WO2010079072A1 - Projection module - Google Patents

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WO2010079072A1
WO2010079072A1 PCT/EP2009/067366 EP2009067366W WO2010079072A1 WO 2010079072 A1 WO2010079072 A1 WO 2010079072A1 EP 2009067366 W EP2009067366 W EP 2009067366W WO 2010079072 A1 WO2010079072 A1 WO 2010079072A1
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WO
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projection module
laser
integrated circuit
semiconductor light
light source
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/067366
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jan Oliver Drumm
Benjamin Jobst
Christian Gammer
Claus Seibert
Jens Richter
Ulrich STEEGMÜLLER
Karsten Auen
Michael Kühnelt
Thomas Schwarz
Original Assignee
Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Filing date
Publication date
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    • G02B27/104Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with scanning systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • GPHYSICS
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    • H04N9/3191Testing thereof
    • H04N9/3194Testing thereof including sensor feedback

Definitions

  • the invention relates to a projection module, in particular a laser projection module, and a portable projection device which has at least one such projection module.
  • Semiconductor-based image projection systems are known, e.g. B. LED-based micro-lens actuators ("DLP"), LCD or LCoS ("Liquid Crystal on Silicon”) projectors, as well as scanning systems with laser light sources.
  • DLP micro-lens actuators
  • LCD liquid crystal on Silicon
  • LCoS Liquid Crystal on Silicon
  • the projection module has at least one semiconductor light source and at least one integrated circuit, which are arranged on a common substrate.
  • the at least one integrated circuit can be used in particular for the operation of the at least one semiconductor light source, for.
  • As a driver for example, for the modulation of beam intensity levels ("grayscale") or so-called. "Sequential Color”. Due to the close arrangement on the common substrate, a miniaturization of the projection device can be achieved, which is particularly advantageous in devices with a small installation space, for example in portable laser projection devices such as mobile phones, PDAs, music players, projectors, etc. a particular achievable miniaturization of the projection module with a height of less than 7 mm is a prerequisite for installation in (flat) mobile devices.
  • the compactness of the module also enables an improved thermal connection.
  • a much reduced susceptibility to shock and / or vibration results.
  • the electrical lines between the components need not be made mechanically strong. Due in part to the short distances between the components (in particular the lasers and the electronics or integrated circuit) and the comparatively high freedom of design in the wiring, such an arrangement is readily electrically connectable and suitable for high frequencies.
  • the short lengths of support capacitors can be advantageously placed, so that on the power supply lines of the laser acting disturbances (eg line impedances, RF coupling of noise, series resistances and capacitances, etc.) can be reduced and an improved rise time can be achieved.
  • the transfer parameters of the interfaces do not depend on the influences of the ambient conditions (eg temperature) and on the manufacturing tolerances of the lasers (production-related differences in output power and drive voltage). As a result, a large production bandwidth of laser components for the production of the modules can be used.
  • the interface parameters of the electronic interface may include, for example, an RGB gray-scale signal, a power supply, serial communication channels, as well as an H-sync signal and a V-sync signal.
  • the H-Sync signal can be used as a so-called "Power Down" signal (eg to switch off the laser drivers at the line edge).
  • V Sync can be used to start a calibration cycle (for example, to detect a laser threshold when the vertical axis returns in quasi-static drive or detect a current-to-maximum current setting), thus incorporating the electrical or electronic interface
  • the projection module can be combined with all projection mirrors or other imaging optics, without having to make any special adaptation to the special projection or imaging method, which in turn leads to the possibility of a high-volume signal Manufacturing and thus the advantage of lower module costs.
  • the external electronic interface can be understood as a hardware interface. Another possibility is a compensation of the above-mentioned effects in a software implementation, in which case the external electronic interface is a software interface that can be located in a video processing unit upstream of the projection module.
  • the optical interface for example, by specifying a distance of one or more focal points of the respective module outlet opening and the local
  • Beam diameter be defined over the full (1 / e 2 ) width. Possible values for this are a maximum beam diameter of 400 ⁇ m at a distance of more than 300 mm before a beam exit from the projection module.
  • photodiode feedback also allows monitoring of a limit on the allowable laser power and can thereby be used to monitor eye safety.
  • switching regulators for driving the laser diodes and / or supporting capacitors can be arranged on the substrate.
  • an impedance matching between an integrated circuit or a driver and at least one of the laser diodes can be implemented. This enables efficient drive pulses with improved rise times of the current pulse edges.
  • LUT Look-Up Tables
  • an adjustment of a color mixture and / or a stabilization of the white point can be implemented or be part of the module properties, which results in increased image quality.
  • the white point control can be done with the help of an optional optical filter.
  • the optical filter is advantageously arranged in the feedback beam path or test beam path of the red laser. By means of the filter, a change in the color locus of the red laser is compensated, so that the color location of the entire projection module remains substantially constant.
  • optical filters may be arranged in other feedback beam paths, e.g. B. in the blue feedback beam path or Probestrahlengang.
  • the semiconductor light source may include a laser, e.g. As a laser diode or an optically pumped semiconductor laser (OPSL, "optically pumped semiconductor laser”), have, or even a light emitting diode.
  • OPSL optically pumped semiconductor laser
  • the type of integrated circuit is basically not limited and may include, for example, a digital, an analog and / or a mixed digital and analog ("mixed signal") integrated circuit, for. B. ASIC, digital signal processor ("DSP”), FPGA ("field programmable gate array”) or microcontroller designed.
  • DSP digital signal processor
  • FPGA field programmable gate array
  • the type of substrate is basically not limited and may include, for example, solid or multi-layered body, z. B. also boards.
  • substrates which have a thermal conductivity ⁇ of more than 100 W / (m-K), eg. As metallic Voll Eisensubstrate of Cu, Al, Mg or alloys thereof or solid ceramic substrates of AlN, Al2O3, etc.
  • a multi-layer substrates come z.
  • a substrate made of AlN since this has a thermal conductivity of 180 W / (m-K) and does not conduct electricity. This achieves, among other things, a very good thermal connection with at the same time uncritical wiring of the components.
  • the substrate may advantageously be a post-processed body, in particular a ceramic body z. B. of AlN ceramic, since such a ceramic body can be produced comparatively inexpensive.
  • metal bodies can be refinished, in particular milled.
  • the substrate can be made for easy injection molding with or without post-processing, e.g. B. from thermally well-conducting plastic.
  • the at least one semiconductor light source may comprise at least two semiconductor light sources, wherein main beam directions of the light beams emitted by the semiconductor light sources are collinear. In the case of light sources, such as lasers, which emit sharply focused light, it can be said that the light rays are collinear.
  • the at least two semiconductor light sources may comprise all semiconductor light sources of the same type used by the laser projector, e.g. B. laser diodes. This results in a high integration factor with a simple structure.
  • the at least two semiconductor light sources can also comprise all the semiconductor light sources used by the laser projector, that is also of different types, eg. As laser diodes and optically pumped semiconductor laser. This results in an even higher integration factor with improved thermal coupling.
  • At least one red (i.e., a red color emitting light beam) laser diode and one blue (i.e., blue color emitting light beam) laser diode may be disposed on a common substrate.
  • a green (i.e., a green color emitting light beam) optically pumped semiconductor laser may be additionally disposed on the common substrate.
  • An additional arrangement of the green laser causes a further miniaturization of the entire laser projector and a further increase in the thermal and electrical connection. If green laser diodes become available, their use in conjunction with blue and red laser diodes will also be possible.
  • the light sources are not limited to the color combination RGB, but it may be mounted differently colored light sources on the substrate. Also, one or more light sources per color may be mounted on the substrate, e.g. B. as a combination RRGB, RGGB, RGBB, RGGBB, etc.
  • the main beam directions of the light beams emitted by the plurality of semiconductor light sources advantageously do not deviate from each other by more than 5 mrad, especially not more than 3 mrad. As a result, particularly simple optics for beam guidance can be used, and a particularly precise beam guidance can be achieved.
  • At least one optical element which is set up and arranged for the beam guidance of at least one of the light beams which can be emitted by the at least one semiconductor light source can be arranged on the substrate.
  • an optical element may be a lens, a refractive element, etc., and is not limited to any particular type of beam-influencing elements.
  • the at least one optical element can have at least one beam-shaping optical system, wherein advantageously each of the at least one semiconductor light source can be optically connected downstream of a beam-shaping optical system.
  • the beam-shaping optical system it is possible, in particular, to modify a light beam emerging from a semiconductor light source, e.g. In relation to a collimation property, a beam width or a beam direction.
  • the beam-shaping optics can be used in particular as a primary optic.
  • the integration of the beam shaping optics results in the additional advantage of a particularly increased long-term stability and shock compatibility of the system with simultaneous further miniaturization.
  • the at least one optical element may alternatively or additionally comprise at least one beam combination optics for combining the light beams emitted by a plurality of semiconductor light sources.
  • the beam combination optics is preferably designed as a prism structure.
  • the prism allows, among other things for each light beam or color channel transmission in mutually orthogonal directions.
  • At least one imaging element may be disposed on the substrate, e.g., one or more mirrors (scanning mirrors, DLP mirrors, etc.).
  • the imaging element can preferably be arranged on a beam path of a light beam combined from individual light beams.
  • the at least one integrated circuit can have at least one digital or mixed-signal integrated circuit and at least one analog integrated circuit, wherein the analog integrated circuit can be connected in front of a semiconductor light source for driving them and the digital or mixed integrated circuit of the analog integrated circuit can be connected upstream as a digital interface.
  • the digital circuit known low-cost, highly integrated manufacturing methods can be used, while less highly integrating production methods are used for the analog power stages, but which are optimized for driving the laser diodes. This optimization can be aimed, in particular, in the direction of a very fast rise time of the drive signal with simultaneously comparatively high driver currents.
  • the at least one integrated circuit can have at least one - in particular analog - integrated circuit for signal conditioning, which is in each case interposed between a digital or mixed integrated circuit and an analog integrated drive circuit. This further division will increase the flexibility in the application and improvement of the manufacturing achieved by separating function blocks with different requirements (performance, bandwidth, throughput).
  • the at least one integrated circuit can have at least one integrated circuit for image processing, which can be connected upstream of the digital or mixed integrated circuit, for example.
  • image processing By means of image processing, z.
  • an adaptation of the supplied image information eg a VGA signal
  • the projection method used for example a scan method
  • the lasers may each be preceded by a switching regulator, namely as a separate component or integrated in the integrated circuit, in particular in an analog power stage.
  • the switching regulator can be specifically set to the associated laser.
  • the measurement of the forward voltage of the corresponding laser diode when the maximum current is applied can take place in a so-called "end of line” test.
  • the measured quantity can be stored in a look-up table or look-up table of the projection module and used to set a suitable transformer voltage. This ensures improved efficiency.
  • Another possibility of setting the switching regulator can be carried out by a module-internal determination of a voltage drop of a suitable measured variable in the power path of the integrated circuit or electronics. For example, a voltage drop across a measuring resistor, a transistor or the laser diode itself may be used.
  • the portable laser projection device has at least one such projection module.
  • a particularly compact and reliable portable projection apparatus in particular laser projection apparatus, with the capability for image projection can be provided.
  • Portable laser projection devices For example, mobile phones, PDAs, music players (eg, "MP3 players"), dedicated projectors, etc. may be included.
  • FIG. 1 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a fourth embodiment
  • FIG. 5 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a fifth embodiment
  • FIG. 6 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a sixth embodiment
  • FIG. 7 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a seventh embodiment
  • FIG. 8 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to an eighth embodiment
  • FIG. 9 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a ninth embodiment
  • FIG. 10 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a tenth embodiment
  • FIG. 11 is a plan view showing a sketch of a beam combining prism of the laser projection module of the tenth embodiment
  • FIG. 12 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to an eleventh embodiment.
  • the laser projection module Ia has as a substrate 2 a block-shaped block of milled aluminum nitride ceramic, on the front side 3 of which a red laser diode 4, a blue laser diode 5 and an integrated circuit in the form of an ASIC 6 are applied.
  • the ASIC 6 can still be mounted on a printed circuit board (not shown).
  • the two laser diodes 4, 5 are arranged side by side and aligned both with their respective main beam direction in the x direction.
  • the associated beam paths 7 and 8, which indicate the main beam direction, are essentially collinear with each other with a linearity deviation of less than 3 mrad.
  • the two laser diodes 4, 5 are driven.
  • the ASIC 6 and the laser diodes 4, 5 are electrically connected to each other via bonding wires, not shown here.
  • a miniaturization of an associated laser projection device is achieved, which is advantageous in particular for use in devices with a small installation space, for example in portable laser projection devices such as mobile telephones, PDAs, music players, dedicated projectors, etc.
  • the electrical lines between the components 4, 5 and 6 need not be made mechanically resilient. Due in part to the short distances between the components 4, 5, 6 and the comparatively high design freedom in the wiring, such an arrangement is easily electrically connectable and suitable for high frequencies.
  • image signals (eg line-like VGA signals) are fed to the ASIC 6 for generating an image, which is pixel-like in particular, which converts these image signals into analog drive signals suitable for driving the laser diodes 4, 5.
  • a digital data processing stage for converting the pixel signals can be integrated in the ASIC, as well as an analog power stage for generating the analog driver signals.
  • the drive signals are fed to the laser diodes 4, 5 which generate corresponding light signals therefrom.
  • the laser projection module Ia shown can represent a part of a laser projection apparatus which has further elements other than the laser projection module Ia for generating an image, for example optics for beam guidance, a video processing unit, a housing, etc.
  • the laser projector may also separate one from the laser projection module Ia having arranged green laser to represent a full-color image in RGB space can. While red and blue laser diodes can be manufactured in substantially the same way, green laser diodes are not yet available; Therefore, instead of a green laser diode, a frequency-doubling green laser is used.
  • the red laser diode 4 and the blue laser diode 5 are constructed so that a laser diode (LD) chip 4a or 5a serves as the laser source, which is surrounded by a package ("package") 4b and 5b, respectively.
  • the light emitted by the respective laser diode chip 4a and 5a, respectively, can be transmitted through a front window 4c, 5c emerge from the package 4b, 5b.
  • LD laser diode
  • the packages 4b, 5b may have the following properties: they are solderable as Surface Mounted Devices (SMD); a thermal resistance of the package 4b, 5b is less than 25 K / W; the packages 4b, 5b are gas-tight and may advantageously be filled with a protective gas atmosphere (eg nitrogen or dry air); their dimensions may not exceed 6mm (width) x 4mm (height) x 4mm (depth); a distance from the window 4c, 5c to the laser chip 4a, 5a or to the respective laser facet is less than 0.25 mm; electrical contacts 4d, 5d are led out in isolation, so that the housing 4b, 5b is not at a potential; orthogonal to the electrical contacts 4d, 5d, a heat sink (o. Fig.) Is arranged; the laser diodes 4, 5 are held by means of a mechanical support mechanism (not shown).
  • SMD Surface Mounted Devices
  • a thermal resistance of the package 4b, 5b is less than 25 K / W
  • FIG 2 shows in plan view of the front side 3 of a laser projection module Ib the same components as in the laser proj edictionsvortechnisch Ia of FIG 1, now additionally a green frequency doubling laser (OPSL) 9 is mounted on the substrate 2.
  • the green OPS laser 9 is also operated via the ASIC 6.
  • the ASIC 6 is electrically connected to the lasers 4,5,9, via bonding wires 26; the associated contact surfaces have no reference numerals for the sake of clarity.
  • the beam path 10 of the green laser 9, which indicates the main emission direction, is also collinear with a collinearity deviation of less than 3 mrad to the two other beam paths 7, 8.
  • FIG. 3 shows a laser projection module Ic similar to the laser projection module Ib from FIG. 2, but now optical elements in the form of aspherical lenses 11 are additionally mounted on the front side 3 of the substrate 2.
  • Each of the lasers 4, 5, 9 is optically connected downstream of one of the lenses 11 for beam shaping of the light beam emitted by the laser 4, 5 and 9, respectively.
  • the lenses 11 are designed for miniaturization of the laser projection module Ic as micro-optics. An adjustment and fixation of the lenses 11 takes place on the common substrate 2. The integration of the lenses 11 results in the additional advantage of a particularly increased long-term stability and shock compatibility of the laser projector with simultaneous further miniaturization.
  • FIG. 4 shows a laser projection module Id similar to the laser projection module Ic from FIG. 3, in which the lenses 11 are optically followed by a common optical element 12 for the beam combination.
  • This secondary beam combination optics 12 serves to superimpose the light beams emerging from the lenses 11 in a directional and congruent manner and thereby to produce a single combined light beam whose position is indicated here by the beam path 13.
