zwei weiteren Halbleiterlaserbauelementen 10 ausgerichtet . Folglich ist auch die Abstrahlrichtung Y eines Halbleiterlaserbauelements 10 quer zu der Abstrahlrichtung von zwei weiteren Halbleiterlaserbauelementen 10 ausgerichtet .

Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zum ersten Aus führungsbeispiel weist das optische Überlagerungselement 20 drei Reflexions flächen 201 auf .

Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zum ersten Aus führungsbeispiel weist das optische Uberlagerungselement 20 drei Reflexions flächen 201 auf . Das in Figur 4 gezeigte optische Uberlagerungselement 20 ist besonders kompakt herstellbar .

Figur 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem fünften Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zum ersten Aus führungsbeispiel weist das optische Uberlagerungselement 20 zwei Strahlungseintritts flächen 20A auf . Ferner umfasst das optische Uberlagerungselement 20 drei Reflexions flächen 201 und kann so besonders einfach hergestellt werden . Ein Halbleiterlaserbauelement 10 ist schräg zu zwei weiteren Halbleiterlaserbauelementen 10 ausgerichtet . Folglich ist auch die Abstrahlrichtung Y eines Halbleiterlaserbauelements 10 schräg zu der Abstrahlrichtung von zwei weiteren Halbleiterlaserbauelementen 10 ausgerichtet .

Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem sechsten Aus führungsbeispiel . Im Wesentlichen entspricht das sechste Aus führungsbeispiel dem in Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zum ersten Aus führungsbeispiel weist das optische Überlagerungselement 20 drei Strahlungseintritts flächen 20A auf . Ferner umfasst das optische Überlagerungselement 20 zwei Reflexions flächen 201 und kann so besonders einfach hergestellt werden . Das optische Überlagerungselement 20 ist in der Form eines Würfels ausgebildet und dadurch besonders kompakt und stabil . Die Reflexions flächen 201 sind als X/ 4-Plättchen ausgeführt und verändern eine Polarisation einer auf tref f enden elektromagnetischen Strahlung .

Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine optoelektronische Anordnung 1 gemäß dem siebten Aus führungsbeispiel . Im Wesentlichen entspricht das siebte Aus führungsbeispiel dem in Figur 1 gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Das optische Überlagerungselement 20 umfasst mehrere Reflexions flächen 201 auf der Strahlungseintritts fläche 20A und auf der der Strahlungseintritts fläche 20A gegenüberliegenden Seite des optischen Überlagerungselements 20 .

Eine Überlagerung der Eintrittsstrahlenbündel RI der Halbleiterlaserbauelemente 10 in mehreren Austrittsstrahlenbündeln R2 mit unterschiedlichen Austrittswinkeln ß ist auch mit optischen Überlagerungselementen 20 möglich, die gemäß dem zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten oder siebten Aus führungsbeispiel gemäß den Figuren 2 bis 7 ausgebildet sind .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der

Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021102254.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste

1 optoelektronische Anordnung

10 Halbleiterlaserbauelement

20 optisches Überlagerungselement

201 Reflexions fläche

20A Strahlungseintritts fläche

20B Strahlungsaustritts fläche

30 Optikelement

301 optische Achse

101 Rippenwellenleiter

RI Eintrittsstrahlenbündel

R2 Austrittsstrahlenbündel

X laterale Richtung

Y Abstrahlrichtung

D Abstand

A Austrittsabstand

E Eintrittsabstand

W Wellenleiterabstand a Eintrittswinkel ß Austrittswinkel