  • the beam combination optics 12 are configured as an optical element with multiple reflection surfaces 14a, 14b, 14c which are permeable on one side.
  • the first reflection surface 14a reflects the light beam emitted from the red laser diode 4, which has passed through the associated lens 11, by 90 ° in the (-y) direction.
  • the second reflection surface 14b also reflects the light beam emitted by the blue laser diode 4, which has passed through the associated lens 11, by 90 ° in the (-y) direction and at the same time allows the already reflected red light beam to pass through. Behind the second reflection surface 14b thus already runs a combined red-blue light beam, the following at the third reflection surface 14c by - 90 ° again is deflected in the x direction. At the same time, the light beam emitted by the green OPS laser 4 is transmitted through the third reflection surface 14 c so that a combined RGB light beam can be generated behind the third reflection surface 14 c.
  • FIG. 5 shows a laser projection module Ie similar to the laser projection module Id from FIG. 4, in which an imaging element 15 is additionally arranged on the substrate 2.
  • the imaging element 15 is optically connected downstream of the beam combination element 14 and thus directs the combined light beam 13 emitted by the beam combination element 14 onto an external image projection surface (not illustrated).
  • the imaging element 15 may be, for example, a two-dimensional MEMS scanner, a combination of sequential one-dimensional MEMS scanners, a DLP mirror, and so on.
  • the scanners are mounted accordingly movable.
  • the ASIC 6 can then also be used to control the imaging element 15. For example, in the ASIC 6, the corresponding drive data for the lasers 4, 5, 9 and the imaging element 15 can then be generated from the incoming digital pixel data.
  • a corresponding angular position of the imaging element 15 may be set in the ASIC 6 to generate a tricolor pixel on the image projection surface together with a corresponding temporal modulation of the respective laser 4, 5, 9.
  • the additional integration of an imaging element on the laser production module Ie an even greater miniaturization of the entire laser projector is achieved, as well as a further increase in long-term stability and shock tolerance.
  • this structure can be accommodated on the front side 3 of the substrate 2 in an area of only 35 mm ⁇ 20 mm, and this at a height (along a z-extension) of less than 10 mm.
  • FIG. 6 shows a further laser projection module If similar to the laser projection module Ie from FIG.
  • the ASIC 6 present in the laser projection unit is divided into a plurality of integrated components 16, 17 which fulfill the same functions as an ASIC 6, but more compactly and are cheaper to produce.
  • the functions of the ASIC 6 are now divided into a respective power stage 16 per laser 4, 5, 9 and a common digital interface 17.
  • the power stages 16 are implemented as analog integrated circuits
  • the digital interface 17 is implemented as a digital integrated circuit or "mixed signal" circuit.
  • known low-cost, highly integrated production methods can be used, while for the analog power stages 16, less highly integrating production methods are used, which are optimized for driving the laser diodes 4, 5, 9.
  • This optimization aims in particular in the direction of a very fast rise time of the drive or drive signal at the same time as comparatively high currents. For example, a rise time in the range of only 1 ns to 1.5 ns may be provided at a current in the range of 500 mA.
  • the digital interface 17 may, for example, have an SPI ("Serial Peripheral Interface") bus as well as a digital / analog converter as an interface to the power stages 16.
  • the power stages 16 are also set up for signal conditioning.
  • the laser projection module If further has a plug 18 connected to the digital interface 17 for its power supply and for data transmission of narrowband signals, eg. B. of temperature sensor signals of a substrate 2 arranged on the temperature sensor on. Furthermore, a plug 19 connected to the digital interface 17 for broadband image signal transmission, in particular video signal transmission, is applied to the substrate 2.
  • the laser projection module If can still further digital and / or in particular re analog functional units (such as delay stages, analog multiplexers, control elements, analog arithmetic functions and power drivers) have, however, are not shown.
  • the power stages 16 may have, among other things, a level adjustment with respect to voltage and / or current of the signals as well as a line termination for increasing the signal integrity for signal conditioning.
  • FIG. 7 shows a laser projection module Ig similar to the laser projection module If from FIG. 6, wherein a signal conditioning part 21 for level matching and line termination for each laser 4, 5, 9 is extracted from the digital interface 17 and shown as a separate circuit the substrate 2 is mounted.
  • the digital interface 20 also has the external interfaces which are connected via the plugs 18, 19, as well as the SPI.
  • the signal conditioning circuits 21 are executed individually for each color (R, G and B); In an alternative embodiment, however, a signal conditioning circuit for all colors or lasers 4, 5, 9 can also be provided. This further division makes it possible to increase the flexibility in the application and to improve the production yield by separating functional blocks of the ASIC with different requirements (performance, bandwidth, throughput).
  • FIG. 7 shows a laser projection module Ig similar to the laser projection module If from FIG. 6, wherein a signal conditioning part 21 for level matching and line termination for each laser 4, 5, 9 is extracted from the digital interface 17 and shown as a separate circuit the substrate 2 is mounted.
  • the digital interface 20 also has the external interfaces which are
  • FIG. 8 shows a further laser projection module Ih in which, in addition to the laser projection module Ig from FIG. 7, the digital interface 20 is preceded by a video pre-processing unit 22 attached to the substrate 2, which is functionally connected to two video memories 23. Alternatively, only one video memory 23 may be used, or more than two video memories 23 may be used.
  • the video pre-processing unit 22 an adaptation of the picture information (picture point signals) of the picture source, which may be line-and column-oriented, supplied via the plug 19 to the projection method used, for example a scanning method, is performed.
  • the video pre-processing unit can use image processing algorithms, wherein the image information can be temporarily stored in the video memory 23.
  • video pre-processing results in a reduction in the dimensions of the entire projection system, ie the laser projector.
  • a simple adaptation to different applications by a standardized interface to imaging systems personal computer, laptop, PDA, smartphone, etc. is possible.
  • FIG. 9 shows a further laser projection module Ii, which, in contrast to the embodiments described above, is designed for one color only (“single color laser module”) and accordingly also has only one laser 4, 5 or 9 mounted on the substrate.
  • a mechanical stop 24 is provided, against which the laser 4, 5 or 9 can be aligned to its mounting.
  • a conductor 25 is led from the laser 4, 5 or 9 around the stop 24 to an ASIC 6 also mounted on the substrate 2 on the electrically insulating front side 3 of the substrate 2 , The ASIC 6 is connected to the electrical conductor 25 via bonding wires 26.
  • the ASIC 6 with the laser 4, 5 or 9 connected via an electrical line which comprises a pair of bonding wires 26, which are guided by the ASIC 6 to a located on the mechanical stop 24 contact pad 27, wherein the electrical contact pad 27 with the laser 4, 5 or 9 via another pair of bonding wires 26 is electrically connected.
  • the ASIC 6 is connected to a plug 28 for voltage and signal supply.
  • the monochrome laser projection module Ii can in particular be configured in the variants already shown for the multicolor laser projection module Ia-Ih, ie, for example, by additional mounting of optics or driver chips on the substrate 2.
  • the lasers 4 and 5 can also be described as "bare die". be executed.
  • FIG. 10 shows a plan view of a sketch of a laser projection module Ij according to a tenth embodiment.
  • the ASIC 6 is shown here mounted on a printed circuit board 28.
  • the intensity of each of the individual light beams 7, 8, 10 is now checked continuously or at short intervals and, if necessary, regulated in order to keep the color of the combined beam path 13 in a narrow error band. Otherwise, a color of the combined beam path 13 z. B. depending on a temperature due to a different light intensity change of the individual light beams 7,8,10 move.
  • a test beam 30r, 30b and 30g is coupled in the beam combination prism 29 serving as beam combination optics from the individual light beams 7, 8, 10, as described in more detail with reference to FIG.
  • Each of the sample beams or color channels 30r, 30b, 30g passes through a respective focusing lens 31 and is imaged therefrom onto a respective photodetector in the form of a photodiode 32.
  • the photodiode 32 does not need to be in a focal plane of the focusing lens 31.
  • the focal length of the focusing lens 31 is dimensioned so that the surface of the photodiode 32 is illuminated to at least two-thirds with respect to those with a (1 / e 2 ) criterion determined width of the sample beam 3Or, 30b or 30g.
  • the photodiodes 32 are embedded in a vertical web projecting from the substrate (base plate) 2 of the laser projection module 11 (FIG. 1) in such a way that the front surface of the respective photodiode 32 is flush with the web.
  • the focusing lenses 31 of the photodiodes 32 are connected to spacers (not shown) and glued to the front surface of the photodiode 32 or the land.
  • the photodiodes 32 are connected to the printed circuit board 28 by means of flexible printed circuit boards ("FPCBs") (not shown).
  • the flexible circuit boards can z. B. soldered to the circuit board 28; Alternatively, the circuit board 28 is designed as a rigid flex circuit board.
  • the laser driver or ASIC 6 is mounted on the printed circuit board 28 (eg in a QFN housing, as so-called “bare die” or as “bare die” in flip-chip technology).
  • support capacitors may be mounted against voltage dips on the circuit board 28 for each channel. Also can be provided for each color channel switching regulator whose converted voltage is set by the driver ASIC 6.
  • a power transistor of the switching regulator is optionally housed in the driver ASIC 6 or designed as a separate component.
  • the green laser 10 may be electrically connected to the circuit board 28 via wire or pin bridges.
  • the red and blue laser diodes 4, 5 can be constructed in so-called TO56 or TO38 (i-cut) packages and likewise be connected to the printed circuit board 28 by means of flexible printed circuit boards.
  • An electrical contacting of the laser projection module Ij can take place, for example, via a flexible printed circuit board or contact pads on the printed circuit board 28.
  • the contact can, for example, have the following pin assignment.
  • the specified values of the transmission frequencies are to be understood as example values. From the above table, it can be seen that a higher number of pins must be provided at a transmission frequency of 260 MHz instead of 500 MHz.
  • the red filter may alternatively also be integrated in the beam combination prism 29, e.g. On an outer front surface 36r (see FIG. 11).
  • a sensor signal of the photodiodes 32 can then be fed back to the integrated circuit in the form of an ASIC 6 in order to adjust the light intensity of the individual beam paths or color channels 7, 8, 10 at a predetermined, e.g. B. pixel-dependent, setpoint.
  • FIG. 11 shows a plan view of a sketch of the beam combination prism 29 of the laser projection module Ij from FIG. 10.
  • the red, blue and green beams 7, 8 and 10 entering the beam combination prism 29 respectively strike a beam splitter 34r, 34b and 34g in the beam combination prism 29.
  • the respective input beam 7, 8, 10 is deflected 90 ° to the right into a projection light beam 35r, 35b or 35g with higher intensity, while a weaker test beam 30r, 30b or 30g is deflected forwards (in x Direction) to the focusing lens 31 of FIG. will be.
  • all three projection light beams 35r, 35b, 35g are collinearly output as the combined output light beam 13.
  • the surfaces of the laser projection module 29 may be constituted as follows:
  • the sample beam 30r then also hits the outer front surface 36r, which is designed antireflecting, z. B. is coated with an antireflection layer, and which leaves the sample beam 30r substantially unhindered.
  • the rear outer surface 37r is designed to be anti-reflective.
  • Ts (2 +/- 0.3) for the beam polarized portion of the blue input light beam 8.
  • the by far predominant part of the blue input light beam 8 is therefore reflected to the right at the beam splitter 34b, the remainder being transmitted as a blue test beam 30b.
  • the sample beam 30b then also hits the outer front surface 36b, which is designed antireflecting, z. B. coated with an antireflection layer, and which leaves the blue sample beam 30b substantially unhindered.
  • the blue beam splitter 34b is over 99% transmissive.
  • the red projection specimen beam 35r is reflected forward (in the x direction) and thus mixes with the blue specimen beam 30b within the laser projection module 29. If both color components (red and blue) were transferred to the photo-photograph taken for the blue test beam 30b If the diode is incident, the intensity or brightness measurement would be falsified by this so-called crosstalk.
  • the front outer surface 36b of the laser projection module 29 is designed to be highly reflective of the red light.
  • the back outer surface 37b is anti-reflective to light rays of all colors.
  • the by far predominant part of the green input light beam 8 is therefore reflected to the right at the beam splitter 34g, the remainder being let through as a green test beam 30g.
  • the test beam 30g then also hits the outer front surface 36g, which is designed antireflecting, z. B. coated with an antireflective layer, and which leaves the green test beam 30g substantially unhindered.
  • the green beam splitter 34g is over 99% transparent.
  • the red and blue projection probes 35r and 35b are reflected forward (in the x-direction) and thus mixed within the laser projection module 29 with the green probe beam 30g. If all of the color components (red, blue and green) were to be incident on the photodiode intended for the green test beam 30b, then the intensity or brightness measurement would also be falsified by this so-called crosstalk. In order to avoid this, the front outer surface 36g of the laser projection module 29 for the red and the blue light is designed to be highly reflective.
  • the green laser 9 which internally converts primary IR light to green light, also emits a fraction of IR light.
  • the green beam splitter 34g is over 99% transparent to IR light.
  • the rear outer surface 37g is antireflective for light rays of all colors. ben executed.
  • the back outer surface 37 is thus executed independent of color antireflective.
  • the laser projection module 29 may also be constructed differently;
  • the blue beam splitter 34b may have a transmittance for beam-polarized red light greater than 99.5%
  • the green beam splitter 34g may have a transmissivity for beam-polarized red and blue light greater than 99.5%.
  • FIG. 12 shows a plan view of a sketch of a laser projection module Ik according to an eleventh embodiment.
  • the red test beam 3Or and the blue test beam 30b run within the respective LD package 4b, 5b, where the respective photosensor 32 and - in the case of the red test beam 30r the filter 33 - are located.
  • the respective LED chip 4a, 4b also emits an edge emitter to the rear (opposite to the x direction).
  • the photodiodes 32 in the LD package 4b, 5b can be arranged rearwardly of the respective laser chip 4a, 5a without beam splitters, and likewise the filter 33 in the red test beam 30r.
  • the photodiodes 32 may be arranged in the laser package 4b, 5b close to the back facets of the laser chips 4a, 5a.
  • a beam deflection can be implemented in the package 4b, 5b.
  • the filter 33 may be configured as a transmission or reflection filter. With respect to the green light beam 10, between the green laser 9 and the collimating lens 11, there is a beam splitter 38 which obliquely reflects the weak green test beam 30g onto a photodiode 32g attached to an outside of the laser 9.
  • the photodiode 32g may alternatively be supported by a separate device.
  • the electrical contacting of the photodiode 32g is effected by means of a flexible printed circuit board ("FPCB") with the printed circuit board 28.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • a mechanical diaphragm can be installed in front of the photodiode 32g. This embodiment results in a particularly compact and easy to construct design.
  • the lasers of the embodiments described above may be designed so that the laser 4 red light with a
  • any other substrate may be used, for example another solid substrate or also a printed circuit board.
  • other ceramics such as AL2O3 may also be used as the base material of the substrate.
  • the invention is not limited to a ceramic solid substrate, but it is also possible, for example, to use ceramic layer bodies, such as LTCC ceramic layer bodies.
  • metals are usable as a substrate material, for example, copper, aluminum, etc., singly or in combination.
  • the invention is not limited to the use of lasers, but may also include other types of light sources, such as light-emitting diodes. Also, the invention is not limited to the use of laser diodes as laser sources, but also all other types of lasers can be used. In addition to an ASIC, any other type of integrated circuit may be used, such as a microprocessor, an FPGA, etc.
  • the features of the different embodiments can also be combined.
  • the laser projection modules of FIG 6 to FIG 10 and FIG 12 are configured without beam combination, z. B. similar to the laser projection module according to FIG 3.
  • the module emits three parallel light beams of different colors.
  • a beam direction of the radiation emitted by the red and the blue laser diode (s) may be perpendicular to the beam exit direction of the green laser. This results in a higher flexibility in customer design-in.
  • the integrated circuit as a single chip, in particular ASIC, or as -.
  • B. hybrid - be executed arrangement of multiple chips.
  • the red laser and the blue laser can be accommodated in a common package.
  • the photodiode of the green feedback channel or probe beam may be integrated into the green laser package.

Abstract

The invention relates to a projection module, comprising at least one semi-conductor light source and at least one integrated circuit, which are arranged on a common substrate. The portable projection device comprises at least one such projection module.

Description

Proj ektionsmodulProjection module
Die Erfindung betrifft ein Projektionsmodul, insbesondere ein Laserprojektionsmodul, und ein tragbares Projektionsgerät, welches mindestens ein solches Projektionsmodul aufweist.The invention relates to a projection module, in particular a laser projection module, and a portable projection device which has at least one such projection module.
Es sind halbleiterbasierte Bildprojektionssysteme bekannt, z. B. LED-basierte Mikrospiegelaktor ("Digital Light Processing"; DLP)-, LCD- oder LCoS ("Liquid Crystal on Silicon") - Projektoren, sowie scannende Systeme mit Laserlichtquellen. Den bekannten Projektionssystemen ist gemeinsam, dass sie aus vielen verschiedenen Einzelkomponenten zusammengebaut sind, die voneinander getrennt montiert sind.Semiconductor-based image projection systems are known, e.g. B. LED-based micro-lens actuators ("DLP"), LCD or LCoS ("Liquid Crystal on Silicon") projectors, as well as scanning systems with laser light sources. The known projection systems have in common that they are assembled from many different individual components, which are mounted separately from each other.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders kompakte und robuste Möglichkeit zur Bildprojektion bereitzustellen .It is the object of the present invention to provide a particularly compact and robust possibility for image projection.
Diese Aufgabe wird mittels eines Projektionsmoduls und eines tragbaren Laserprojektionsgeräts nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is achieved by means of a projection module and a portable laser projection apparatus according to the respective independent claim. Preferred embodiments are in particular the dependent claims.
Das Projektionsmodul weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle und mindestens eine integrierte Schaltung auf, welche auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Die mindestens eine integrierte Schaltung kann insbesondere zum Betrieb der mindestens einen Halbleiterlichtquelle dienen, z. B. als Treiber, beispielsweise zur Modulation von Strahlintensitätsstufen ("Graustufen") oder sog. "Sequential Colour". Durch die enge Anordnung auf dem gemeinsamen Substrat kann eine Miniaturisierung des Projektionsgeräts erreicht werden, was insbesondere bei Geräten mit geringem Bauraum vorteilhaft ist, zum Beispiel in tragbaren Laserprojektionsgeräten wie Mobiltelefonen, PDAs, Musikabspielgeräten, Beamern usw. Ins- besondere eine hiermit erreichbare Miniaturisierung des Projektionsmoduls mit einer Bauhöhe von weniger als 7 mm ist eine Vorraussetzung für den Einbau in (flache) mobile Endgeräte. Die Kompaktheit des Moduls ermöglicht ferner eine verbes- serte thermische Anbindung. Zudem ergibt sich im Gegensatz zu einer verteilten Anordnung aufgrund der Steifigkeit des Substrats eine weit verringerte Anfälligkeit gegenüber Schock und / oder Vibration. Auch brauchen die elektrischen Leitungen zwischen den Komponenten mechanisch nicht belastbar aus- gestaltet zu sein. Unter anderem aufgrund der kurzen Distanzen zwischen den Komponenten (insbesondere den Lasern und der Elektronik bzw. integrierten Schaltung) und der vergleichsweise hohen Designfreiheit in der Verdrahtung ist eine solche Anordnung gut elektrisch anbindbar und hochfrequenzgeeignet. Auch können durch die kurzen Längen Stützkondensatoren vorteilhaft platziert werden, so dass auf die Stromzuleitungen der Laser wirkende Störeinflüsse (z. B. Leitungsimpedanzen, HF-Einkopplung von Störsignalen, Serienwiderstände und Kapazitäten usw.) reduziert werden können und eine verbesserte Anstiegszeit erzielt werden kann.The projection module has at least one semiconductor light source and at least one integrated circuit, which are arranged on a common substrate. The at least one integrated circuit can be used in particular for the operation of the at least one semiconductor light source, for. As a driver, for example, for the modulation of beam intensity levels ("grayscale") or so-called. "Sequential Color". Due to the close arrangement on the common substrate, a miniaturization of the projection device can be achieved, which is particularly advantageous in devices with a small installation space, for example in portable laser projection devices such as mobile phones, PDAs, music players, projectors, etc. a particular achievable miniaturization of the projection module with a height of less than 7 mm is a prerequisite for installation in (flat) mobile devices. The compactness of the module also enables an improved thermal connection. In addition, in contrast to a distributed arrangement due to the rigidity of the substrate, a much reduced susceptibility to shock and / or vibration results. Also, the electrical lines between the components need not be made mechanically strong. Due in part to the short distances between the components (in particular the lasers and the electronics or integrated circuit) and the comparatively high freedom of design in the wiring, such an arrangement is readily electrically connectable and suitable for high frequencies. Also, the short lengths of support capacitors can be advantageously placed, so that on the power supply lines of the laser acting disturbances (eg line impedances, RF coupling of noise, series resistances and capacitances, etc.) can be reduced and an improved rise time can be achieved.
Es kann also eine höherwertig integrierte Komponente (hier: Projektionsmodul mit integrierter Schaltung, insbesondere integriertem Treiber, mit definierter externer elektronischer und optischer Schnittstelle) zur Verfügung gestellt werden. Dabei hängen die Übergabeparameter der Schnittstellen nicht von Einflüssen der Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur) und von Fertigungstoleranzen der Laser (fertigungsbedingte Unterschiede der Ausgangsleistung und Antriebsspannung) ab. Dadurch kann eine große Fertigungsbandbreite an Laser- Bauteilen zur Produktion der Module verwendet werden. Die Übergabeparameter der elektronischen Schnittstelle können beispielsweise ein RGB-Graustufen-Signal, eine Spannungsversorgung, serielle Kommunikationskanäle sowie ein H-Sync- Signal und ein V-Sync-Signal umfassen. Das H-Sync-Signal kann als sog. "Power Down"-Signal genutzt werden (z. B. zum Abschalten der Lasertreiber am Zeilenrand) . Das sog. "V- Sync"-Signal kann zum Start eines Kalibrationszyklus ' (z. B. zur Detektion einer Laserschwelle bei einem Rücksprung der vertikalen Achse bei quasi-statischem Antrieb oder Detektion einer Einstellung des zur Maximalleistung notwendigen Stromes) verwendet werden. Die elektrische oder elektronische Schnittstelle enthält somit keine optikspezifischen Signaleingänge oder Signalausgänge, woraus sich unter anderem der Vorteil ergibt, dass das Projektionsmodul mit allen Projektionsspiegeln oder anderen Abbildungsoptiken kombiniert werden kann, ohne eine spezielle Anpassung auf das spezielle Projektions- oder Abbildungsverfahren durchführen zu müssen. Dadurch ergibt sich wiederum die Möglichkeit einer hochvolumigen Fertigung und somit der Vorteil von niedrigeren Modul-Kosten .Thus, it is possible to provide a higher-value integrated component (here: projection module with integrated circuit, in particular integrated driver, with a defined external electronic and optical interface). The transfer parameters of the interfaces do not depend on the influences of the ambient conditions (eg temperature) and on the manufacturing tolerances of the lasers (production-related differences in output power and drive voltage). As a result, a large production bandwidth of laser components for the production of the modules can be used. The interface parameters of the electronic interface may include, for example, an RGB gray-scale signal, a power supply, serial communication channels, as well as an H-sync signal and a V-sync signal. The H-Sync signal can be used as a so-called "Power Down" signal (eg to switch off the laser drivers at the line edge). The so-called "V Sync "signal can be used to start a calibration cycle (for example, to detect a laser threshold when the vertical axis returns in quasi-static drive or detect a current-to-maximum current setting), thus incorporating the electrical or electronic interface No advantage is given to the fact that the projection module can be combined with all projection mirrors or other imaging optics, without having to make any special adaptation to the special projection or imaging method, which in turn leads to the possibility of a high-volume signal Manufacturing and thus the advantage of lower module costs.
Die externe elektronische Schnittstelle kann als Hardware- Schnittstelle aufgefasst werden. Eine andere Möglichkeit ist eine Kompensation oben genannter Effekte in einer Softwareimplementierung, wobei dann die externe elektronische Schnittstelle eine Software-Schnittstelle ist, die in einer dem Projektionsmodul vorgelagerten videoverarbeitenden Einheit angesiedelt sein kann.The external electronic interface can be understood as a hardware interface. Another possibility is a compensation of the above-mentioned effects in a software implementation, in which case the external electronic interface is a software interface that can be located in a video processing unit upstream of the projection module.
Die optische Schnittstelle kann beispielsweise durch die Angabe eines Abstandes eines oder mehrerer Fokuspunkte von der jeweiligen Modulaustrittsöffnung und dem dortigenThe optical interface, for example, by specifying a distance of one or more focal points of the respective module outlet opening and the local
Strahldurchmesser über die volle (1/e2) -Breite definiert sein. Mögliche Werte hierzu sind ein Strahldurchmesser von maximal 400 μm in einem Abstand von mehr als 300 mm vor einem Strahlaustritt aus dem Projektionsmodul.Beam diameter be defined over the full (1 / e 2 ) width. Possible values for this are a maximum beam diameter of 400 μm at a distance of more than 300 mm before a beam exit from the projection module.
Aufgrund des Vorliegens einer einfachen und universell einsetzbaren elektronischen und optischen Schnittstelle ist ein schnelles Systemdesign möglich.Due to the existence of a simple and universally applicable electronic and optical interface, a fast system design is possible.
Auf dem Substrat können auch Lichtsensoren wie Photodioden montiert sein, z. B. für eine Steuerung oder Regelung einer Strahlungsintensität der Laser mittels Rückkopplung der Sensormesswerte zur integrierten Schaltung bzw. Treiberelektronik ("Photodioden-Feedback") . Das Photodioden- Feedback ermöglicht auch eine Überwachung eines Grenzwerts der zulässigen Laserleistung und kann dadurch zum Überwachen der Augensicherheit verwendet werden.On the substrate and light sensors such as photodiodes may be mounted, for. B. for a control or regulation of a Radiation intensity of the laser by means of feedback of the sensor measured values to the integrated circuit or driver electronics ("photodiode feedback"). The photodiode feedback also allows monitoring of a limit on the allowable laser power and can thereby be used to monitor eye safety.
Auf dem Substrat können ferner Schaltregler zum Treiben der Laserdioden und / oder Stützkondensatoren angeordnet sein.Furthermore, switching regulators for driving the laser diodes and / or supporting capacitors can be arranged on the substrate.
Im Projektionsmodul kann eine Impedanzanpassung zwischen einer integrierten Schaltung bzw. einem Treiber und mindestens einem der Laserdioden implementiert sein. Dies ermöglicht effiziente Treiberpulse mit verbesserten Anstiegszeiten der Strompulsflanken.In the projection module, an impedance matching between an integrated circuit or a driver and at least one of the laser diodes can be implemented. This enables efficient drive pulses with improved rise times of the current pulse edges.
Das in der Modul-Elektronik enthaltene Austattungsmerkmal, auf Look-Up Tables (LUT) zuzugreifen, ermöglicht die Kompensation der Krümmung der Laserkennlinien. Alternativ können die LUTs auch im Software-Treiber hinterlegt sein.The feature included in the module electronics to access Look-Up Tables (LUT) allows compensation for the curvature of the laser characteristics. Alternatively, the LUTs can also be stored in the software driver.
Im Projektionsmodul können eine Einstellung einer Farbmischung und / oder eine Stabilisierung des Weißpunktes implementiert sein bzw. Teil der Modul-Eigenschaften sein, was in gesteigerter Bildqualität resultiert. Die Weißpunktregelung kann mit Hilfe eines optionalen optischen Filters erfolgen. Das optische Filter ist vorteilhafterweise im Rückkopplungs-Strahlengang oder Probestrahlengang des roten Lasers angeordnet. Mittels des Filters wird eine Änderung des Farborts des roten Lasers ausgeglichen, so dass auch der Farbort des gesamten Projektionsmoduls im Wesentlichen konstant bleibt. Alternativ können auch in anderen Rückkopplungs-Strahlengängen optische Filter angeordnet sein, z. B. im blauen Rückkopplungs-Strahlengang oder Probestrahlengang. Die Halbleiterlichtquelle kann einen Laser, z. B. eine Laserdiode oder einen optisch gepumpten Halbleiterlaser (OPSL; "optically pumped semiconductor laser") , aufweisen, oder auch eine Leuchtdiode.In the projection module, an adjustment of a color mixture and / or a stabilization of the white point can be implemented or be part of the module properties, which results in increased image quality. The white point control can be done with the help of an optional optical filter. The optical filter is advantageously arranged in the feedback beam path or test beam path of the red laser. By means of the filter, a change in the color locus of the red laser is compensated, so that the color location of the entire projection module remains substantially constant. Alternatively, optical filters may be arranged in other feedback beam paths, e.g. B. in the blue feedback beam path or Probestrahlengang. The semiconductor light source may include a laser, e.g. As a laser diode or an optically pumped semiconductor laser (OPSL, "optically pumped semiconductor laser"), have, or even a light emitting diode.
Die Art der integrierten Schaltung ist grundsätzlich nicht beschränkt und kann beispielsweise eine digitale, eine analoge und / oder eine gemischte digitale und analoge ("mixed signal") integrierte Schaltung umfassen, z. B. als ASIC, digitaler Signalprozessor ("DSP"), FPGA ("field programmable gate array") oder Microcontroller ausgestaltet.The type of integrated circuit is basically not limited and may include, for example, a digital, an analog and / or a mixed digital and analog ("mixed signal") integrated circuit, for. B. ASIC, digital signal processor ("DSP"), FPGA ("field programmable gate array") or microcontroller designed.
Die Art des Substrats ist grundsätzlich nicht beschränkt und kann beispielsweise Vollkörper oder mehrlagige Körper umfassen, z. B. auch Platinen. Es werden zur guten thermischen Anbindung Substrate bevorzugt, welche eine Wärmeleitfähigkeit λ von mehr als 100 W / (m-K) aufweisen, z. B. metallische Vollkörpersubstrate aus Cu, Al, Mg oder Legierungen davon oder keramische Vollkörpersubstrate aus AlN, AI2O3 usw. Als Mehrlagensubstrate kommen z. B. keramische LTCC-Körper in Frage. Besonders bevorzugt wird ein Substrat aus AlN, da dieses eine Wärmeleitfähigkeit von 180 W / (m-K) besitzt und elektrisch nicht leitet. Dadurch wird unter anderem eine sehr gute ther- mische Anbindung bei gleichzeitig unkritischer Verdrahtung der Komponenten erreicht.The type of substrate is basically not limited and may include, for example, solid or multi-layered body, z. B. also boards. For good thermal bonding, preference is given to substrates which have a thermal conductivity λ of more than 100 W / (m-K), eg. As metallic Vollkörpersubstrate of Cu, Al, Mg or alloys thereof or solid ceramic substrates of AlN, Al2O3, etc. As a multi-layer substrates come z. As ceramic LTCC body in question. Particularly preferred is a substrate made of AlN, since this has a thermal conductivity of 180 W / (m-K) and does not conduct electricity. This achieves, among other things, a very good thermal connection with at the same time uncritical wiring of the components.
Das Substrat kann vorteilhafterweise ein nachbearbeiteter Körper sein, insbesondere ein Keramikkörper z. B. aus AlN- Keramik, da sich ein solcher Keramikkörper vergleichsweise preiswert herstellen lässt. Jedoch können auch Metallkörper nachgearbeitet sein, insbesondere gefräst. Das Substrat kann zur einfachen Herstellung im Spritzguss mit oder ohne Nachbearbeitung hergestellt werden, z. B. aus thermisch gut leiten- dem Kunststoff. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann mindestens zwei Halbleiterlichtquellen umfassen, wobei Hauptstrahlrichtungen der von den Halbleiterlichtquellen emittierten Lichtstrahlen kollinear sind. Im Falle von Lichtquellen, wie La- sern, welche ein scharf gebündeltes Licht ausstrahlen, kann davon gesprochen werden, dass die Lichtstrahlen kollinear sind.The substrate may advantageously be a post-processed body, in particular a ceramic body z. B. of AlN ceramic, since such a ceramic body can be produced comparatively inexpensive. However, metal bodies can be refinished, in particular milled. The substrate can be made for easy injection molding with or without post-processing, e.g. B. from thermally well-conducting plastic. The at least one semiconductor light source may comprise at least two semiconductor light sources, wherein main beam directions of the light beams emitted by the semiconductor light sources are collinear. In the case of light sources, such as lasers, which emit sharply focused light, it can be said that the light rays are collinear.
Die mindestens zwei Halbleiterlichtquellen können alle vom Laserprojektor verwendeten Halbleiterlichtquellen gleicher Bauart umfassen, z. B. Laserdioden. Dies ergibt einen hohen Integrationsfaktor bei einfachem Aufbau. Die mindestens zwei Halbleiterlichtquellen können aber auch alle vom Laserprojektor verwendeten Halbleiterlichtquellen umfassen, also auch verschiedener Bauart, z. B. Laserdioden und optisch gepumpte Halbleiterlaser. Dies ergibt einen noch höheren Integrationsfaktor bei verbesserter thermischer Ankopplung.The at least two semiconductor light sources may comprise all semiconductor light sources of the same type used by the laser projector, e.g. B. laser diodes. This results in a high integration factor with a simple structure. However, the at least two semiconductor light sources can also comprise all the semiconductor light sources used by the laser projector, that is also of different types, eg. As laser diodes and optically pumped semiconductor laser. This results in an even higher integration factor with improved thermal coupling.
Es können beispielsweise mindestens eine rote (d. h., einen Lichtstrahl roter Farbe emittierende) Laserdiode und eine blaue (d. h., einen Lichtstrahl blauer Farbe emittierende) Laserdiode auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein. Es kann auch zusätzlich ein grüner (d. h., einen Lichtstrahl grüner Farbe emittierender) optisch gepumpter Halbleiterlaser auf dem gemeinsamen Substrat angeordnet sein. Eine zusätzliche Anordnung des grünen Lasers bewirkt eine weitere Miniaturisierung des gesamten Laserprojektors und eine weitere Steigerung der thermischen und elektrischen Anbindung. Sollten grüne Laserdioden verfügbar werden, wird deren Verwendung zu- sammen mit blauen und roten Laserdioden auch möglich sein.For example, at least one red (i.e., a red color emitting light beam) laser diode and one blue (i.e., blue color emitting light beam) laser diode may be disposed on a common substrate. In addition, a green (i.e., a green color emitting light beam) optically pumped semiconductor laser may be additionally disposed on the common substrate. An additional arrangement of the green laser causes a further miniaturization of the entire laser projector and a further increase in the thermal and electrical connection. If green laser diodes become available, their use in conjunction with blue and red laser diodes will also be possible.
Die Lichtquellen sind nicht auf die Farbkombination RGB beschränkt, sondern es können auch andersfarbige Lichtquellen auf dem Substrat montiert sein. Auch können ein oder mehrere Lichtquellen pro Farbe auf dem Substrat montiert sein, z. B. als Kombination RRGB, RGGB, RGBB, RGGBB usw. Die Hauptstrahlrichtungen der von den mehreren Halbleiterlichtquellen emittierten Lichtstrahlen weichen vorteilhafterweise nicht mehr als 5 mrad, speziell nicht mehr als 3 mrad, voneinander ab. Dadurch können besonders einfache Optiken zur Strahlführung verwendet werden, und es kann eine besonders präzise Strahlführung erreicht werden.The light sources are not limited to the color combination RGB, but it may be mounted differently colored light sources on the substrate. Also, one or more light sources per color may be mounted on the substrate, e.g. B. as a combination RRGB, RGGB, RGBB, RGGBB, etc. The main beam directions of the light beams emitted by the plurality of semiconductor light sources advantageously do not deviate from each other by more than 5 mrad, especially not more than 3 mrad. As a result, particularly simple optics for beam guidance can be used, and a particularly precise beam guidance can be achieved.
Auf dem Substrat kann ferner mindestens ein optisches Element angeordnet sein, das zur Strahlführung mindestens einer der Lichtstrahlen, die von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle emittierbar sind, eingerichtet und angeordnet ist. Dabei kann ein optisches Element eine Linse, ein Brechungselement usw. sein und ist nicht auf eine bestimmte Art strahlbeeinflussender Elemente beschränkt.Furthermore, at least one optical element which is set up and arranged for the beam guidance of at least one of the light beams which can be emitted by the at least one semiconductor light source can be arranged on the substrate. In this case, an optical element may be a lens, a refractive element, etc., and is not limited to any particular type of beam-influencing elements.
Das mindestens eine optische Element kann mindestens eine Strahlformungsoptik aufweisen, wobei vorteilhafterweise jeder der mindestens einen Halbleiterlichtquellen eine Strahlformungsoptik optisch nachgeschaltet sein kann. Mittels der Strahlformungsoptik kann insbesondere ein aus einer Halbleiterlichtquelle austretender Lichtstrahl verändert werden, z. B. in Bezug auf eine Kollimationseigenschaft, eine Strahlbreite oder eine Strahlrichtung. Die Strahlformungsoptik kann insbesondere als Primäroptik verwendet werden. Durch die In- tegration der Strahlformungsoptik (en) ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer besonders gesteigerten Langzeitstabilität und Schockverträglichkeit des Systems bei gleichzeitiger weiterer Miniaturisierung.The at least one optical element can have at least one beam-shaping optical system, wherein advantageously each of the at least one semiconductor light source can be optically connected downstream of a beam-shaping optical system. By means of the beam-shaping optical system, it is possible, in particular, to modify a light beam emerging from a semiconductor light source, e.g. In relation to a collimation property, a beam width or a beam direction. The beam-shaping optics can be used in particular as a primary optic. The integration of the beam shaping optics results in the additional advantage of a particularly increased long-term stability and shock compatibility of the system with simultaneous further miniaturization.
Das mindestens eine optische Element kann alternativ oder zusätzlich mindestens eine Strahlkombinationsoptik zur Zusammenführung der von mehreren Halbleiterlichtquellen emittierten Lichtstrahlen aufweisen. Dadurch kann das Modul besonders vorteilhaft im Rahmen bekannter bildgebender Verfahren ge- nutzt werden. Die Strahlkombinationsoptik ist vorzugsweise als Prismenstruktur ausgeführt. Insbesondere das Prisma ermöglicht unter anderem für jeden Lichtstrahl bzw. Farbkanal eine Transmission in zueinander orthogonalen Richtungen.The at least one optical element may alternatively or additionally comprise at least one beam combination optics for combining the light beams emitted by a plurality of semiconductor light sources. As a result, the module can be used particularly advantageously in the context of known imaging methods. The beam combination optics is preferably designed as a prism structure. In particular, the prism allows, among other things for each light beam or color channel transmission in mutually orthogonal directions.
Auf dem Substrat kann mindestens ein bildgebendes Element an- geordnet sein, z. B. ein oder mehrere Spiegel (Scanning- Spiegel, DLP-Spiegel usw.) . Durch dessen zusätzliche Integration wird eine weitere Miniaturisierung des gesamten Laserprojektors erreicht, als auch eine weitere Steigerung der Langzeitstabilität und Schockverträglichkeit. Das bildgebende Element kann vorzugsweise an einem Strahlengang eines aus einzelnen Lichtstrahlen kombinierten Lichtstrahls angeordnet sein .At least one imaging element may be disposed on the substrate, e.g. For example, one or more mirrors (scanning mirrors, DLP mirrors, etc.). Through its additional integration, a further miniaturization of the entire laser projector is achieved, as well as a further increase in long-term stability and shock tolerance. The imaging element can preferably be arranged on a beam path of a light beam combined from individual light beams.
Die mindestens eine integrierte Schaltung kann mindestens ei- ne digitale oder gemischte ("mixed signal") integrierte Schaltung und mindestens eine analoge integrierte Schaltung aufweisen, wobei die analoge integrierte Schaltung einer Halbleiterlichtquelle zu deren Ansteuerung vorgeschaltet sein kann und die digitale oder gemischte integrierte Schaltung der analogen integrierten Schaltung als digitale Schnittstelle vorgeschaltet sein kann. Dadurch können im Fall der digitalen Schaltung bekannte preisgünstige hochintegrierende Herstellungsverfahren verwendet werden, während für die analogen Leistungsstufen weniger hochintegrierende Herstellungsverfah- ren verwendet werden, welche aber auf eine Ansteuerung der Laserdioden hin optimiert sind. Diese Optimierung kann insbesondere in Richtung einer sehr schnellen Anstiegszeit des An- steuerungssignals bei gleichzeitig vergleichsweise hohen Treiberströmen zielen.The at least one integrated circuit can have at least one digital or mixed-signal integrated circuit and at least one analog integrated circuit, wherein the analog integrated circuit can be connected in front of a semiconductor light source for driving them and the digital or mixed integrated circuit of the analog integrated circuit can be connected upstream as a digital interface. As a result, in the case of the digital circuit, known low-cost, highly integrated manufacturing methods can be used, while less highly integrating production methods are used for the analog power stages, but which are optimized for driving the laser diodes. This optimization can be aimed, in particular, in the direction of a very fast rise time of the drive signal with simultaneously comparatively high driver currents.
Die mindestens eine integrierte Schaltung kann mindestens eine - insbesondere analoge - integrierte Schaltung zur Signal- konditionierung aufweisen, die jeweils einer digitalen oder gemischten integrierten Schaltung und einer analogen integ- rierten Ansteuerungsschaltung zwischengeschaltet ist. Durch diese weitere Aufteilung wird eine Steigerung der Flexibilität bei der Applikation und Verbesserung der Herstellungsaus- beute durch Trennung von Funktionsblöcken mit unterschiedlichen Anforderungen (Leistung, Bandbreite, Durchsatz) erreicht .The at least one integrated circuit can have at least one - in particular analog - integrated circuit for signal conditioning, which is in each case interposed between a digital or mixed integrated circuit and an analog integrated drive circuit. This further division will increase the flexibility in the application and improvement of the manufacturing achieved by separating function blocks with different requirements (performance, bandwidth, throughput).
Die mindestens eine integrierte Schaltung kann mindestens eine integrierte Schaltung zur Bildverarbeitung aufweisen, welche beispielsweise der digitalen oder gemischten integrierten Schaltung vorgeschaltet sein kann. Mittels der Bildverarbeitung, z. B. in Form einer Videovorverarbeitungseinheit, kann eine Anpassung der gelieferten Bildinformation (z. B. ein VGA-Signal) an das verwendete Projektionsverfahren, zum Beispiel ein Scan-Verfahren, durchgeführt werden.The at least one integrated circuit can have at least one integrated circuit for image processing, which can be connected upstream of the digital or mixed integrated circuit, for example. By means of image processing, z. In the form of a video pre-processing unit, an adaptation of the supplied image information (eg a VGA signal) to the projection method used, for example a scan method, can be carried out.
Den Lasern kann jeweils ein Schaltregler vorgeschaltet sein, und zwar als separates Bauteil oder in die integrierte Schaltung integriert, insbesondere in eine analoge Leistungsstufe. Der Schaltregler kann auf den zugehörigen Laser spezifisch einstellbar sein. Die Messung der Vorwärtsspannung der entsprechenden Laserdiode bei angelegtem Maximalstrom kann ei- nerseits bei einem so genannten "End of Line"-Test erfolgen. Die Messgröße kann in einer Nachschlagetabelle oder Lookup- Tabelle des Projektionsmoduls abgelegt und zur Einstellung einer geeigneten Wandlerspannung verwendet werden. Dies sorgt für einen verbesserten Wirkungsgrad. Eine andere Möglichkeit einer Einstellung des Schaltreglers kann durch eine modulinterne Bestimmung eines Spannungsabfalls einer geeigneten Messgröße im Leistungspfad der integrierten Schaltung oder Elektronik erfolgen. So mag beispielsweise ein Spannungsabfall über einen Messwiderstand, einen Transistor oder die La- serdiode selbst verwendet werden.The lasers may each be preceded by a switching regulator, namely as a separate component or integrated in the integrated circuit, in particular in an analog power stage. The switching regulator can be specifically set to the associated laser. On the one hand, the measurement of the forward voltage of the corresponding laser diode when the maximum current is applied can take place in a so-called "end of line" test. The measured quantity can be stored in a look-up table or look-up table of the projection module and used to set a suitable transformer voltage. This ensures improved efficiency. Another possibility of setting the switching regulator can be carried out by a module-internal determination of a voltage drop of a suitable measured variable in the power path of the integrated circuit or electronics. For example, a voltage drop across a measuring resistor, a transistor or the laser diode itself may be used.
Das tragbare Laserprojektionsgerät weist mindestens ein solches Projektionsmodul auf. Dadurch kann ein besonders kompaktes und zuverlässiges tragbares Projektionsgerät, insbesonde- re Laserprojektionsgerät, mit der Fähigkeit zur Bildprojektion bereitgestellt werden. Tragbare Laserprojektionsgeräte können beispielsweise Mobiltelefone, PDAs, Musikabspielgeräte (z. B. "MP3-Player") , dedizierte Beamer usw. umfassen.The portable laser projection device has at least one such projection module. Thereby, a particularly compact and reliable portable projection apparatus, in particular laser projection apparatus, with the capability for image projection can be provided. Portable laser projection devices For example, mobile phones, PDAs, music players (eg, "MP3 players"), dedicated projectors, etc. may be included.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Aus- führungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.In the following figures, the invention will be described schematically with reference to exemplary embodiments. It can be provided with the same reference numerals for better clarity identical or equivalent elements.
FIG 1 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojekti- onsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform;FIG. 1 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a first embodiment; FIG.
FIG 2 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform;2 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a second embodiment;
FIG 3 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform;3 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a third embodiment;
FIG 4 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer vierten Ausführungsform;4 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a fourth embodiment;
FIG 5 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer fünften Ausführungsform;5 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a fifth embodiment;
FIG 6 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojekti- onsmoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform;6 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a sixth embodiment;
FIG 7 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer siebten Ausführungsform;7 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a seventh embodiment;
FIG 8 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer achten Ausführungsform;8 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to an eighth embodiment;
FIG 9 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer neunten Ausführungsform;9 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a ninth embodiment;
FIG 10 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer zehnten Ausführungsform; FIG 11 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Strahlkombinationsprismas des Laserprojektionsmoduls der zehnten Ausführungsform; und10 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to a tenth embodiment; FIG. 11 is a plan view showing a sketch of a beam combining prism of the laser projection module of the tenth embodiment; and
FIG 12 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls gemäß einer elften Ausführungsform.12 shows a plan view of a sketch of a laser projection module according to an eleventh embodiment.
FIG 1 zeigt in Draufsicht ein Laserprojektionsmodul Ia zum Einbau in einen kompakten Laserprojektor. Das Laserprojektionsmodul Ia weist als Substrat 2 einen quaderförmigen Block aus gefräster Aluminiumnitridkeramik auf, auf dessen Vorderseite 3 eine rote Laserdiode 4, eine blaue Laserdiode 5 und eine integrierte Schaltung in Form eines ASICs 6 aufgebracht sind. Der ASIC 6 kann dabei noch auf einer Leiterplatte (o. Abb.) montiert sein. Die beiden Laserdioden 4, 5 sind nebeneinander angeordnet und beide mit ihrer jeweiligen Hauptstrahlrichtung in x-Richtung ausgerichtet. Die zugehörigen Strahlengänge 7 und 8, welche die Hauptstrahlrichtung anzei- gen, sind im Wesentlichen kollinear zueinander mit einer KoI- linearitätsabweichung von weniger als 3 mrad. Mittels des ASICs 6 werden die beiden Laserdioden 4, 5 angesteuert. Der ASIC 6 und die Laserdioden 4, 5 sind dazu über hier nicht gezeigte Bonddrähte miteinander elektrisch verbunden. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitridkeramik von ca. 180 W /(m-K) wird eine sehr gute thermische Wärmeableitung der Komponenten 4, 5, 6 erreicht, zum Beispiel an einen rückseitig angebrachten Kühlkörper (o. Abb.) oder ein Gehäuse des Laserprojektors (o. Abb.) . Ferner wird durch diese enge Anordnung auf dem gemeinsamen Substrat 2 eine Miniaturisierung eines zugehörigen Laserprojektionsgeräts erreicht, was insbesondere zur Verwendung in Geräten mit geringem Bauraum vorteilhaft ist, zum Beispiel in tragbaren Laserprojektionsgeräten wie Mobiltelefonen, PDAs, Musikabspielgeräten, dedi- zierten Beamern usw. Zudem ergibt sich im Gegensatz zu einer verteilten Anordnung aufgrund der Steifigkeit des Substrats eine weit verringerte Anfälligkeit gegenüber Schock und/oder Vibration. Zudem brauchen die elektrischen Leitungen zwischen den Komponenten 4, 5 und 6 mechanisch nicht belastbar ausgestaltet zu sein. Unter anderem aufgrund der kurzen Distanzen zwischen den Komponenten 4, 5, 6 und der vergleichsweise ho- hen Designfreiheit in der Verdrahtung ist eine solche Anordnung gut elektrisch anbindbar und hochfrequenzgeeignet.1 shows a plan view of a laser projection module Ia for installation in a compact laser projector. The laser projection module Ia has as a substrate 2 a block-shaped block of milled aluminum nitride ceramic, on the front side 3 of which a red laser diode 4, a blue laser diode 5 and an integrated circuit in the form of an ASIC 6 are applied. The ASIC 6 can still be mounted on a printed circuit board (not shown). The two laser diodes 4, 5 are arranged side by side and aligned both with their respective main beam direction in the x direction. The associated beam paths 7 and 8, which indicate the main beam direction, are essentially collinear with each other with a linearity deviation of less than 3 mrad. By means of the ASIC 6, the two laser diodes 4, 5 are driven. The ASIC 6 and the laser diodes 4, 5 are electrically connected to each other via bonding wires, not shown here. Due to the high thermal conductivity of aluminum nitride ceramic of about 180 W / (mK) a very good thermal heat dissipation of the components 4, 5, 6 is achieved, for example, to a rear-mounted heat sink (not shown) or a housing of the laser projector (o Fig.). Furthermore, due to this close arrangement on the common substrate 2, a miniaturization of an associated laser projection device is achieved, which is advantageous in particular for use in devices with a small installation space, for example in portable laser projection devices such as mobile telephones, PDAs, music players, dedicated projectors, etc. In contrast to a distributed arrangement due to the rigidity of the substrate, a much reduced susceptibility to shock and / or Vibration. In addition, the electrical lines between the components 4, 5 and 6 need not be made mechanically resilient. Due in part to the short distances between the components 4, 5, 6 and the comparatively high design freedom in the wiring, such an arrangement is easily electrically connectable and suitable for high frequencies.
Beim Betrieb des Laserprojektionsmoduls werden zur Erzeugung eines insbesondere pixelartig aufgebauten Bilds entsprechende Bildsignale (z. B. zeilenartig aufgebaute VGA-Signale) zum ASIC 6 geführt, welcher diese Bildsignale in zur Ansteuerung der Laserdioden 4, 5 geeignete analoge Ansteuerungssignale umsetzt. Dazu kann in den ASIC eine digitale Datenverarbeitungsstufe zur Umsetzung der Bildpunktsignale integriert sein, als auch eine analoge Leistungsstufe zur Erzeugung der analogen Treibersignale. Die Treibersignale werden in die Laserdioden 4, 5 eingespeist, welche daraus entsprechende Lichtsignale erzeugen.During operation of the laser projection module, image signals (eg line-like VGA signals) are fed to the ASIC 6 for generating an image, which is pixel-like in particular, which converts these image signals into analog drive signals suitable for driving the laser diodes 4, 5. For this purpose, a digital data processing stage for converting the pixel signals can be integrated in the ASIC, as well as an analog power stage for generating the analog driver signals. The drive signals are fed to the laser diodes 4, 5 which generate corresponding light signals therefrom.
Das gezeigte Laserprojektionsmodul Ia kann einen Teil eines Laserprojektionsgeräts darstellen, welches zur Erzeugung eines Bilds noch weitere Elemente außer dem Laserprojektionsmodul Ia aufweist, zum Beispiel Optiken zur Strahlführung, eine Video-Verarbeitungseinheit, ein Gehäuse usw. Dabei mag der Laserprojektor auch einen vom Laserprojektionsmodul Ia getrennt angeordneten grünen Laser aufweisen, um ein Vollfarbbild im RGB-Raum darstellen zu können. Während rote und blaue Laserdioden auf im Wesentlichen gleiche Art herstellbar sind, sind grüne Laserdioden bisher nicht erhältlich; es wird des- halb statt einer grünen Laserdiode ein frequenzverdoppelnder grüner Laser eingesetzt.The laser projection module Ia shown can represent a part of a laser projection apparatus which has further elements other than the laser projection module Ia for generating an image, for example optics for beam guidance, a video processing unit, a housing, etc. The laser projector may also separate one from the laser projection module Ia having arranged green laser to represent a full-color image in RGB space can. While red and blue laser diodes can be manufactured in substantially the same way, green laser diodes are not yet available; Therefore, instead of a green laser diode, a frequency-doubling green laser is used.
Im Einzelnen sind die rote Laserdiode 4 und die blaue Laserdiode 5 so aufgebaut, dass als Laserquelle ein Laserdioden (LD) -Chip 4a bzw. 5a dient, welcher jeweils von einem Gehäuse ("Package") 4b bzw. 5b umgeben ist. Das von dem jeweiligen Laserdioden-Chip 4a bzw. 5a emittierte Licht kann durch ein vorderseitiges Fenster 4c, 5c aus dem Package 4b, 5b austreten. Die Packages 4b, 5b können die folgende Eigenschaften aufweisen: sie sind als oberflächenmontierbare Bauelemente ("Surface Mounted Devices"; SMD) lötbar; ein thermischer Wi- derstand des Packages 4b, 5b ist kleiner als 25 K/W; die Packages 4b, 5b sind gasdicht und können vorteilhafterweise mit einer Schutzgasatmosphäre (z. B. Stickstoff oder trockener Luft) gefüllt sein; ihre Abmessungen mögen nicht mehr als 6mm (Breite) x 4mm (Höhe) x 4mm (Tiefe) betragen; ein Abstand vom Fenster 4c, 5c zum Laserchip 4a, 5a bzw. zu dessen jeweiliger Laserfacette beträgt weniger als 0,25 mm; elektrische Kontakte 4d, 5d sind isoliert nach Außen geführt, so dass das Gehäuse 4b, 5b nicht auf einem Potenzial liegt; orthogonal zu den elektrischen Kontakten 4d, 5d ist eine Wärmesenke (o. Abb.) angeordnet; die Laserdioden 4, 5 werden mittels eines mechanischen Halterungsmechanismus' (o. Abb.) gehaltert.In detail, the red laser diode 4 and the blue laser diode 5 are constructed so that a laser diode (LD) chip 4a or 5a serves as the laser source, which is surrounded by a package ("package") 4b and 5b, respectively. The light emitted by the respective laser diode chip 4a and 5a, respectively, can be transmitted through a front window 4c, 5c emerge from the package 4b, 5b. The packages 4b, 5b may have the following properties: they are solderable as Surface Mounted Devices (SMD); a thermal resistance of the package 4b, 5b is less than 25 K / W; the packages 4b, 5b are gas-tight and may advantageously be filled with a protective gas atmosphere (eg nitrogen or dry air); their dimensions may not exceed 6mm (width) x 4mm (height) x 4mm (depth); a distance from the window 4c, 5c to the laser chip 4a, 5a or to the respective laser facet is less than 0.25 mm; electrical contacts 4d, 5d are led out in isolation, so that the housing 4b, 5b is not at a potential; orthogonal to the electrical contacts 4d, 5d, a heat sink (o. Fig.) Is arranged; the laser diodes 4, 5 are held by means of a mechanical support mechanism (not shown).
FIG 2 zeigt in Draufsicht auf die Vorderseite 3 eines Laserprojektionsmoduls Ib die gleichen Komponenten wie bei der La- serproj ektionsvorrichtung Ia aus FIG 1, wobei nun zusätzlich ein grüner frequenzverdoppelnder Laser (OPSL) 9 auf dem Substrat 2 montiert ist. Der grüne OPS-Laser 9 wird ebenfalls über den ASIC 6 betrieben. Der ASIC 6 ist mit den Lasern 4,5,9, über Bonddrähte 26 elektrisch verbunden; die zugehöri- gen Kontaktflächen weisen zur besseren Übersichtlichkeit keine Bezugszeichen auf. Der Strahlengang 10 des grünen Lasers 9, welcher die Hauptabstrahlrichtung angibt, ist ebenfalls mit einer Kollinearitätsabweichung von weniger als 3 mrad zu den beiden anderen Strahlengängen 7, 8 kollinear. Die Laser 4, 5, 9 strahlen somit im Wesentlichen, d. h., mit einer für praktische Zwecke vernachlässigbaren Kollinearitätsabweichung von weniger als 3 mrad, in die gleiche Richtung, hier parallel zur x-Achse. Eine zusätzliche Anordnung des grünen Lasers 9 bewirkt eine zusätzliche Miniaturisierung des gesamten La- serprojektors und eine weitere Verbesserung der thermischen und elektrischen Anbindung. FIG 3 zeigt ein Laserprojektionsmodul Ic ähnlich zu dem Laserprojektionsmodul Ib aus FIG 2, wobei nun jedoch zusätzlich optische Elemente in Form von asphärischen Linsen 11 auf der Vorderseite 3 des Substrats 2 montiert sind. Jedem der Laser 4, 5, 9 ist eine der Linsen 11 zur Strahlformung des jeweils vom Laser 4, 5 bzw. 9 emittierten Lichtstrahls optisch nachgeschaltet. Unter einer Strahlformung kann insbesondere eine Fokussierung und / oder Kollimation der einzelnen Laserstrahlen verstanden werden. Die Linsen 11 sind zur Miniaturisie- rung des Laserprojektionsmoduls Ic als Mikrooptiken ausgestaltet. Eine Justage und Fixierung der Linsen 11 erfolgt auf dem gemeinsamen Substrat 2. Durch die Integration der Linsen 11 ergibt sich der zusätzliche Vorteil einer besonders gesteigerten Langzeitstabilität und Schockverträglichkeit des Laserprojektors bei gleichzeitiger weiterer Miniaturisierung.2 shows in plan view of the front side 3 of a laser projection module Ib the same components as in the laser proj ektionsvorrichtung Ia of FIG 1, now additionally a green frequency doubling laser (OPSL) 9 is mounted on the substrate 2. The green OPS laser 9 is also operated via the ASIC 6. The ASIC 6 is electrically connected to the lasers 4,5,9, via bonding wires 26; the associated contact surfaces have no reference numerals for the sake of clarity. The beam path 10 of the green laser 9, which indicates the main emission direction, is also collinear with a collinearity deviation of less than 3 mrad to the two other beam paths 7, 8. The lasers 4, 5, 9 thus emit in the same direction, ie parallel to the x-axis, essentially, ie with a negligible collinearity deviation of less than 3 mrad for practical purposes. An additional arrangement of the green laser 9 causes an additional miniaturization of the entire laser projector and a further improvement of the thermal and electrical connection. FIG. 3 shows a laser projection module Ic similar to the laser projection module Ib from FIG. 2, but now optical elements in the form of aspherical lenses 11 are additionally mounted on the front side 3 of the substrate 2. Each of the lasers 4, 5, 9 is optically connected downstream of one of the lenses 11 for beam shaping of the light beam emitted by the laser 4, 5 and 9, respectively. Under a beam shaping can be understood in particular a focusing and / or collimation of the individual laser beams. The lenses 11 are designed for miniaturization of the laser projection module Ic as micro-optics. An adjustment and fixation of the lenses 11 takes place on the common substrate 2. The integration of the lenses 11 results in the additional advantage of a particularly increased long-term stability and shock compatibility of the laser projector with simultaneous further miniaturization.
FIG 4 zeigt ein Laserprojektionsmodul Id ähnlich zu dem Laserprojektionsmodul Ic aus FIG 3, bei dem nun den Linsen 11 ein gemeinsames optisches Element 12 zur Strahlkombination optisch nachgeschaltet ist. Diese sekundäre Strahlkombinationsoptik 12 dient dazu, die aus den Linsen 11 austretenden Lichtstrahlen richtungs- und deckungsgleich zu überlagern und dadurch einen einzigen Kombinationslichtstrahl zu erzeugen, dessen Lage hier durch den Strahlengang 13 angezeigt ist. Zur Erreichung der Strahlkombination ist die Strahlkombinationsoptik 12 als ein optisches Element mit mehrfachen einseitig durchlässigen Reflexionsflächen 14a, 14b, 14c ausgestaltet. Die erste Reflexionsfläche 14a reflektiert den von der roten Laserdiode 4 emittierten Lichtstrahl, der die zugehörige Lin- se 11 durchlaufen hat, um 90° in die (-y) -Richtung. Die zweite Reflexionsfläche 14b reflektiert den von der blauen Laserdiode 4 emittierten Lichtstrahl, der die zugehörige Linse 11 durchlaufen hat, ebenfalls um 90° in die (-y) -Richtung und lässt gleichzeitig den bereits reflektierten roten Licht- strahl durch. Hinter der zweiten Reflexionsfläche 14b läuft somit bereits ein kombinierter rot-blauer Lichtstrahl, der folgend an der dritten Reflexionsfläche 14c um - 90° wieder in die x-Richtung umgelenkt wird. An der dritten Reflexionsfläche 14c wird gleichzeitig der von dem grünen OPS-Laser 4 emittierte Lichtstrahl durchgelassen, so dass hinter der dritten Reflexionsfläche 14c ein kombinierter RGB- Licht- strahl erzeugbar ist.FIG. 4 shows a laser projection module Id similar to the laser projection module Ic from FIG. 3, in which the lenses 11 are optically followed by a common optical element 12 for the beam combination. This secondary beam combination optics 12 serves to superimpose the light beams emerging from the lenses 11 in a directional and congruent manner and thereby to produce a single combined light beam whose position is indicated here by the beam path 13. In order to achieve the beam combination, the beam combination optics 12 are configured as an optical element with multiple reflection surfaces 14a, 14b, 14c which are permeable on one side. The first reflection surface 14a reflects the light beam emitted from the red laser diode 4, which has passed through the associated lens 11, by 90 ° in the (-y) direction. The second reflection surface 14b also reflects the light beam emitted by the blue laser diode 4, which has passed through the associated lens 11, by 90 ° in the (-y) direction and at the same time allows the already reflected red light beam to pass through. Behind the second reflection surface 14b thus already runs a combined red-blue light beam, the following at the third reflection surface 14c by - 90 ° again is deflected in the x direction. At the same time, the light beam emitted by the green OPS laser 4 is transmitted through the third reflection surface 14 c so that a combined RGB light beam can be generated behind the third reflection surface 14 c.
FIG 5 zeigt ein Laserprojektionsmodul Ie ähnlich dem Laserprojektionsmodul Id aus FIG 4, bei dem nun auf dem Substrat 2 zusätzlich ein bildgebendes Element 15 angeordnet ist. Das bildgebende Element 15 ist optisch dem Strahlkombinationselement 14 nachgeschaltet und lenkt somit den vom Strahlkombinationselement 14 ausgegebenen kombinierten Lichtstrahl 13 auf eine - nicht dargestellte - externe Bildprojektionsfläche. Das bildgebende Element 15 kann zum Beispiel ein zweidimensi- onaler MEMS-Scanner, eine Kombination aus hintereinanderge- schalteten eindimensionalen MEMS-Scannern, ein DLP-Spiegel usw. sein. Die Scanner sind entsprechend beweglich angebracht. Der ASIC 6 kann dann auch zur Ansteuerung des bildgebenden Elements 15 verwendet werden. Beispielsweise im ASIC 6 können dann aus den eingehenden digitalen Bildpunktdaten die entsprechenden Ansteuerungsdaten für die Laser 4, 5, 9 und das bildgebende Element 15 erzeugt werden. Beispielsweise mag im ASIC 6 zur Erzeugung eines dreifarbigen Bildpunkts auf der Bildprojektionsfläche eine entsprechende Winkelstellung des bildgebenden Elements 15 zusammen mit einer entsprechenden zeitlichen Modulation des jeweiligen Lasers 4, 5, 9 eingestellt werden. Durch die zusätzliche Integration eines bildgebenden Elements auf dem Laserproduktionsmodul Ie wird eine noch stärkere Miniaturisierung des gesamten Laserprojektors erreicht, als auch eine weitere Steigerung der Langzeitstabilität und Schockverträglichkeit. So kann dieser Aufbau beispielsweise auf der Vorderseite 3 des Substrats 2 auf einer Fläche von nur 35 mm x 20 mm untergebracht werden, und dies bei einer Höhe (entlang einer z-Erstreckung) von weniger als 10 mm. FIG 6 zeigt ein weiteres Laserprojektionsmodul If ähnlich dem Laserprojektionsmodul Ie aus FIG 5, wobei nun jedoch der in der Laserprojektionseinheit Ie vorhandene eine ASIC 6 in mehrere integrierte Bauelemente 16, 17 aufgeteilt ist, welche die gleichen Funktionen erfüllen wie der eine ASIC 6, aber kompakter und preisgünstiger herstellbar sind. Insbesondere sind die Funktionen des ASICs 6 nun auf jeweils eine Leistungsstufe 16 pro Laser 4, 5, 9 und eine gemeinsame digitale Schnittstelle 17 aufgeteilt. Während die Leistungsstufen 16 als analoge integrierte Schaltungen ausgeführt sind, ist die digitale Schnittstelle 17 als digitale integrierte Schaltung oder "mixed signal"-Schaltung ausgeführt. Dadurch können im Fall der digitalen Schnittstelle 17 bekannte preisgünstige hochintegrierende Herstellungsverfahren verwendet werden, während für die analogen Leistungsstufen 16 weniger hochintegrierende Herstellungsverfahren verwendet werden, welche aber auf eine Ansteuerung der Laserdioden 4, 5, 9 hin optimiert sind. Diese Optimierung zielt insbesondere in Richtung einer sehr schnellen Anstiegszeit des Ansteuerungs- bzw. Treibersignals bei gleichzeitig vergleichsweise hohen Strömen. So mag beispielsweise eine Anstiegszeit im Bereich von lediglich 1 ns bis 1,5 ns bei einem Strom im Bereich von 500 mA bereitgestellt werden. Die digitale Schnittstelle 17 mag beispielsweise einen SPI ("Serial Peripheral Interface") -Bus aufweisen als auch einen Digital/Analog-Wandler als Schnittstelle zu den Leistungsstufen 16. Die Leistungsstufen 16 sind auch zur Signalkonditionierung eingerichtet.FIG. 5 shows a laser projection module Ie similar to the laser projection module Id from FIG. 4, in which an imaging element 15 is additionally arranged on the substrate 2. The imaging element 15 is optically connected downstream of the beam combination element 14 and thus directs the combined light beam 13 emitted by the beam combination element 14 onto an external image projection surface (not illustrated). The imaging element 15 may be, for example, a two-dimensional MEMS scanner, a combination of sequential one-dimensional MEMS scanners, a DLP mirror, and so on. The scanners are mounted accordingly movable. The ASIC 6 can then also be used to control the imaging element 15. For example, in the ASIC 6, the corresponding drive data for the lasers 4, 5, 9 and the imaging element 15 can then be generated from the incoming digital pixel data. For example, a corresponding angular position of the imaging element 15 may be set in the ASIC 6 to generate a tricolor pixel on the image projection surface together with a corresponding temporal modulation of the respective laser 4, 5, 9. The additional integration of an imaging element on the laser production module Ie an even greater miniaturization of the entire laser projector is achieved, as well as a further increase in long-term stability and shock tolerance. For example, this structure can be accommodated on the front side 3 of the substrate 2 in an area of only 35 mm × 20 mm, and this at a height (along a z-extension) of less than 10 mm. FIG. 6 shows a further laser projection module If similar to the laser projection module Ie from FIG. 5, but now the ASIC 6 present in the laser projection unit is divided into a plurality of integrated components 16, 17 which fulfill the same functions as an ASIC 6, but more compactly and are cheaper to produce. In particular, the functions of the ASIC 6 are now divided into a respective power stage 16 per laser 4, 5, 9 and a common digital interface 17. While the power stages 16 are implemented as analog integrated circuits, the digital interface 17 is implemented as a digital integrated circuit or "mixed signal" circuit. As a result, in the case of the digital interface 17, known low-cost, highly integrated production methods can be used, while for the analog power stages 16, less highly integrating production methods are used, which are optimized for driving the laser diodes 4, 5, 9. This optimization aims in particular in the direction of a very fast rise time of the drive or drive signal at the same time as comparatively high currents. For example, a rise time in the range of only 1 ns to 1.5 ns may be provided at a current in the range of 500 mA. The digital interface 17 may, for example, have an SPI ("Serial Peripheral Interface") bus as well as a digital / analog converter as an interface to the power stages 16. The power stages 16 are also set up for signal conditioning.
Das Laserprojektionsmodul If weist ferner einen mit der digi- talen Schnittstelle 17 verbundenen Stecker 18 zu seiner Spannungsversorgung und zur Datenübermittlung schmalbandiger Signale, z. B. von Temperatursensorsignalen eines am Substrat 2 angeordneten Temperatursensors, auf. Ferner ist auf dem Substrat 2 ein mit der digitalen Schnittstelle 17 verbundener Stecker 19 zur breitbandigen Bildsignalübertragung, insbesondere Videosignalübertragung, aufgebracht. Das Laserprojektionsmodul If kann noch weitere digitale und / oder insbesonde- re analoge Funktionseinheiten (wie beispielsweise Verzögerungsstufen, analoge Multiplexer, Regelelemente, analoge arithmetische Funktionen und Leistungstreiber) aufweisen, die jedoch nicht eingezeichnet sind. Die Leistungsstufen 16 kön- nen zur Signalkonditionierung unter anderem eine Pegelanpassung bezüglich Spannung und/oder Strom der Signale als auch einen Leitungsabschluss zur Erhöhung der Signalintegrität aufweisen. Die Vorteile dieser Aufteilung liegen unter anderem darin, dass eine Verwendung verschiedener Halbleiter- Technologien für die Elektronik ermöglicht wird. Weiterhin wird eine Anpassung an spezielle Applikationen ermöglicht, was wiederum die Leistungsfähigkeit optimiert. Ferner erhöht eine solche Aufteilung die Produktionsausbeute ("ASIC- Yield") . Zudem wird eine thermische und elektrische Entkopp- lung von Leistungselementen, Präzisionselementen wie dem D/AWandler und digitalen Elementen der integrierten Elektronik erreicht .The laser projection module If further has a plug 18 connected to the digital interface 17 for its power supply and for data transmission of narrowband signals, eg. B. of temperature sensor signals of a substrate 2 arranged on the temperature sensor on. Furthermore, a plug 19 connected to the digital interface 17 for broadband image signal transmission, in particular video signal transmission, is applied to the substrate 2. The laser projection module If can still further digital and / or in particular re analog functional units (such as delay stages, analog multiplexers, control elements, analog arithmetic functions and power drivers) have, however, are not shown. The power stages 16 may have, among other things, a level adjustment with respect to voltage and / or current of the signals as well as a line termination for increasing the signal integrity for signal conditioning. One of the benefits of this split is that it enables the use of a variety of semiconductor technologies for electronics. Furthermore, an adaptation to special applications is possible, which in turn optimizes the performance. Furthermore, such a split increases the production yield ("ASIC Yield"). In addition, a thermal and electrical decoupling of power elements, precision elements such as the D / AWandler and digital elements of the integrated electronics is achieved.
FIG 7 zeigt ein Laserprojektionsmodul Ig ähnlich zum Laser- proj ektionsmodul If aus FIG 6, wobei hier aus der digitalen Schnittstelle 17 aus FIG 6 ein Signalkonditionierungsteil 21 zur Pegelanpassung und zum Leitungsabschluss für jeweils einen Laser 4, 5, 9 herausgelöst und als separate Schaltung auf dem Substrat 2 montiert ist. Die digitale Schnittstelle 20 weist weiterhin die externen Schnittstellen auf, welche über die Stecker 18, 19 angeschlossen werden, als auch das SPI. Die Signalkonditionierungsschaltkreise 21 sind für jede Farbe (R, G und B) einzeln ausgeführt; in einer alternativen Ausgestaltung kann jedoch auch eine Signalkonditionierungsschal- tung für alle Farben bzw. Laser 4, 5, 9 bereitgestellt werden. Durch diese weitere Aufteilung kann eine Steigerung der Flexibilität bei der Applikation und Verbesserung der Herstellungsausbeute durch Trennung von Funktionsblöcken des ASICs mit unterschiedlichen Anforderungen (Leistung, Band- breite, Durchsatz) erreicht werden. FIG 8 zeigt ein weiteres Laserprojektionsmodul Ih, bei dem nun zusätzlich zum Laserprojektionsmodul Ig aus FIG 7 der digitalen Schnittstelle 20 eine auf dem Substrat 2 angebrachte Videovorverarbeitungseinheit 22 vorgeschaltet ist, welche mit zwei Videospeichern 23 funktional verbunden ist. Alternativ kann auch nur ein Videospeicher 23 verwendet werden, oder es mögen mehr als zwei Videospeicher 23 verwendet werden. Mittels der Videovorverarbeitungseinheit 22 wird eine Anpassung der über den Stecker 19 gelieferten Bildinformation (BiId- punktsignale) der Bildquelle, welche beispielsweise zeilen- und spaltenorientiert vorliegen können, an das verwendete Projektionsverfahren, zum Beispiel ein Scan-Verfahren, durchgeführt. Dabei kann die Videovorverarbeitungseinheit bildvor- verarbeitende Algorithmen anwenden, wobei die Bildinformation in dem Videospeicher 23 zwischengespeichert werden kann. Durch die Implementierung der Videovorverarbeitung ergibt sich eine Reduktion der Abmessungen des gesamten Projektionssystems, d. h., des Laserprojektors. Es ist vorteilhafterweise eine einfache Adaptierung an unterschiedliche Applikatio- nen durch eine standardisierte Schnittstelle zu bildgebenden Systemen (Personal Computer, Laptop, PDA, Smartphone usw.) möglich .FIG. 7 shows a laser projection module Ig similar to the laser projection module If from FIG. 6, wherein a signal conditioning part 21 for level matching and line termination for each laser 4, 5, 9 is extracted from the digital interface 17 and shown as a separate circuit the substrate 2 is mounted. The digital interface 20 also has the external interfaces which are connected via the plugs 18, 19, as well as the SPI. The signal conditioning circuits 21 are executed individually for each color (R, G and B); In an alternative embodiment, however, a signal conditioning circuit for all colors or lasers 4, 5, 9 can also be provided. This further division makes it possible to increase the flexibility in the application and to improve the production yield by separating functional blocks of the ASIC with different requirements (performance, bandwidth, throughput). FIG. 8 shows a further laser projection module Ih in which, in addition to the laser projection module Ig from FIG. 7, the digital interface 20 is preceded by a video pre-processing unit 22 attached to the substrate 2, which is functionally connected to two video memories 23. Alternatively, only one video memory 23 may be used, or more than two video memories 23 may be used. By means of the video pre-processing unit 22, an adaptation of the picture information (picture point signals) of the picture source, which may be line-and column-oriented, supplied via the plug 19 to the projection method used, for example a scanning method, is performed. In this case, the video pre-processing unit can use image processing algorithms, wherein the image information can be temporarily stored in the video memory 23. The implementation of video pre-processing results in a reduction in the dimensions of the entire projection system, ie the laser projector. Advantageously, a simple adaptation to different applications by a standardized interface to imaging systems (personal computer, laptop, PDA, smartphone, etc.) is possible.
FIG 9 zeigt ein weiteres Laserprojektionsmodul Ii, welches im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen nur für eine Farbe ausgeführt ist ("Single Colour Laser Module") und entsprechend auch nur einen Laser 4, 5 oder 9 auf dem Substrat montiert aufweist. Dabei ist zur einfachen Ausrichtung des Lasers 4, 5 oder 9 auf dem Substrat 2 ein mechanischer Anschlag 24 vorhanden, gegen welchen der Laser 4, 5 oder 9 zu seiner Montage ausgerichtet werden kann. Zum elektrischen An- schluss des Lasers 4, 5 oder 9 wird auf der elektrisch isolierenden Vorderseite 3 des Substrats 2 eine Leiterbahn 25 vom Laser 4, 5 oder 9 um den Anschlag 24 herum zu einem eben- falls auf dem Substrat 2 montierten ASIC 6 geführt. Der ASIC 6 ist mit der elektrischen Leiterbahn 25 über Bonddrähte 26 verbunden. Außerdem ist der ASIC 6 mit dem Laser 4, 5 oder 9 über eine elektrische Leitung verbunden, welche ein Paar von Bonddrähten 26 umfasst, die vom ASIC 6 zu einem auf dem mechanischen Anschlag 24 befindlichen Kontaktfeld 27 geführt sind, wobei das elektrische Kontaktfeld 27 mit dem Laser 4, 5 oder 9 über ein weiteres Paar von Bonddrähten 26 elektrisch verbunden ist. Eingangsseitig ist der ASIC 6 mit einem Stecker 28 zur Spannungs- und Signalversorgung verbunden. Das monochrome Laserprojektionsmodul Ii kann insbesondere in den bereits für das Mehrfarben-Laserprojektionsmodul Ia - Ih ge- zeigten Varianten ausgestaltet sein, also beispielsweise durch zusätzliche Montage von Optiken oder Treiberbausteinen auf dem Substrat 2. Die Laser 4,5 können auch als „bare die" ausgeführt sein.FIG. 9 shows a further laser projection module Ii, which, in contrast to the embodiments described above, is designed for one color only ("single color laser module") and accordingly also has only one laser 4, 5 or 9 mounted on the substrate. In this case, for easy alignment of the laser 4, 5 or 9 on the substrate 2, a mechanical stop 24 is provided, against which the laser 4, 5 or 9 can be aligned to its mounting. For the electrical connection of the laser 4, 5 or 9, a conductor 25 is led from the laser 4, 5 or 9 around the stop 24 to an ASIC 6 also mounted on the substrate 2 on the electrically insulating front side 3 of the substrate 2 , The ASIC 6 is connected to the electrical conductor 25 via bonding wires 26. In addition, the ASIC 6 with the laser 4, 5 or 9 connected via an electrical line, which comprises a pair of bonding wires 26, which are guided by the ASIC 6 to a located on the mechanical stop 24 contact pad 27, wherein the electrical contact pad 27 with the laser 4, 5 or 9 via another pair of bonding wires 26 is electrically connected. On the input side, the ASIC 6 is connected to a plug 28 for voltage and signal supply. The monochrome laser projection module Ii can in particular be configured in the variants already shown for the multicolor laser projection module Ia-Ih, ie, for example, by additional mounting of optics or driver chips on the substrate 2. The lasers 4 and 5 can also be described as "bare die". be executed.
FIG 10 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls Ij gemäß einer zehnten Ausführungsform. Im Gegensatz zu FIG 4 ist der ASIC 6 hier auf einer Leiterplatte 28 montiert gezeigt. Im Gegensatz zum Laserprojektionsmodul Id der vierten Ausführungsform wird nun die Intensität jeder der einzelnen Lichtstrahlen 7,8,10 kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen überprüft und ggf. geregelt, um die Farbe des kombinierten Strahlengangs 13 in einem engen Fehlerband zu halten. Ansonsten könnte sich eine Farbe des kombinierten Strahlengangs 13 z. B. abhängig von einer Temperatur aufgrund einer unterschiedlichen Lichtstärkeänderung der einzelnen Lichtstrahlen 7,8,10 verschieben. Dazu wird in dem als Strahlkombinationsoptik dienenden Strahlkombinationsprisma 29 aus den einzelnen Lichtstrahlen 7,8,10 jeweils ein Probestrahl 30r, 30b und 30g aufgekoppelt, wie genauer unter Bezug auf FIG 10 beschrieben. Jeder der Probestrahlen bzw. Farbkanäle 30r, 30b, 30g durchläuft eine jeweilige Fokussierlinse 31 und wird davon auf einen jeweiligen Photodetektor in Form einer Photodiode 32 abgebildet. Die Photodiode 32 braucht dabei nicht in einer Brennebene der Fokussierlinse 31 zu stehen. Die Brennweite der Fokussierlinse 31 ist so dimensioniert, dass die Fläche der Photodiode 32 zu mindestens zwei Drittel ausgeleuchtet ist bezogen auf die mit einem (1/e2) -Kriterium ermittelte Breite des Probestrahls 3Or, 30b bzw. 30g. Die Photodioden 32 sind derart in einen von dem Substrat (Grundplatte) 2 des Laserprojektionsmoduls Ij herausragenden vertikalen Steg (o. Abb.) eingelassen, dass die Vorderfläche der jewei- ligen Photodiode 32 eben mit dem Steg abschließt. Die Fokus- sierlinsen 31 der Photodioden 32 sind mit Abstandshaltern verbunden (o. Abb.) und auf die Frontfläche der Photodiode 32 oder den Steg geklebt.10 shows a plan view of a sketch of a laser projection module Ij according to a tenth embodiment. In contrast to FIG. 4, the ASIC 6 is shown here mounted on a printed circuit board 28. In contrast to the laser projection module Id of the fourth embodiment, the intensity of each of the individual light beams 7, 8, 10 is now checked continuously or at short intervals and, if necessary, regulated in order to keep the color of the combined beam path 13 in a narrow error band. Otherwise, a color of the combined beam path 13 z. B. depending on a temperature due to a different light intensity change of the individual light beams 7,8,10 move. For this purpose, in each case a test beam 30r, 30b and 30g is coupled in the beam combination prism 29 serving as beam combination optics from the individual light beams 7, 8, 10, as described in more detail with reference to FIG. Each of the sample beams or color channels 30r, 30b, 30g passes through a respective focusing lens 31 and is imaged therefrom onto a respective photodetector in the form of a photodiode 32. The photodiode 32 does not need to be in a focal plane of the focusing lens 31. The focal length of the focusing lens 31 is dimensioned so that the surface of the photodiode 32 is illuminated to at least two-thirds with respect to those with a (1 / e 2 ) criterion determined width of the sample beam 3Or, 30b or 30g. The photodiodes 32 are embedded in a vertical web projecting from the substrate (base plate) 2 of the laser projection module 11 (FIG. 1) in such a way that the front surface of the respective photodiode 32 is flush with the web. The focusing lenses 31 of the photodiodes 32 are connected to spacers (not shown) and glued to the front surface of the photodiode 32 or the land.
Die Photodioden 32 sind mit der Leiterplatte 28 mittels flexibler Leiterplatten ("Flexible PCBs"; FPCBs) verbunden (o. Abb.) . Die flexiblen Leiterplatten können z. B. an die Leiterplatte 28 angelötet werden; alternativ ist die Leiterplatte 28 insgesamt als Starrflex-Leiterplatte ausgebildet. Auf der Leiterplatte 28 ist der Lasertreiber bzw. ASIC 6 montiert (z. B. in einem QFN-Gehäuse, als sog. "Bare Die" oder als "Bare Die" in Flip-Chip-Technik) . Zusätzlich können auf der Leiterplatte 28 für jeden Kanal Stützkondensatoren gegen Spannungseinbrüche angebracht sein. Auch können für jeden Farbkanal Schaltregler vorgesehen sein, deren gewandelte Spannung von dem Treiber-ASIC 6 eingestellt wird. Ein Leistungstransistor der Schaltregler ist wahlweise im Treiber-ASIC 6 untergebracht oder als separates Bauteil ausgeführt. Der grüne Laser 10 kann mit der Leiterplatte 28 über Draht- oder Stiftbrücken elektrisch verbunden sein. Die roten und blauen Laserdioden 4, 5 können in so genannten TO56- oder TO38 (i-cut)- Packages aufgebaut sein und ebenfalls mittels flexibler Leiterplatten mit der Leiterplatte 28 verbunden sein.The photodiodes 32 are connected to the printed circuit board 28 by means of flexible printed circuit boards ("FPCBs") (not shown). The flexible circuit boards can z. B. soldered to the circuit board 28; Alternatively, the circuit board 28 is designed as a rigid flex circuit board. The laser driver or ASIC 6 is mounted on the printed circuit board 28 (eg in a QFN housing, as so-called "bare die" or as "bare die" in flip-chip technology). In addition, support capacitors may be mounted against voltage dips on the circuit board 28 for each channel. Also can be provided for each color channel switching regulator whose converted voltage is set by the driver ASIC 6. A power transistor of the switching regulator is optionally housed in the driver ASIC 6 or designed as a separate component. The green laser 10 may be electrically connected to the circuit board 28 via wire or pin bridges. The red and blue laser diodes 4, 5 can be constructed in so-called TO56 or TO38 (i-cut) packages and likewise be connected to the printed circuit board 28 by means of flexible printed circuit boards.
Eine elektrische Kontaktierung des Laserprojektionsmoduls Ij kann beispielsweise über eine flexible Leiterplatte oder Kontaktpads auf der Leiterplatte 28 erfolgen. Die Kontaktierung kann beispielsweise folgende Pin-Belegung aufweisen. An electrical contacting of the laser projection module Ij can take place, for example, via a flexible printed circuit board or contact pads on the printed circuit board 28. The contact can, for example, have the following pin assignment.
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Bezüglich der digitalen Schnittstelle sind die angegebenen Werte der Übertragungsfrequenzen als Beispielwerte zu verstehen. Aus obiger Tabelle ist ersichtlich, dass eine höhere Pin-Anzahl bei einer Übertragungsfrequenz von 260 MHz anstatt 500 MHz bereitgestellt werden muss.With regard to the digital interface, the specified values of the transmission frequencies are to be understood as example values. From the above table, it can be seen that a higher number of pins must be provided at a transmission frequency of 260 MHz instead of 500 MHz.
Zwischen dem Strahlkombinationsprisma 29 und der Fokussier- linse 31 des roten Probestrahls 30r befindet sich ein optisches Filter 33 im roten Probestrahl 30. Das rote Filter kann alternativ auch im Strahlkombinationsprisma 29 integriert sein, z. B. an einer äußeren Vorderfläche 36r (siehe FIG 11) . Ein Sensorsignal der Photodioden 32 kann dann an die integ- rierte Schaltung in Form eines ASICs 6 rückgekoppelt werden, um die Lichtstärke der einzelnen Strahlengänge bzw. Farbkanäle 7,8,10 auf einem vorbestimmten, z. B. pixelabhängigen, Sollwert zu halten.Between the beam combination prism 29 and the focusing lens 31 of the red test beam 30r, there is an optical filter 33 in the red test beam 30. The red filter may alternatively also be integrated in the beam combination prism 29, e.g. On an outer front surface 36r (see FIG. 11). A sensor signal of the photodiodes 32 can then be fed back to the integrated circuit in the form of an ASIC 6 in order to adjust the light intensity of the individual beam paths or color channels 7, 8, 10 at a predetermined, e.g. B. pixel-dependent, setpoint.
FIG 11 zeigt in Draufsicht eine Skizze des Strahlkombinationsprismas 29 des Laserprojektionsmoduls Ij aus FIG 10. Die in das Strahlkombinationsprisma 29 eintretenden roten, blauen und grünen Strahlen 7,8 bzw. 10 treffen jeweils im Strahlkombinationsprisma 29 auf einen Strahlteiler 34r, 34b bzw. 34g. Am Strahlteiler 34r, 34b, 34g wird der jeweilige Eingangsstrahl 7,8,10 in einen Projektionslichtstrahl 35r, 35b bzw. 35g mit höherer Intensität um 90° nach rechts abgelenkt, während ein schwächerer Probestrahl 30r, 30b bzw. 30g nach vorne (in x-Richtung) zur Fokussierlinse 31 aus FIG 10 durchgelas- sen wird. Am rechten Ende werden alle drei Projektionslichtstrahlen 35r, 35b, 35g kollinear als der kombinierte Ausgangslichtstrahl 13 ausgegeben.11 shows a plan view of a sketch of the beam combination prism 29 of the laser projection module Ij from FIG. 10. The red, blue and green beams 7, 8 and 10 entering the beam combination prism 29 respectively strike a beam splitter 34r, 34b and 34g in the beam combination prism 29. At the beam splitter 34r, 34b, 34g, the respective input beam 7, 8, 10 is deflected 90 ° to the right into a projection light beam 35r, 35b or 35g with higher intensity, while a weaker test beam 30r, 30b or 30g is deflected forwards (in x Direction) to the focusing lens 31 of FIG. will be. At the right end, all three projection light beams 35r, 35b, 35g are collinearly output as the combined output light beam 13.
Genauer betrachtet können die Oberflächen des Laserprojektionsmoduls 29 folgendermaßen beschaffen sein: Der (rote) Strahlteiler 34r ist als innere Prismenfläche ausgestaltet, welche für den in Strahlrichtung polarisierten Anteil des roten Eingangslichtstrahls 7 einen Transmissionskoeffizienten von Ts = (2 +/- 0,3) aufweist. Der weitaus überwiegende Teil des Eingangslichtstrahls 7 wird somit am Strahlteiler 34r nach rechts reflektiert, der Rest wird als Probestrahl 30r durchgelassen. Der Probestrahl 30r trifft dann auch die äußere Vorderfläche 36r, welche antireflektierend ausgeführt ist, z. B. mit einer Antireflexschicht beschichtet ist, und welche den Probestrahl 30r im Wesentlichen ungehindert hindurch lässt. Auch die rückseitige Außenfläche 37r ist antireflektierend ausgeführt.More specifically, the surfaces of the laser projection module 29 may be constituted as follows: The (red) beam splitter 34r is designed as an inner prism surface having a transmission coefficient of Ts = (2 +/- 0.3) for the beam polarized portion of the red input light beam 7 , The vast majority of the input light beam 7 is thus reflected to the right at the beam splitter 34r, the rest is transmitted as a test beam 30r. The sample beam 30r then also hits the outer front surface 36r, which is designed antireflecting, z. B. is coated with an antireflection layer, and which leaves the sample beam 30r substantially unhindered. The rear outer surface 37r is designed to be anti-reflective.
Auf ähnliche Weise ist der (blaue) Strahlteiler 34b als innere Prismenfläche ausgestaltet, welche für den in Strahlrichtung polarisierten Anteil des blauen Eingangslichtstrahls 8 einen Transmissionskoeffizienten von Ts = (2 +/- 0,3) aufweist. Der weitaus überwiegende Teil des blauen Eingangs- lichtstrahls 8 wird somit am Strahlteiler 34b nach rechts reflektiert, der Rest wird als blauer Probestrahl 30b durchgelassen. Der Probestrahl 30b trifft dann auch die äußere Vorderfläche 36b, welche antireflektierend ausgeführt ist, z. B. mit einer Antireflexschicht beschichtet ist, und welche den blauen Probestrahl 30b im Wesentlichen ungehindert hindurch lässt. Für den roten ProjektionsProbestrahl 35r ist der blaue Strahlteiler 34b zu über 99% durchlässig. Dies heißt, dass ein geringer Anteil von < 1% des roten ProjektionsProbe- strahls 35r nach vorne (in x-Richtung) reflektiert wird und sich so innerhalb des Laserprojektionsmoduls 29 mit dem blauen Probestrahl 30b mischt. Würden beide Farbanteile (rot und blau) in die für den blauen Probestrahl 30b bestimmte Photo- diode einfallen, würde die Intensitäts- oder Helligkeitsmessung durch dieses sog. Übersprechen ( "Crosstalk") verfälscht werden. Um dies zu vermeiden, ist die vordere Außenfläche 36b des Laserprojektionsmoduls 29 für das rote Licht hochreflek- tierend ausgeführt. Die rückseitige Außenfläche 37b ist anti- reflektierend für Lichtstrahlen aller Farben ausgeführt.Similarly, the (blue) beam splitter 34b is configured as an inner prism surface having a transmission coefficient of Ts = (2 +/- 0.3) for the beam polarized portion of the blue input light beam 8. The by far predominant part of the blue input light beam 8 is therefore reflected to the right at the beam splitter 34b, the remainder being transmitted as a blue test beam 30b. The sample beam 30b then also hits the outer front surface 36b, which is designed antireflecting, z. B. coated with an antireflection layer, and which leaves the blue sample beam 30b substantially unhindered. For the red projection beam 35r, the blue beam splitter 34b is over 99% transmissive. This means that a small proportion of <1% of the red projection specimen beam 35r is reflected forward (in the x direction) and thus mixes with the blue specimen beam 30b within the laser projection module 29. If both color components (red and blue) were transferred to the photo-photograph taken for the blue test beam 30b If the diode is incident, the intensity or brightness measurement would be falsified by this so-called crosstalk. In order to avoid this, the front outer surface 36b of the laser projection module 29 is designed to be highly reflective of the red light. The back outer surface 37b is anti-reflective to light rays of all colors.
Auf ähnliche Weise ist der (grüne) Strahlteiler 34g als innere Prismenfläche ausgestaltet, welche für den in Strahlrich- tung polarisierten Anteil des grünen Eingangslichtstrahls 10 einen Transmissionskoeffizienten von Ts = (2 +/- 0,3) aufweist. Der weitaus überwiegende Teil des grünen Eingangslichtstrahls 8 wird somit am Strahlteiler 34g nach rechts reflektiert, der Rest wird als grüner Probestrahl 30g durchge- lassen. Der Probestrahl 30g trifft dann auch die äußere Vorderfläche 36g, welche antireflektierend ausgeführt ist, z. B. mit einer Antireflexschicht beschichtet ist, und welche den grünen Probestrahl 30g im Wesentlichen ungehindert hindurch lässt. Für den roten ProjektionsProbestrahl 35r und den blau- en ProjektionsProbestrahl 35b ist der grüne Strahlteiler 34g zu über 99% durchlässig. Dies heißt, dass ein geringer Anteil von < 1% des roten und des blauen ProjektionsProbestrahl 35r bzw. 35b nach vorne (in x-Richtung) reflektiert wird und sich so innerhalb des Laserprojektionsmoduls 29 mit dem grünen Probestrahl 30g mischt. Würden alle Farbanteile (rot, blau und grün) in die für den grünen Probestrahl 30b bestimmte Photodiode einfallen, würde auch hier die Intensitäts- oder Helligkeitsmessung durch dieses sog. Übersprechen ("Crosstalk") verfälscht werden. Um dies zu vermeiden, ist die vor- dere Außenfläche 36g des Laserprojektionsmoduls 29 für das rote und das blaue Licht hochreflektierend ausgeführt. Der grüne Laser 9, welcher intern primäres IR-Licht in grünes Licht umwandelt, gibt auch noch einen Anteil an IR-Licht aus. Um zu vermeiden, dass IR-Licht signifikant in den kombinier- ten Strahlengang 13 gelangt, ist der grüne Strahlteiler 34g für IR-Licht zu über 99% durchlässig. Die rückseitige Außenfläche 37g ist antireflektierend für Lichtstrahlen aller Far- ben ausgeführt. Die rückseitige Außenfläche 37 ist somit farbunabhängig antireflektierend ausgeführt. Selbstverständlich kann das Laserprojektionsmodul 29 auch anders aufgebaut sein; so mögen beispielsweise der blaue Strahlteiler 34b einen Transmissionsgrad für in Strahlrichtung polarisiertes rotes Licht von mehr als 99,5% und der grüne Strahlteiler 34g einen Transmissionsgrad für in Strahlrichtung polarisiertes rotes und blaues Licht von mehr als 99,5% aufweisen.Similarly, the (green) beam splitter 34g is configured as an inner prism surface which has a transmission coefficient of Ts = (2 +/- 0.3) for the portion of the green input light beam 10 polarized in the beam direction. The by far predominant part of the green input light beam 8 is therefore reflected to the right at the beam splitter 34g, the remainder being let through as a green test beam 30g. The test beam 30g then also hits the outer front surface 36g, which is designed antireflecting, z. B. coated with an antireflective layer, and which leaves the green test beam 30g substantially unhindered. For the red projection beam 35r and the blue projection beam 35b, the green beam splitter 34g is over 99% transparent. That is, a small amount of <1% of the red and blue projection probes 35r and 35b are reflected forward (in the x-direction) and thus mixed within the laser projection module 29 with the green probe beam 30g. If all of the color components (red, blue and green) were to be incident on the photodiode intended for the green test beam 30b, then the intensity or brightness measurement would also be falsified by this so-called crosstalk. In order to avoid this, the front outer surface 36g of the laser projection module 29 for the red and the blue light is designed to be highly reflective. The green laser 9, which internally converts primary IR light to green light, also emits a fraction of IR light. In order to prevent IR light from significantly entering the combined beam path 13, the green beam splitter 34g is over 99% transparent to IR light. The rear outer surface 37g is antireflective for light rays of all colors. ben executed. The back outer surface 37 is thus executed independent of color antireflective. Of course, the laser projection module 29 may also be constructed differently; For example, the blue beam splitter 34b may have a transmittance for beam-polarized red light greater than 99.5%, and the green beam splitter 34g may have a transmissivity for beam-polarized red and blue light greater than 99.5%.
FIG 12 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Laserprojektionsmoduls Ik gemäß einer elften Ausführungsform. In Gegensatz zum Laserprojektionsmodul Ij der zehnten Ausführungsform laufen der rote Probestrahl 3Or und der blaue Probestrahl 30b innerhalb des jeweiligen LD-Packages 4b, 5b, wo sich auch der jeweilige Photosensor 32 und - im Fall des roten Probestrahls 30r das Filter 33 - befinden. Im einzelnen wird bei den Laserdioden 4 und 5 ausgenutzt, dass der jeweilige LED-Chip 4a, 4b als Kantenemitter auch nach hinten (entgegen der x- Richtung) abstrahlt. Dadurch können die Photodioden 32 im LD- Package 4b, 5b rückwärtig zum jeweiligen Laser-Chip 4a, 5a ohne Strahlteiler angeordnet sein, und ebenso das Filter 33 im roten Probestrahl 30r. Die Photodioden 32 können im Laserpackage 4b, 5b nahe an den Rückfacetten der Laser-Chips 4a, 5a angeordnet sein. Optional kann eine Strahlumlenkung im Package 4b, 5b implementiert sein. Das Filter 33 kann als Transmissions- oder Reflexionsfilter ausgestaltet sein. Bezüglich des grünen Lichtstrahls 10 befindet sich zwischen dem grünen Laser 9 und der Kollimationslinse 11 ein Strahlteiler 38, welcher den schwachen grünen Probestrahl 30g schräg auf eine Photodiode 32g zurückwirft, welche an einer Außenseite des Lasers 9 angebracht ist. Die Photodiode 32g kann alternativ durch eine separate Vorrichtung gehaltert sein. Die elektrische Kontaktierung der Photodiode 32g erfolgt mittels einer flexiblen Leiterplatte ("FPCB") mit der Leiterplatte 28. Zum Schutz vor Streustrahlung kann vor der Photodiode 32g eine mechanische Blende installiert sein. Diese Ausführungsform ergibt eine besonders kompakte und einfach aufzubauende Bauform.FIG. 12 shows a plan view of a sketch of a laser projection module Ik according to an eleventh embodiment. In contrast to the laser projection module Ij of the tenth embodiment, the red test beam 3Or and the blue test beam 30b run within the respective LD package 4b, 5b, where the respective photosensor 32 and - in the case of the red test beam 30r the filter 33 - are located. In particular, in the case of the laser diodes 4 and 5, use is made of the fact that the respective LED chip 4a, 4b also emits an edge emitter to the rear (opposite to the x direction). As a result, the photodiodes 32 in the LD package 4b, 5b can be arranged rearwardly of the respective laser chip 4a, 5a without beam splitters, and likewise the filter 33 in the red test beam 30r. The photodiodes 32 may be arranged in the laser package 4b, 5b close to the back facets of the laser chips 4a, 5a. Optionally, a beam deflection can be implemented in the package 4b, 5b. The filter 33 may be configured as a transmission or reflection filter. With respect to the green light beam 10, between the green laser 9 and the collimating lens 11, there is a beam splitter 38 which obliquely reflects the weak green test beam 30g onto a photodiode 32g attached to an outside of the laser 9. The photodiode 32g may alternatively be supported by a separate device. The electrical contacting of the photodiode 32g is effected by means of a flexible printed circuit board ("FPCB") with the printed circuit board 28. To protect against scattered radiation, a mechanical diaphragm can be installed in front of the photodiode 32g. This embodiment results in a particularly compact and easy to construct design.
Die Laser der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können so ausgeführt sein, dass der Laser 4 rotes Licht mit einerThe lasers of the embodiments described above may be designed so that the laser 4 red light with a
Wellenlänge von 440nm 645 nm +/- 10 nm emittiert, der Laser 5 blaues Licht mit einer Wellenlänge von 440 nm +/-10 nm emittiert und der grüne Laser 9 Licht mit einer Wellenlänge von 530 nm +/- 10 nm sowie IR-Licht mit einer Wellenlänge von 1055 nm +/- 10 nm emittiert.Wavelength of 440nm 645 nm +/- 10 nm emitted, the laser 5 blue light emitted with a wavelength of 440 nm +/- 10 nm and the green laser 9 light with a wavelength of 530 nm +/- 10 nm and IR light emitted at a wavelength of 1055 nm +/- 10 nm.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the embodiments shown.
Alternativ zur Verwendung einer Aluminiumnitridkeramik kann auch jegliches andere Substrat verwendet werden, beispielsweise ein anderes Vollkörpersubstrat oder auch eine Platine. Beispielsweise können auch andere Keramiken wie AL2O3 als Grundmaterial des Substrats verwendet werden. Dabei ist die Erfindung nicht auf ein keramisches Vollkörpersubstrat beschränkt, sondern es können beispielsweise auch Keramikschichtkörper verwendet werden, wie LTCC-Keramikschichtkör- per. Auch sind statt einer Keramik Metalle als Substratmaterial verwendbar, zum Beispiel Kupfer, Aluminium usw., und zwar einzeln oder in Kombination.As an alternative to using an aluminum nitride ceramic, any other substrate may be used, for example another solid substrate or also a printed circuit board. For example, other ceramics such as AL2O3 may also be used as the base material of the substrate. In this case, the invention is not limited to a ceramic solid substrate, but it is also possible, for example, to use ceramic layer bodies, such as LTCC ceramic layer bodies. Also, instead of a ceramic, metals are usable as a substrate material, for example, copper, aluminum, etc., singly or in combination.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Lasern beschränkt, sondern kann auch andere Arten von Lichtquellen aufweisen, wie Leuchtdioden. Auch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Laserdioden als Laserquellen eingeschränkt, vielmehr können auch sämtliche anderen Laserarten verwendet werden. Außer einem ASIC kann auch jegliche andere Art integrierter Schaltung verwendet werden, wie beispielsweise ein Mikroprozessor, ein FPGA usw.Furthermore, the invention is not limited to the use of lasers, but may also include other types of light sources, such as light-emitting diodes. Also, the invention is not limited to the use of laser diodes as laser sources, but also all other types of lasers can be used. In addition to an ASIC, any other type of integrated circuit may be used, such as a microprocessor, an FPGA, etc.
Allgemein können die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen auch kombiniert werden. Beispielsweise können die Laserprojektionsmodule von FIG 6 bis FIG 10 und FIG 12 auch ohne Strahlkombination ausgestaltet sein, z. B. ähnlich zum Laserprojektionsmodul gemäß FIG 3. In diesem Fall emittiert das Modul drei parallele Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe. Es ist auch eine andere geometrische Anordnung der Laser möglich; so mag eine Strahlrichtung der von der roten und der blauen Laserdiode (n) emittieren Strahlung senkrecht zur Strahlaustrittsrichtung des grünen Lasers liegen. Dadurch ergibt sich eine höhere Flexibiltät beim Kunden-Design-In .In general, the features of the different embodiments can also be combined. For example can the laser projection modules of FIG 6 to FIG 10 and FIG 12 are configured without beam combination, z. B. similar to the laser projection module according to FIG 3. In this case, the module emits three parallel light beams of different colors. It is also possible a different geometric arrangement of the laser; Thus, a beam direction of the radiation emitted by the red and the blue laser diode (s) may be perpendicular to the beam exit direction of the green laser. This results in a higher flexibility in customer design-in.
Allgemein kann die integrierte Schaltung als einzelner Chip, insbesondere ASIC, oder als - z. B. hybride - Anordnung mehrerer Chips ausgeführt sein.In general, the integrated circuit as a single chip, in particular ASIC, or as -. B. hybrid - be executed arrangement of multiple chips.
Auch können der rote Laser und der blaue Laser, ggf. mit Photodioden und / oder Filter, in einem gemeinsamen Package untergebracht sein. Zusätzlich oder alternativ mag die Photodiode des grünen Feedback-Kanals bzw. Probestrahls in das Package des grünen Lasers integriert sein. Dadurch werden sehr kompakte Anordnungen möglich. Eine noch kleinere Bauform ergibt sich bei einer Integration aller Laser und ggf. Photodioden und Filter in einem einzigen Gehäuse Also, the red laser and the blue laser, possibly with photodiodes and / or filters, can be accommodated in a common package. Additionally or alternatively, the photodiode of the green feedback channel or probe beam may be integrated into the green laser package. As a result, very compact arrangements are possible. An even smaller design results in the integration of all lasers and possibly photodiodes and filters in a single housing
Bezugs zeichenlisteReference sign list
1 Laserprojektionsmodul1 laser projection module
2 Substrat 3 Vorderseite des Substrats2 substrate 3 front side of the substrate
4 rote Laserdiode4 red laser diode
5 blaue Laserdiode5 blue laser diode
6 integrierte Schaltung6 integrated circuit
7 Strahlengang der roten Laserdiode 8 Strahlengang der blauen Laserdiode7 Beam path of the red laser diode 8 Beam path of the blue laser diode
9 grüner OPS-Laser9 green OPS laser
10 Strahlengang des grünen OPS-Lasers10 beam path of the green OPS laser
11 Linse11 lens
12 Strahlkombinationsoptik 13 kombinierter Strahlengang12 beam combination optics 13 combined beam path
14 Reflexionsfläche der Strahlkombinationsoptik14 reflection surface of the beam combination optics
15 bildgebendes Element15 imaging element
16 Leistungsstufe16 power level
17 digitale Schnittstelle 18 Stecker17 digital interface 18 connectors
19 Stecker19 plugs
20 digitale Schnittstelle20 digital interface
21 Signalkonditionierungsteil21 signal conditioning part
22 Videovorverarbeitungseinheit 23 Videospeicher22 video pre-processing unit 23 video memory
24 mechanischer Anschlag24 mechanical stop
25 Leiterbahn 26 Bonddraht 27 Kontaktfeld 28 Leiterplatte25 trace 26 bonding wire 27 contact pad 28 printed circuit board
29 Strahlkombinationsprisma29 beam combination prism
30 Probestrahl30 sample beam
31 Fokussierlinse31 focusing lens
32 Photodiode 33 Filter32 photodiode 33 filter
34 Strahlteiler34 beam splitter
35 Projektionslichtstrahl Vorderfläche des Strahlkombinationsprismas rückseitige Außenfläche des Strahlkombinationsprismas Strahlteiler 35 projection light beam Front surface of the beam combination prism Back outer surface of the beam combination prism Beam splitter

Claims

Patentansprüche claims
1. Projektionsmodul (Ia-Ik), aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle (4,5,9) und mindestens eine integ- rierte Schaltung ( 6; 16, 17 ; 21-23) welche auf einem gemeinsamen Substrat (2) angeordnet sind.1. projection module (Ia-Ik), comprising at least one semiconductor light source (4,5,9) and at least one integrated circuit (6; 16,17; 21-23) which are arranged on a common substrate (2).
2. Projektionsmodul (Ia-Ik) nach Anspruch 1, bei dem das Substrat (2) ein Keramikkörper ist.Second projection module (Ia-Ik) according to claim 1, wherein the substrate (2) is a ceramic body.
3. Projektionsmodul (Ia-Ih; Ij , Ik) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens zwei Halbleiterlichtquellen (4,5,9) umfasst, wobei Hauptstrahlrichtungen (7,8,10) der von den Halbleiter- lichtquellen (4,5,9) emittierten Lichtstrahlen kollinear sind.3. Projection module (Ia-Ih, Ij, Ik) according to claim 1 or 2, wherein the at least one semiconductor light source comprises at least two semiconductor light sources (4,5,9), wherein main beam directions (7,8,10) of the semiconductor light sources (4,5,9) emitted light beams are collinear.
4. Projektionsmodul (Ia-Ih; Ij , Ik) nach Anspruch 4, bei dem die Hauptstrahlrichtungen (7,8,10) nicht mehr als 5 mrad, speziell nicht mehr als 3 mrad, voneinander abweichen.4. Projection module (Ia-Ih, Ij, Ik) according to claim 4, wherein the main beam directions (7,8,10) not more than 5 mrad, especially not more than 3 mrad, differ from each other.
5. Projektionsmodul (Ia-Ih; Ij , Ik) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf dem Substrat (2) mindestens ein optisches Element (11; 12) angeordnet ist, wobei das optische Element (11; 12) zur Strahlführung mindestens einer der Lichtstrahlen, die von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (4,5,9) emittierbar sind, eingerichtet und angeordnet ist.5. Projection module (Ia-Ih, Ij, Ik) according to one of the preceding claims, in which at least one optical element (11; 12) is arranged on the substrate (2), wherein the optical element (11; one of the light beams, which are emitted from the at least one semiconductor light source (4,5,9), is arranged and arranged.
6. Projektionsmodul (Ic-Ih; Ij , Ik) nach Anspruch 5, bei dem das mindestens eine optische Element (11; 12) mindestens eine Strahlformungsoptik (11) aufweist, wobei jeder der mindestens einen Halbleiterlichtquelle eine Strahlformungsoptik (11) optisch nachgeschaltet ist.6. Projection module (Ic-Ih, Ij, Ik) according to claim 5, wherein the at least one optical element (11; 12) at least one beam-forming optical system (11), wherein each of the at least one semiconductor light source is optically downstream of a beam-forming optical system (11) ,
7. Projektionsmodul (Id-Ih; Ij , Ik) nach Anspruch 3 oder 4 in Kombination mit einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem das mindestens eine optische Element (11; 12) mindestens eine Strahlkombinationsoptik (12) zur Zusammenführung der von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellen (4,5,9) emittierten Lichtstrahlen aufweist.7. Projection module (Id-Ih; Ij, Ik) according to claim 3 or 4 in combination with one of claims 5 or 6, wherein the at least one optical element (11, 12) has at least one beam combination optics (12) for combining the light beams emitted by the at least two semiconductor light sources (4, 5, 9).
8. Projektionsmodul (Ie-Ih; Ij , Ik) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf dem Substrat (2) mindestens ein bildgebendes Element (15) in einem kombinierten Strahlengang (13) der mindestens einen Halbleiterlicht- quelle (4,5,9) angeordnet ist.8. Projection module (Ie-Ih, Ij, Ik) according to one of the preceding claims, wherein on the substrate (2) at least one imaging element (15) in a combined beam path (13) of the at least one semiconductor light source (4,5 , 9) is arranged.
9. Projektionsmodul (If-Ih) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine integrierte Schaltung ( 6; 16, 17 ; 21-23) mindestens eine digitale oder ge- mischte integrierte Schaltung (17) und mindestens eine analoge integrierte Schaltung (16) aufweist, wobei die analoge integrierte Schaltung (16) einer Halbleiterlichtquelle (4,5,9) zu deren Ansteuerung vorgeschaltet ist und die digitale oder gemischte integrierte Schaltung (17) der analogen integrierten Schaltung (16) als digitale Schnittstelle vorgeschaltet ist.9. The projection module (If-Ih) according to one of the preceding claims, wherein the at least one integrated circuit (6; 16, 17; 21-23) comprises at least one digital or mixed integrated circuit (17) and at least one analog integrated circuit (16), wherein the analog integrated circuit (16) of a semiconductor light source (4,5,9) is connected upstream of the drive and the digital or mixed integrated circuit (17) of the analog integrated circuit (16) is connected upstream as a digital interface.
10. Projektionsmodul (Ig-Ih) nach Anspruch 9, bei dem die mindestens eine integrierte Schaltung ( 6; 16, 17 ; 21-23) mindestens eine integrierte Schaltung (21) zur Signalkon- ditionierung aufweist, die jeweils einer digitalen oder gemischten integrierten Schaltung (20) und einer analogen integrierte Schaltung (16) zwischengeschaltet ist.10. The projection module (Ig-Ih) according to claim 9, wherein the at least one integrated circuit (6; 16, 17; 21-23) has at least one integrated circuit (21) for signal conditioning, each of which is a digital or mixed integrated one Circuit (20) and an analog integrated circuit (16) is interposed.
11. Projektionsmodul (Ih) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die mindestens eine integrierte Schaltung ( 6; 16, 17 ; 21-23) mindestens eine integrierte Schaltung (22) zur Bildverarbeitung aufweist, welche der digitalen oder gemischten integrierten Schaltung (20) vorgeschaltet ist. A projection module (Ih) according to claim 9 or 10, wherein the at least one integrated circuit (6; 16, 17; 21-23) comprises at least one image processing integrated circuit (22) corresponding to the digital or mixed integrated circuit (20 ) is connected upstream.
12. Projektionsmodul (Ie-Ih; Ij , Ik) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Laserdiode (4,5) aufweist.12. Projection module (Ie-Ih, Ij, Ik) according to one of the preceding claims, in which the at least one semiconductor light source has at least one laser diode (4, 5).
13. Projektionsmodul (Ia-Ih; Ij ; Ik) nach einem der Ansprüche 3 oder 4 in Kombination mit Anspruch 11, bei dem die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine rote Laserdiode (4), eine blaue Laserdiode (5) und einen grünen frequenzverdoppelnden OPS-Laser (9) aufweist.The projection module (Ia-Ih; Ik; Ik) according to one of claims 3 or 4 in combination with claim 11, wherein the at least one semiconductor light source comprises at least one red laser diode (4), one blue laser diode (5) and one green frequency doubling OPS -Laser (9).
14. Projektionsmodul (Ie-Ih; Ij , Ik) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus mindestens einem Strahlengang (7,8,10) mindestens einer der Halbleiterlichtquellen14. Projection module (Ie-Ih, Ij, Ik) according to one of the preceding claims, wherein at least one beam path (7, 8, 10) of at least one of the semiconductor light sources
(4,5,9) ein Probestrahl (30r, 30b, 30g) ausgekoppelt wird und einem jeweiligen Lichtsensor (32) zugeführt wird.(4,5,9) a test beam (30r, 30b, 30g) is coupled out and a respective light sensor (32) is supplied.
15. Tragbares Projektionsgerät, aufweisend mindestens ein Projektionsmodul (Ia-Ii) nach einem der vorhergehenden Ansprüche . 15. A portable projection device, comprising at least one projection module (Ia-Ii) according to one of the preceding claims.
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